CN108179722A - 一种浮动结构的温度异重流拦挡装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮动结构的温度异重流拦挡装置，包括固定于电站取水口上游两岸、连线垂直于水流方向的两个索塔；所述两个索塔之间通过主缆固定连接；所述主缆与多根链接绳顶端固定连接；靠近所述电站取水口上游两岸的链接绳底端与浮球固定连接，其余每根链接绳底端各与一个浮箱固定连接；所述每个浮球、每个浮箱与一根纵向索缆顶端连接；所述纵向索缆底端与锚固***固定连接；所有的纵向索缆均与多根横向辅助索缆固定连接，形成网状结构；所有的纵向拉索均与幕布固定连接；相邻的浮箱、相邻的浮球、相邻的浮箱与浮球之间均相互连接。本发明的拦挡装置可水下施工，且能承受较大压力、能适应水位大幅变化。

Description

一种浮动结构的温度异重流拦挡装置

技术领域

本发明涉及水利水电工程领域，特别是一种可水下施工，且能承受较大应力，能适应大幅度水位变化的浮动结构的温度异重流拦挡装置。

背景技术

异重流是指在重力场中由于两种或两种以上比重相差不大、可以相混的流体，因比重差异而而产生的流动。温度异重流属异重流中的一种。在高坝大库，多存在水温分层现象和水温异重流，即高温水密度轻，位于上层；低温水密度重，位于下层。。

为缓解水库在***下泄低温水对大坝下游生态环境造成的不利影响，需在电厂取水口上游设置拦挡装置，挡住下层低温水，避免其进入电厂取水口，达到下泄表层高温水的目的。

对于高坝大库，其库区水域宽广，断面面积大。相应的，拦挡装置的面积多为几万甚至上百万平方米。另一方面，拦挡装置修建后，仅有表层较轻的水体会从装置顶部进入装置背面，然后进入取水口。这样拦挡装置正反两面的水体重量会有显著差异，导致拦挡装置承受巨大的静水压力。在这两方面的作用下，拦挡装置的压强可达几千帕，整体承受的压力可达几千吨甚至上万吨。

而现有能承受如此大压力的拦挡装置，如大坝等，必须在施工区将水体排空后修建，且施工周期漫长。对于已建水库，降低水库水位不仅会严重影响其发电经济效益，还会产生塌方、滑坡等严重次生灾害，修建代价巨大。

另一方面，大坝坝前断面河宽多达数百米，甚至几千米。在修建拦挡装置时，其上方主体受力悬索的跨度与断面河宽相当，属大跨度悬索结构，承受荷载巨大。

对于高坝大库，库区水位涨落频繁，一年之类水位变幅能超过50米。由于主体受力悬索固定于两岸某一高程，不能随水位变化。当库区低水位运行时，靠近两岸的浮箱和拦挡装置将脱离水面，悬于空中，使得主体受力悬索荷载显著上升，并会造成局部应力集中现象。危及拦挡结构安全。

现有的能水下施工的拦挡装置，多结构较简单，规模较小，不仅难以承受如此巨大的水压力，而且难以在如此大幅变化的水位条件下正常运行。

针对上述问题，业内尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种浮动结构的温度异重流拦挡装置，可水下施工，且能承受较大压力、能适应水位大幅变化。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种浮动结构的温度异重流拦挡装置，包括固定于电站取水口上游两岸、连线垂直于水流方向的两个索塔；所述两个索塔之间通过主缆固定连接；所述主缆与多根链接绳顶端固定连接；靠近所述电站取水口上游两岸的链接绳底端与浮球固定连接，其余每根链接绳底端各与一个浮箱固定连接；所述每个浮球、每个浮箱与一根纵向索缆顶端连接；所述纵向索缆底端与锚固***固定连接；所有的纵向索缆均与多根横向辅助索缆固定连接，形成网状结构；所有的纵向拉索均与幕布固定连接；相邻的浮箱、相邻的浮球、相邻的浮箱与浮球之间均相互连接。

所述两个索塔上均套有套筒浮箱。且所述主缆两端各与对应的套筒浮箱固定连接。浮箱环套于索塔主体上，可随水位升降。浮箱既使主缆两端固定于索塔，又能使主缆随水位上下浮动。

