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水工建筑物基础(第2版)
1.15.6.2 二、陡坡
二、陡坡

陡坡由进口连接段、控制堰口、陡坡段、消力池和出口连接段组成。

根据不同的地形条件和落差大小,陡坡也可以建成单级或多级。多级陡坡常建在落差较大,且地形有变坡或台阶的渠段上。

陡坡的构造与跌水相似,不同之处是陡坡段代替了跌水墙。由于陡坡段水流速度较高,对进口和陡坡段布置要求较高,以使下泄水流平稳、对称且均匀地扩散,以利于下游消能和防止对下游渠道的冲刷。

在平面布置上,陡坡底可做成等宽形、底宽扩散形和菱形三种。底部等宽度布置形式较简单,但对下游消能不利,常用于小型渠道和跌差小的情况。

陡坡段的横断面常做成梯形或矩形,梯形断面的边墙做成护坡式较经济,常被采用。

1.扩散形陡坡

陡坡段采用扩散形布置(图12-63),可以使水流在陡坡上发生扩散,以减小单宽流量,这对下游消能防冲有利。

图12-63 扩散形陡坡(单位:cm)

陡坡的比降应根据修建陡坡处的地形、地质、跌差及流量大小等条件确定。当流量大、跌差大时,陡坡比降应缓一些;当流量较小、跌差小且地质条件较好时,可陡一些。土基上陡坡比降通常取1∶2.5~1∶5。

对于土基上的陡坡,单宽流量不能太大,当落差不大时,多从进口后开始扩散,扩散角θ一般为5°~7°。

2.菱形陡坡

图12-64 菱形陡坡(单位:cm)

菱形陡坡在平面布置上,上游段扩散下游段收缩,在平面上呈菱形(图12-64)。在收缩段的边坡上设置导流肋。这种布置使消力池段的边墙边坡向陡槽段延伸,使其成为陡坡边坡的一部分,从而使水跃前后的水面宽度一致,两侧不产生平面回流漩涡,使消能池平面上的单宽流量和流速分布均匀,减轻了对下游的冲刷。

工程实践表明,这种陡坡运用效果良好,一般用于跌差2.5~5.0m的情况。

3.陡坡段的人工加糙

在陡坡段上进行人工加糙,对促使水流紊动扩散、降低流速、改善下游流态及消能均起着重要作用。其作用的大小与人工加糙的布置形式、尺寸等均有密切关系。

常见的加糙形式有双人字形槛、交错式矩形糙条、单人字形槛、棋布形方墩等,如图12-65所示。

图12-65 人工糙面的形式

(a)双人字形槛;(b)交错式矩形槛;(c)单人字形槛;(d)棋布形方墩

陡坡出口消能一般都采用消力池,使水流在池中发生淹没水跃以消减水流能量,其布置形式与跌水相似。为了提高消能效果,消力池中常设一些辅助消能工,如消力齿、消力墩、消力肋及尾槛等。

消力池出口常用连接段与下游渠道连接,当消力池底宽大于下游渠道底宽时,出口连接段为平面收缩形式。消力池末端底部一般用1∶2~1∶3的反坡与下游渠道相连。