一种水闸下游防冲结构的制作方法

1.本发明涉及防洪设备技术领域，尤其涉及一种水闸下游防冲结构。


背景技术：

2.水闸的闸下水流消能方式一般有底流式消能、挑流式消能和面流式消能三种，平原地区建于河道或河口的水闸多采用底流式消能的方式，为能充分消减水闸泄流的能量，底流式消能的消能设施一般由消力池、海漫、防冲槽组成。
3.下泄的水流经过海漫后，河床流速分布虽然接近正常分布状态，但在海漫末端仍有冲刷现象。海漫末端的冲刷深度决定了防冲槽的深度，由于平原地区河道或河口处的土层多为易受冲刷的粉细砂层或淤泥、淤泥质土层，修建水闸后闸下游海漫末端出口的河床冲刷深度的计算值往往很大。
4.当计算冲刷深度较大，如按计算深度设计下游防冲槽，不仅不经济，而且施工也很困难。参照已建水闸工程的实践经验，下游防冲槽深度一般采用1.5
‑
2.5m，防冲槽内的抛石数量根据下游河床冲刷至最深时块石坍塌后完整覆盖在冲刷坑上游坡面确定。
5.虽然以上做法在实践中进行应用，但在下游防冲槽深度小于河床实际冲刷深度时，仅靠一定数量的抛石在冲刷坍塌后能覆盖在冲刷坡面上起到抗冲刷防护作用的措施较理想化，工程安全裕度不高，容易出现下游消能设施冲毁的情况。


