[发明专利]一种截流用拦石栅式立体加糙方法

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程中的截流技术领域，特别涉及一种用于河道及河流工程截流，且龙口截流水力学指标较高的立体加糙方法。

背景技术

河流工程，特别是水利工程建设中，截流是工程建设的关键环节，而高难度截流更是重中之重。一般，高难度截流的判别指标为：高流速(流速大于6m/s)，大落差(落差大于6m)，大单宽功率(单宽功率大于80t·m/(m·s))。对于单个指标超标5％～10％的工程而言，虽可采用专利CN201010129949.3所述折线戗堤进行截流。但进入龙口段后，尤其在戗堤转弯后，龙口形成‘S’形水流，对戗堤下游坡脚冲刷严重，戗堤下游岸坡极易坍塌。对于超高截流水力学指标，即流速大于8m/s，落差大于10m，单宽功率大于120t·m/(m·s)的难度更大的截流工程，则需要结合上游电站控泄进行截流，但会影响到整个流域电网的运行调度。在调控期间和截流龙口合龙期间要求抛投强度很高，需要使用的人工截流材料数量多，因此不但成本高，施工难度大，而且在此段时间内的截流材料流失率大，戗堤堤头在水流作用下易发生坍塌，威胁施工人员和机械设备的安全，截流失败的风险极大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种截流用拦石栅式立体加糙方法，以减小高难度截流龙口合龙期间截流材料的流失率，提高截流工程的经济性，同时减小龙口水流流速、落差和单宽功率，保障截流安全性和成功截流。

本发明所述截流用拦石栅式立体加糙方法，通过在截流龙口区段沿戗堤下游设置拦石栅进行立体加糙，以减小龙口水流流速、落差和单宽功率，阻止截流材料的流失，所述拦石栅为多根拦石桩组成的阵列结构，拦石栅高度＝(0.4～0.8)戗堤高度。

上述截流用拦石栅式立体加糙方法，所述拦石桩可以有多种布置方式，但从施工及减小截流材料流失率考虑，多根拦石桩组成的阵列结构的排列方式优选梅花桩式排列，即：相邻两列拦石桩的任一列中的各拦石桩均分别对应于另一列中拦石桩之间的相应空隙中心布置，相邻两排拦石桩的任一排中的各拦石桩均分别对应于另一排中拦石桩之间的相应空隙中心布置。

上述截流用拦石栅式立体加糙方法，多根拦石桩组成的阵列结构的列间距m＝(0.5～3)D₅₀，毎一列中，相邻拦石桩之间的间距n＝(0.75～2)D₅₀，其中，D₅₀为截流材料的中值粒径。所述阵列结构的各列间距可以相等亦可不等；当截流材料的中值粒径较小时，各列中相邻拦石桩之间的间距宜靠近下限选择，以达到减小截流材料流失率和减小龙口水力学参数的目的。

上述截流用拦石栅式立体加糙方法，为保证减小截流材料的流失率，减小龙口水力学参数，同时考虑工程经济性，多根拦石桩组成的阵列结构的列数为2～7列，排数应使各排拦石桩所处的位置不超越龙口的宽度。

上述截流用拦石栅式立体加糙方法，拦石桩可以为多种形状及材料，考虑施工要求，可优选混钢管桩和混凝土桩。当为钢管桩时，其横截面为圆环形，圆环形截面的外半径为0.1～1m；当为混凝土桩时，其横截面为圆形或矩形，当横截面为圆形时，其半径R＝0.5～3m，当横截面为矩形时，其长度a与宽度b之比a：b＝1：(0.8～1.25)，其中b＝0.5～3m。各桩按照各工程截流水流条件及设计规范进行设计，保持桩在受到截流水流冲击和材料撞击后不会破坏。

截流时随着戗堤推进，龙口缩窄，进入龙口区域，水流落差增大，流速增加，截流材料流失率增加。采用本发明所述方法，当戗堤推进至拦石栅范围内，龙口落差即被分为：戗堤前后落差和戗堤后拦石栅后落差，拦石栅起到雍高龙口上游水面、减小龙口水流流速及落差、拦截截流材料、提高截流工程的安全性和经济性的作用。

本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明所述方法在截流龙口区段沿戗堤下游设置了拦石栅，并对拦石栅的高度、排列方式进行了合理设计，因而在超高难度截流工程(流速大于8m/s，落差大于10m，单宽功率大于120t·m/(m·s)的截流合龙过程中，不仅能有效阻止截流材料的流失，减小截流材料备料方量，而且能减小龙口水流流速、落差和单宽功率，缩短合龙时间，保障截流安全性和成功截流，实验表明，合龙期间内龙口平均水流流速减小15％～20％，龙口最大单宽功率减小35％～40％，截流材料总流失率减小达70.5％～96.4％。

2、由于本发明所述方法对组成拦石栅的拦石桩的材料、形状和尺寸进行了合理选择，因而在使用中机械性能符合要求，保证了拦石栅功能的实现。