淺談?wù)p式消能工在重力拱壩壩面溢流中的應(yīng)用

【摘要】在近年來(lái)的社會(huì)發(fā)展中，伴隨著科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，水工建筑結(jié)構(gòu)的施工也越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視，成為整個(gè)工程建設(shè)中最值得我們關(guān)注和重視的話題。本文就以某工程為例，就其水利工程在施工中泄洪消能能力分析，提出了以窄縫式消能工在其壩體結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，并提出了相關(guān)的工作要點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以供同行工作參考。

【關(guān)鍵詞】窄縫消能；重力拱壩；壩體結(jié)構(gòu)；壩面

在現(xiàn)代化水利工程項(xiàng)目施工建設(shè)中，其通常都是及灌溉、發(fā)電和蓄水為一體的工程施工方式，因此其在施工的過(guò)程中是一種綜合性、系統(tǒng)化和全面化的施工模式和施工體系，這種工程施工措施和施工方法的應(yīng)用對(duì)于整個(gè)水利工程施工而言是一種革命性的轉(zhuǎn)變。在目前的水利工程中，以窄縫式消能工為主的消能泄洪裝置受到了人們的重視與關(guān)注，成為整個(gè)工程領(lǐng)域中最受關(guān)注的環(huán)節(jié)。

一、重力拱壩與窄縫式消能工概述

1、重力拱壩

重力拱壩也被稱之為重力彎壩，是重力作用較為顯著的一種壩體結(jié)構(gòu)。在目前的水利工程項(xiàng)目中，其主要應(yīng)用在河谷較為寬大的工作環(huán)節(jié)，同時(shí)這種壩體結(jié)構(gòu)在施工的工程中厚度一般都是控制在0.35左右，且其厚度都是在其上的。一般來(lái)說(shuō)，在在目前的水利工程施工中，重力拱壩的施工主要是按照施工結(jié)構(gòu)的整體性要求和施工質(zhì)量要求進(jìn)行的一種綜合性工程模式和工程體系，也是現(xiàn)代化重力壩提結(jié)構(gòu)中深受人們關(guān)注和重視的環(huán)節(jié)，同時(shí)在施工的過(guò)程中按照河流寬度來(lái)設(shè)置相應(yīng)的壩體彎度，其在施工中是一種與重力壩相似的一種，其施工中，通常由U型重力拱壩結(jié)構(gòu)和C型重力拱壩結(jié)構(gòu)兩種不同的體系。這種壩體結(jié)構(gòu)在目前的工程中較為常見(jiàn)，是厚重壩體結(jié)構(gòu)中的一種，一般來(lái)說(shuō)在水利工程項(xiàng)目中，采用這種壩體結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工有著施工質(zhì)量好、整體性能高、安全性能高且各種功能和優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮較為明顯和全面，且對(duì)于各種病癥和質(zhì)量通病的抵抗能力較強(qiáng)。其次，這種壩體結(jié)構(gòu)在施工的過(guò)程中由于整個(gè)壩體較厚，因此可以在壩體內(nèi)部和壩頂設(shè)置相關(guān)的溢流通道，便于消能泄洪。再次，在目前的壩體工程施工工種，便于壩體下部結(jié)構(gòu)各種廠房和設(shè)備機(jī)房的施工要求，從而認(rèn)識(shí)的整個(gè)工程項(xiàng)目發(fā)揮出一定的工作優(yōu)勢(shì)。

2、窄縫式消能工

窄縫式消能工是目前水利工程施工中較為常見(jiàn)的一種新型消能泄洪裝置，是目前我國(guó)水利工程項(xiàng)目中采用較為常見(jiàn)的一種工作體系和工作模式。其在施工應(yīng)用的過(guò)程中不同于傳統(tǒng)的寬縫式消能工裝置，是一種借助于壩體結(jié)構(gòu)周邊接縫部位的相關(guān)裝置來(lái)進(jìn)行收縮，使得水流溢流出去的一種工作模式和工作體系。同時(shí)，在目前的水利工程建設(shè)項(xiàng)目中，以窄縫式消能工為主的綜合性工作體系和工作流程越來(lái)越受到人們的關(guān)注與重視，成為整個(gè)工程項(xiàng)目中最受人們重視和關(guān)注的環(huán)節(jié)。

二、窄縫式消能工在某水利工程中的應(yīng)用

1、工程概況

某灌溉工程是一項(xiàng)低壩引水和水庫(kù)蓄水調(diào)節(jié)相結(jié)合的中型水利工程，以灌溉為主，結(jié)合發(fā)電。灌溉面積1.053萬(wàn)hm2，壩后引水發(fā)電可裝機(jī)4MW。整個(gè)工程分二期建設(shè)，一期低壩引水樞紐及其配套干支渠工程已建成收益。某水庫(kù)是該工程的二期水源工程，位于漢江一級(jí)支流酉水河上游茅坪鄉(xiāng)的溜石片處，距已建成的一期低壩引水渠首13km，距縣城60km。工程規(guī)模為中等三等。整個(gè)水庫(kù)樞紐由擋水砌石拱壩、溢流壩、排砂防空底孔、電站引水洞及廠房等建筑物組成。最大壩高78m，距頂總長(zhǎng)118m。溢流壩段總長(zhǎng)70.2m，位于大壩左側(cè)，共分6孔，每孔凈寬10m。堰面采用WES曲線，采用挑流方式消能。

