[发明专利]一种钢膜台阶式溢流坝

说明书

技术领域

本发明涉及一种水利工程领域的台阶式溢流坝的结构型式，是将钢膜与混凝土阶梯紧密结合以代替传统混凝土台阶的一种新型的台阶溢流坝型式。

背景技术

近年来，随着碾压混凝土（RCC）筑坝技术在大、中型水电工程中的运用和发展，台阶式溢流坝作为一种新型的、适应碾压混凝土坝施工的溢流坝型，已在我国福建水东、广西百色、湖北丹江口、云南大朝山和阿海等较多的水利水电工程中施建。由于台阶式溢流坝坝面台阶的存在，使下泄水流在台阶之间形成横轴旋滚，并与坝面主流发生强烈的掺混作用，使水流紊动加剧、掺气增强，消散了部分能量，大大减小了下泄水流的能量，改善了坝趾处的水力条件，使坝下游的消能设施得以简化，同时还可节省工程投资。

但是，随着溢流坝的高度增加，坝面流速加大，尤其是单宽流量过大时，易使台阶坝面产生空蚀破坏。国外在研究使用阶梯式消能工时，其单宽流量都不大，基本上是45～75m³/(s·m)，而我国泄水建筑物往往流量很大，从传统的40m³/(s·m)已经发展到200m³/(s·m)以上。如我国丹江口水电站，其14～17号坝段原为台阶溢流坝面，但在1974年10月宣泄大洪水时，其过坝单宽流量达120m³/(s·m)，在台阶溢流坝段的台阶面上出现了大面积的空蚀坑，最深达1.2m。由此可见，常规的台阶溢流坝在一定的流量范围内具有较好的消能效果。但是，在下泄单宽流量较大时，其消能效果降低，且易引起坝面发生空蚀破坏，台阶溢流坝消能方式的运用在一定程度上受到了限制。

宽尾墩与台阶面的联合使用，可用于台阶面大单宽过流的问题。当下泄流量较大时，宽尾墩将下泄水流竖向拉起，使部分水流直接跌入下游消力池，相应减小了台阶坝面所经受的下泄流量，同时宽尾墩后的无水区又有利于台阶坝面的通气，在一定程度上减小了坝面发生空化空蚀的危害。但是在实际工程中，由于混凝土施工质量较差、掺气不充分等原因，台阶面依然有破坏。如金沙江阿海工程，其中左岸五孔溢流表孔的溢流面采用台阶面形式，在2012年汛期6月末泄洪总流量始达4000m³/s、表孔单宽泄量60m³/(s·m)时，台阶即出现了破坏，但由于泄洪流量的不断增加，台阶还必须加大流量运行，到10月底的时候，表孔后溢流面已经出现了很深的冲刷坑，破坏规模比较大。宽尾墩与台阶面联合泄流的方式，依然不能完全解决台阶面的破坏问题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种钢膜台阶式溢流坝，该溢流坝能够提高台阶坝面的平整度和强度，避免混凝土台阶遭受空蚀破坏。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种钢膜台阶式溢流坝，该溢流坝的坝体包括从上至下依次设置的堰面段、台阶段和反弧段，其特征在于，台阶段坝体的混凝土台阶面上附着有表面平整的钢膜台阶，所述钢膜台阶的顶部设有嵌固在堰面段坝体内的延伸段，所述钢膜台阶的底部设有嵌固在反弧段坝体内的延伸段，所述钢膜台阶的两侧各设有一嵌固在非溢流段坝体内的延伸段。

所述钢膜台阶由从左至右依次设置的多块台阶型钢板形成，相邻两块所述台阶型钢板通过一纵向台阶型连接钢板Ⅱ连接，所述纵向台阶型连接钢板Ⅱ与所述台阶型钢板通过焊缝连接，所述纵向台阶型连接钢板Ⅱ的横向中部设有纵向弧形凹槽；所述钢膜台阶的底部设有与反弧段坝体连接的横向连接钢板，所述横向连接钢板的上端与所述台阶型钢板的下端通过焊缝连接，所述横向连接钢板的下端部嵌固在反弧段坝体内，所述横向连接钢板的纵向中部设有横向弧形凹槽；所述钢膜台阶的两侧各设有一纵向台阶型连接钢板Ⅰ，所述纵向台阶型连接钢板Ⅰ的内侧与所述台阶型钢板的外侧通过焊缝连接，所述纵向台阶型连接钢板Ⅰ的外侧部嵌固在非溢流坝体内，所述纵向台阶型连接钢板Ⅰ的横向中部设有纵向弧形凹槽；所述纵向台阶型连接钢板Ⅱ上的纵向弧形凹槽、所述纵向台阶型连接钢板Ⅰ上的纵向弧形凹槽和所述横向连接钢板上的横向弧形凹槽均位于坝体施工缝的正上方。

所述钢膜台阶通过设置在所述台阶段坝体内的连接钢筋固定在所述台阶段坝体的混凝土台阶面上，所述钢膜台阶与所述连接钢筋通过管板焊接。

所述台阶段坝体内设有与所述钢膜台阶通过管板焊接的纵向肋板。

所述纵向台阶型连接钢板Ⅰ与所述非溢流段坝体内的配筋和／或与设置在所述非溢流段坝体内的连接钢筋通过管板焊接；所述横向连接钢板与所述反弧段坝体内的配筋和／或与设置在所述反弧段坝体内的连接钢筋通过管板焊接。