所述主缆包覆于保护层内，所述保护层采用浮力材料。可使主缆抵抗自重，浮于水面。

所述幕布采用高强土工膜或高强土工布。

所述幕布顶端与上纲固定连接，所述幕布底端与所述锚固***固定连接，用于稳定拦挡结构形态。

所述两个索塔外侧均设置有重力挡墙，且所述重力挡墙的高程与拦挡装置的最大拦挡高程相同。重力挡墙材质为钢筋混凝土。

所述两个索塔塔顶高程均高于水库校核防洪水位，重力挡墙，材质为钢筋混凝土。

所述两个索塔底部均设置有索塔基础，两个索塔基础均通过索塔桩基固定。保证结构稳固。

所述锚固***包括重力锚链和地锚，所述纵向索缆通过所述地锚与大地固定连接；所述幕布与所述重力锚链固定连接。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明的拦挡装置可水下施工，且能承受较大压力、能适应水位大幅变化。

附图说明

图1为本发明实施例低水位运行时的立面布置图；

图2为本发明实施例高水位运行时的立面布置图；

图3为本发明实施例图1、图2的A部分放大图。

具体实施方式

如图1-图3所示，本发明主要由索缆***、浮箱***、拦挡***、锚固***组成。

索缆***包括索塔（左岸索塔10、右岸索塔14）、主缆1和链接绳2。索塔布置于电站取水口上游两岸，主缆由两岸索塔张拉，材质为高强钢丝束，外包浮力材料制成的保护层，可使主缆抵抗自重，浮于水面。主缆两端固定于滑动套筒浮箱（左岸滑动套筒浮箱11、右岸滑动套筒浮箱15），左岸滑动套筒浮箱11、右岸滑动套筒浮箱15分别套在左岸索塔10、右岸索塔14上，套筒浮箱可随水位升降。主缆上固定有一系列链接绳2。

浮箱***由一系列轻质浮球3和浮箱4串联组成。浮箱、轻质浮球之和与链接绳数量相对应，每个浮箱或轻质浮球顶部均与一根链接绳固定。由于最边侧幕布在低水位运行时会脱离水面，且该区域水较浅，单位宽度的幕布受力较小，因此该区域的纵向拉索连接轻质浮球，主河道深水区域，单位宽度的幕布受力较大，且低水位运行时浮箱***不会脱离水面，对主缆造成额外荷载，因此选用重量较大，浮力更强的浮箱。

拦挡***包括纵向拉索6、上纲5、重力锚链8、幕布19和挡墙，纵向拉索顶部固定于浮箱或轻质浮球底部，纵向拉索底部固定于锚固***，纵向拉锁之间设置横向辅助索缆7，保证纵向拉索联合应力，避免应力集中。幕布固定于纵向拉索上，材质为低透水性的高强土工膜或高强土工布。顶部为上纲，底部设有重力锚链，用于稳定拦挡结构形态。位于水底的锚固***为水下地锚或重力锚，用于固定拉索。两侧岸边均修建重力挡墙（左岸挡墙9和右岸挡墙16），材质为钢筋混凝土，挡墙高程与拦挡装置最大拦挡高程相同。

左岸索塔与右岸索塔塔顶高程高于水库校核防洪水位，即水位不会高过塔顶。水面在索塔塔基（塔基是指左岸索塔基础12、右岸索塔基础16）与塔顶之间变化时，浮箱***、主缆和左岸、右岸的滑动套筒浮箱均随水面变化。当水位低于索塔基础时，滑动套筒浮箱停留在基础上，不再下降，此时部分幕布露出水面，轻质浮球滞留与岸边，浮箱***和主缆继续随水位变化。左岸索塔基础12、右岸索塔基础16分别与左岸索塔桩基13、右岸索塔桩基18固定连接。

幕布是主要的拦挡部件，首先承受水压力，而后传递至横向辅助索缆和纵向拉索。纵向拉索受力分配至下端的地锚21和上端的浮箱。地锚21将受力传至大地20；浮箱的受力分为两个方向，垂向受力由浮箱***自身浮力承受，水平方向受力传至链接绳，由链接绳传至主缆，由此引起的主缆的牵引力由两岸索塔承受并传至大地。

而岸边幕墙则在承受水压力后，直接将荷载传向大地。

实施例 本实施例依托贵州清水河三板溪水电站低温水治理工程。三板溪水电站是沅水干流15个梯级电站中的第二级，具有多年调节性能，水库正常蓄水位475.00m，最大坝高185.5m，引水发电***进水口底板高程408.00m。水库蓄水后，库区呈现出明显的温度分层现象，库底水温仅为9.6℃，致使春夏季节下泄水温低于天然情况下水温，对下游鱼类的产卵繁殖产生不利影响。为能使鱼类在产卵期具备适宜的水温条件，需在电站进水口上游约250m处修建拦挡装置提高三板溪水电站下泄水温。