2、窄縫挑坎體型的確定

初設(shè)方案壩面溢流消能工采用連續(xù)式挑坎，挑坎沿徑向收縮，在壩面長(zhǎng)度25.12m的范圍內(nèi)，收縮比為0.85，出坎水舌基本沿徑向下泄，表現(xiàn)出明顯的向心集中趨勢(shì)，落水集中，且受上游來(lái)水和溢流壩布置方向的影響，落點(diǎn)偏向河床右岸一側(cè)。設(shè)計(jì)洪水時(shí)，下游河道沖刷較為嚴(yán)重，基巖以下沖深17m，淤積封堵了整個(gè)河床，防護(hù)堤翻水，廠房被淹，水舌兩側(cè)存在不同程度的回流；校核洪水時(shí)，水舌落點(diǎn)偏向右岸，左岸產(chǎn)生較強(qiáng)回流，使水舌落點(diǎn)至壩腳之間形成逆時(shí)針?lè)较虻睦@流，沖淤也更為嚴(yán)重，基巖以下沖深21m。

連續(xù)式挑坎方案的試驗(yàn)結(jié)果表明，溢流堰的堰面體型設(shè)計(jì)基本合理，下游消能防沖效果不理想的主要原因是出坎挑流水舌在空中沒(méi)有經(jīng)過(guò)充分?jǐn)U散、摻氣就集中下泄入水，且水舌落點(diǎn)于過(guò)集中。那么，方案修改的出發(fā)點(diǎn)就是調(diào)整水舌的空中姿態(tài)，改變水舌的落水方式，也就是要增加水舌的覆蓋率，在入水前分散能量，盡可能多地調(diào)動(dòng)消能區(qū)水體參與消能，還要滿足部分閘孔單獨(dú)開(kāi)啟的運(yùn)行要求。結(jié)合初設(shè)方案溢流堰堰面體型，在溢流壩面加分隔墻，變化挑坎形式，經(jīng)過(guò)多組試驗(yàn)研究對(duì)比，最終優(yōu)化推薦了一種復(fù)合型消能工“三孔導(dǎo)向窄縫挑坎十三孔不對(duì)稱擴(kuò)散挑坎”。其顯著特點(diǎn)是將窄縫挑坎與經(jīng)典的擴(kuò)散挑坎進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，立體消能。

3、水舌特性

下泄水流受窄縫挑壩和不對(duì)稱擴(kuò)散挑坎的共同作用。以三縱三橫方式落水。通過(guò)2、4、6號(hào)閘孔（從左至右依次排序）下泄的水流，挑距接近連續(xù)式挑坎方案，達(dá)到68m，遠(yuǎn)離壩腳；水舌在空中的形態(tài)像一張薄型的雨簾，在橫向得以充分?jǐn)U散、摻氣；落水時(shí)水舌橫向分布連續(xù)均勻，入水居中，最大限度地占滿河床寬度，入水深度較連續(xù)式挑坎增加了約50%，且水舌形態(tài)連續(xù)光滑，穩(wěn)定性好。通過(guò)1、3、5號(hào)閘孔下泄的水流呈縱向拉開(kāi)水舌，三股水舌均勻地分布于河床之中，其水舌前緣緊貼另三孔的橫各水舌，設(shè)計(jì)洪水時(shí)向后縱向拉開(kāi)長(zhǎng)度28m。這樣，復(fù)合消能工的水舌覆蓋率較之連續(xù)式挑坎方案有了明顯的提高。

4、下游河道沖淤形態(tài)

在相同條件下，和連續(xù)式挑坎方案相比，窄縫挑坎和擴(kuò)散挑坎復(fù)合消能工將相同的入水流量分成兩部分下泄，擴(kuò)散挑坎的出坎水舌在空中橫向充分?jǐn)U散，入水水舌占滿整個(gè)河床橫斷面，入水寬度較連續(xù)式挑坎增加了約50%，又使橫向入水的單寬流量減小50%以上，對(duì)下游河床的沖刷也就大幅度減??；窄縫挑坎的出坎水舌則是通過(guò)側(cè)墻的收縮迫使其在豎向和縱向充分?jǐn)U散、摻氣，呈掃帚狀沿河流方向較均勻地進(jìn)入下游水墊中，表成一條窄而長(zhǎng)入水面積，且能順?biāo)鞣较虺浞稚㈤_(kāi)，每一個(gè)窄縫挑坎的出坎流量也僅占總流量的1/6，加之空中劇烈變形也要消耗部分能量，和擴(kuò)散挑坎相比，窄縫挑坎的出坎水舌對(duì)下游河床的沖刷也就微不足道。

三、結(jié)語(yǔ)

窄縫式消能工一般多應(yīng)用于岸邊溢洪道末端或泄洪洞出口，很少在壩面泄水道中采用，南一水庫(kù)也只是將單一的窄縫挑坎應(yīng)用在溢流壩面泄洪上。某水庫(kù)的水工模型試驗(yàn)研究成果表明，在解決重力拱壩壩面溢流的消能防沖問(wèn)題時(shí)，在溢流壩面上加設(shè)分隔墻，將壩面水流分成幾股水流下泄，再結(jié)合與之相匹配的挑坎形式，可以起到減小水流向心集中、調(diào)整出坎水舌的方向及落點(diǎn)和提高消能防沖效果的作用。