技术实现要素：

6.本发明目的在于提供一种水闸下游防冲结构，应用于在平原地区河道或河口处修建水闸的闸址位置具有较深厚易受冲刷土层如粉细砂层或淤泥、淤泥质土层等项目，既能满足抗冲刷防护的安全要求，又具有施工便捷性。
7.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种水闸下游防冲结构，所述水闸下游防冲结构垂直于水流方向布置在水闸下游海漫的末端；所述水闸下游防冲结构包括前墙、后墙、冠梁、系梁、块石、复合土工布和砼预制块；
9.所述前墙和后墙由预制砼板桩组成，所述前墙位于顺水流方向的上游，所述后墙位于顺水流方向的下游；在前墙和后墙的顶端设有冠梁；所述冠梁之间通过系梁固定连接，冠梁之间每隔设定距离则设置一条冠梁；在前墙、后墙、冠梁和系梁形成的箱式结构的内部上端填充有块石；
10.所述复合土工布垫于地基土层和防冲槽之上；所述砼预制块铺设于复合土工布之上且砼预制块之间由绳索进行柔性连接。
11.进一步地，所述冠梁、系梁和预制砼板桩为钢筋混凝土结构。
12.进一步地，所述预制砼板桩一侧短边为阳榫，另一侧短边为阴榫；
13.位于同一水平高度的预制砼板桩，通过阳榫和阴榫之间的互相搭接。
14.所述预制砼板桩的两头端部预埋有钢端板，其中底部端板焊接有钢桩头、顶部端
板焊接有锚筋。
15.进一步地，锚筋选用hrb400，直径16mm钢筋，设置三根。锚筋浇筑于冠梁结构中，保证前后墙的板桩与顶部冠梁形成一个整体。
16.进一步地，所述块石的粒径≥250mm。
17.所述复合土工布的重量≥380g/m2。可选用230g/m2丙纶长丝机织布(下层)与150g/m2涤纶无纺布(上层)制作。砼预制块为方形，单块尺寸0.45m
×
0.45m，厚度可在0.12m～0.2m范围内选用，块体中间分两层布置有pvc管孔用于聚氯乙烯绳的串起连接。
18.所述砼预制块的混凝土标号≥c25，化学侵蚀环境下混凝土标号≥c30。
19.所述冠梁、系梁结构混凝土标号≥c25，化学侵蚀环境下混凝土标号≥c30；所述预制砼板桩混凝土标号≥c60。
20.所述复合土工布由机织布和无纺布制作，垫于地基土层和防冲槽之上；所述砼预制块铺设于复合土工布之上，由聚氯乙烯绳进行柔性连接。
21.本发明通过形成防冲结构，能够解决闸下游海漫末端出口的河床冲刷深度较大时下游的防冲问题，保证水闸主体的安全。具体为一方面，该发明能够深入河床土层，有效解决河床的冲深问题，根据计算冲刷深度确定墙深，可保护河床土体不被下泄的水流冲走；另一方面，该发明能够提高防冲墙自身的稳定性，保证在下游河床冲刷至最深时结构的安全；再者，该发明能够有效提高覆盖部位河床的抗冲性能。
附图说明
22.下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
23.图1为本发明实施例水闸下游防冲结构布置在闸下游海漫末端出口的示意图。
24.图2为本发明实施例水闸下游防冲箱体结构的平面布置图。
25.图3为图2的i
‑
i剖视图。
26.图4为图2的ii
‑
ii剖视图。
27.图5为本发明实施例单个预制砼板桩结构平剖面图和端部端板平剖面图。
28.图6为本发明实施例预制砼板桩阳榫和阴榫互相搭接的示意图。
29.图7为本发明实施例预制砼板桩底部端板钢桩头图和顶部钢板锚筋图。
30.图8为本发明实施例水闸下游防冲护底结构的平面布置图。
31.图9为图8的iii
‑
iii剖视图。
32.图中：1、前墙；2、后墙；3、冠梁；4、系梁；5、块石；6、预制砼板桩；61、阳榫；62、阴榫；63、端板；64、钢桩头；65、锚筋；7、海漫；8、防冲槽；9、砼预制块；91、聚氯乙烯绳；92、pvc管；10、复合土工布。
具体实施方式
33.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.如图1
‑
图4所示，本发明水闸下游防冲结构以沿垂直水流的方向布置于水闸下游
海漫7的末端。水闸下游防冲结构主体包括前墙1、后墙2、冠梁3、系梁4、块石5、砼预制块9和复合土工布10七个部分组成；其中冠梁3位于前墙1、后墙2的顶端；系梁4位于前墙1、后墙2顶端的冠梁3之间；块石5则用于前墙1、后墙2之间的箱体换填；复合土工布10垫于地基土层和防冲槽8之上；砼预制块9铺设于复合土工布10之上。
35.前墙1和后墙2分别由多个预制砼板桩6榫接而成；前墙1和后墙2的结构主体位于河床土层以下，前墙1和后墙2的顶端通过冠梁3连成墙式整体结构；顺水流方向的上游为前墙1，下游为后墙2。位于前墙1和后墙2顶端的两个冠梁3之间通过系梁4的连接以形成箱式结构。在冠梁3和系梁4形成的箱式结构上端，挖除原有的泥土以块石5换填，形成防冲箱体结构。
36.冠梁3、系梁4和预制砼板桩6均为钢筋混凝土结构。其中冠梁3和系梁4的混凝土标号采用c25，预制砼板桩6的混凝土标号采用c60。
37.预制砼板桩6采用预制结构，如图5、图6所示，预制砼板桩6的两侧短边其中一侧为阳榫61，另一侧为阴榫62；位于同一水平高度的预制砼板桩6，通过阳榫61和阴榫62之间的互相搭接形成前墙1和后墙2。
38.一般而言，前墙1、后墙2垂直水流方向布置，互相平行，中心线间距5m。墙顶设置冠梁3连接，冠梁3截面尺寸0.8m
×
0.9m(宽
×
高)，预制砼板桩6顶入冠梁3内0.1m，冠梁3每12m分一结构缝。前墙1、后墙2的冠梁3之间设置系梁4连接，系梁4截面尺寸0.8m
×
0.8m(宽
×
高)，系梁4与系梁4之间中心线间距4m。
39.箱内换填块石5粒径不小于250mm，换填后腔内充砂填空密实。
40.预制砼板桩6单块截面尺寸0.4m
×
0.9m(桩厚
×
桩宽)，桩长度12m，两侧短边分别设有一阳榫61和一阴榫62，阳榫61宽度0.14m、深度0.03m，阴榫62宽度0.14m、深度0.035m，阳榫61和阴榫62互相搭接。
41.预制砼板桩6的两头端部预埋有端板63，端板63单块截面尺寸0.4m
×
0.9m(桩厚
×
桩宽)，材料选用q235b，厚度20mm。底部端板63焊接有钢桩头64，顶部端板63焊接有锚筋65，如图7所示，锚筋65选用hrb400，直径16mm钢筋，共三根，锚筋65浇筑于冠梁3结构中。
42.如图1所示，本发明水闸下游防冲结构在箱体后面设有护底结构，由砼预制块9和复合土工布10组成。在地基土层和防冲槽8上铺设380g/m2复合土工布10一层，复合土工布10选用230g/m2丙纶长丝机织布(下层)与150g/m2涤纶无纺布(上层)制作，实施过程中复合土工布10可以搭接或缝接，相邻复合土工布10搭接宽度不小于1m。复合土工布10上铺设砼预制块9，砼预制块9的混凝土标号采用c25，方形，单块尺寸0.45m
×
0.45m，厚度选用0.15m，每个砼预制块9块体中间分两层布置有φ20pvc管92孔用于聚氯乙烯绳91的串起连接。
43.本发明其施工方法如下：
44.1)前墙1、后墙2的施工
45.预制砼板桩6的制作(可在施工区进行预制或预制厂购买成品)——场地准备——测量放线——桩基设备就位——打入首根桩(可选择静压法、振动法施工，沉桩的终止标准为设计标高)——测距定点——安装导向架——桩检查、起吊并插入导向架——垂直度校正——沉桩施工——测定记录(停止沉桩)——桩检查、起吊并插入导向架(依次循环施工)——形成前墙和后墙结构。
46.2)冠梁3、系梁4的施工
47.测量放线——制作、绑扎钢筋——安装模板——浇筑混凝土(冠梁3、系梁4)——形成箱式整体结构。
48.3)箱内换填的施工
49.挖除箱内顶部3m深范围的原土——换填大块石5——腔内充砂填空密实——形成防冲箱体结构。
50.4)砼预制块9、复合土工布10的施工
51.砼预制块9的制作(可在施工区进行预制或预制厂购买成品)、复合土工布10的加工制作——铺设复合土工布10——测量放线——铺设砼预制块9——聚氯乙烯绳串起连接各砼预制块9——形成护底结构。
52.经模型试验验证，本实施例可满足冲刷深度5m的冲刷工况稳定要求。
53.本发明还可以用于各类泄流建筑物如溢流坝、钢坝、气盾坝、橡胶坝、溢洪道等的下游或者河道内坡度较陡、弯道处等流速较大、冲刷较严重的位置。
54.于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
55.在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
56.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
57.以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。