经数值模拟计算分析，拦挡装置挡水面积36797m²，承受总荷载为1296t，纵向拉索设计34根，材质为钢绞线，外包柔性防护层。纵向拉索之间设横向辅助拉索，材质为高强迪尼玛绳，相邻拉索间距为10m。将各纵向拉索从左岸到右岸依次编号，并计算得各纵向拉索下端竖向拉力、水平拉力和浮箱浮力。

锚固***采用水下地锚，地锚钻孔直径130mm，锚杆钢筋HRB400，选用3根直径为36mm的螺纹钢筋束。对于水深60m~100m的区域水下地锚（左岸编号1~5，右岸编号31~34纵向拉索对应的锚固***）采用单孔受力，其余水下地锚采用两孔联合受力方案。

两岸索塔材质为钢筋混凝土，横截面为14m×14m的正方形，顶高程480m，底高程与地面平齐。两塔均设置凹字形滑动套筒浮箱，材质为钢材，浮力100t，浮箱内壁与索塔接触处设滑轮，索塔上设相应滑槽。主缆材质为高强钢丝束，直径70cm，外层为防护层，防护层内为钢丝。链接绳材质和上纲材质为钢绞线，外包柔性保护套。

索塔两侧为钢筋混凝土挡墙，墙顶高480m。

经数值模拟计算，本拦挡装置实施后，可将5月春季鱼类产卵期下泄水温从16.5℃提高至18.5℃。可见，本实施例阻水效果良好，具有较好的推广价值。

Claims (10)

1.一种浮动结构的温度异重流拦挡装置，其特征在于，包括固定于电站取水口上游两岸、连线垂直于水流方向的两个索塔；所述两个索塔之间通过主缆（1）固定连接；所述主缆（1）与多根链接绳（2）顶端固定连接；靠近所述电站取水口上游两岸的链接绳（2）底端与浮球（3）固定连接，其余每根链接绳（2）底端各与一个浮箱（4）固定连接；所述每个浮球（3）、每个浮箱（4）与一根纵向索缆（6）顶端连接；所述纵向索缆（6）底端与锚固***固定连接；所有的纵向索缆（6）均与多根横向辅助索缆（7）固定连接，形成网状结构；所有的纵向拉索（6）均与幕布（19）固定连接；相邻的浮箱（4）、相邻的浮球（3）、相邻的浮箱（4）与浮球（3）之间均相互连接。

2.根据权利要求1所述的浮动结构的温度异重流拦挡装置，其特征在于，所述两个索塔上均套有套筒浮箱，且所述主缆两端各与对应的套筒浮箱固定连接。

3.根据权利要求1所述的浮动结构的温度异重流拦挡装置，其特征在于，所述主缆（1）包覆于保护层内。

4.根据权利要求3所述的浮动结构的温度异重流拦挡装置，其特征在于，所述保护层采用浮力材料。

5.根据权利要求1所述的浮动结构的温度异重流拦挡装置，其特征在于，所述幕布（19）采用高强土工膜或高强土工布。

6.根据权利要求1所述的浮动结构的温度异重流拦挡装置，其特征在于，所述幕布（19）顶端与上纲（5）固定连接，所述幕布（19）底端与所述锚固***固定连接。

7.根据权利要求1所述的浮动结构的温度异重流拦挡装置，其特征在于，所述两个索塔外侧均设置有重力挡墙，且所述重力挡墙的高程与拦挡装置的最大拦挡高程相同。

8.根据权利要求1所述的浮动结构的温度异重流拦挡装置，其特征在于，所述两个索塔塔顶高程均高于水库校核防洪水位。

9.根据权利要求1所述的浮动结构的温度异重流拦挡装置，其特征在于，所述两个索塔底部均设置有索塔基础，两个索塔基础均通过索塔桩基固定。

10.根据权利要求1～9之一所述的浮动结构的温度异重流拦挡装置，其特征在于，所述锚固***包括重力锚链（8）和地锚（21），所述纵向索缆（6）通过所述地锚（21）与大地（20）固定连接；所述幕布（19）与所述重力锚链（8）固定连接。