跌水堰及其施工方法与流程

1.本发明涉及水利工程建设领域，具体涉及一种跌水堰及其施工方法。


背景技术：

2.山区河道底坡较陡，为实现枯水期蓄水和洪水期行洪的功能，在山区河道上修建跌水堰。跌水堰结构应当具有稳定性和防渗能力，因此传统的跌水堰结构通常采用重力式结构，在河道上需要进行大量挖掘，然后进行现浇施工。传统跌水堰施工的复杂性和难度导致了现场施工周期长、施工界面大，要求现场人员技能高、质量要求高。
3.因此，急需一种简单易用、施工便利、能够适应各种不同环境的跌水堰结构设计和施工方法。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中跌水堰施工复杂的缺陷，提供一种跌水堰及其施工方法。
5.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种跌水堰，其包括堰面结构，所述堰面结构包括：
6.第一预制件，所述第一预制件为多个，所述第一预制件的上表面设置有第一凹凸部且下表面设置有第二凹凸部，所述第一凹凸部和所述第二凹凸部位于所述第一预制件相对的两端；
7.第二预制件，所述第二预制件的下表面相对的两端设置有第三凹凸部，多个所述第一预制件之间通过第一凹凸部和所述第二凹凸部配合固定，所述第一预制件分布在所述第二预制件的两侧并形成阶梯结构，所述第二预制件位于所述阶梯结构的顶部，所述第二预制件通过所述第一凹凸部和所述第三凹凸部与所述第一预制件配合固定。
8.在本方案中，该结构设置，该跌水堰通过阶梯结构的设计，可以将水流引导到下游，有效避免水流冲击坝体，跌水堰为装配式，即采用第一预制件和第二预制件装配形成堰面结构，第一预制件和第二预制件可以提前制作，避免了现场现浇混凝土的施工步骤，缩短了现场施工周期，施工质量好，对环境影响较小，通过预制件的多个配合固定，可以提高跌水堰的稳定性和耐久性；另外，构件现场安装不需要严格的施工条件，可以在水上施工，对河道影响较小，降低施工要求，预制件可以采用工厂标准预制，实现规模生产，降低了造价，预制件可以设计不同的尺寸规格，根据实际的需要组装成高度差和平面形式变化多样的跌水堰；另外，由于采用凹凸配合的形式，在后续重新改造时，便于拆除，减少在遗留废弃混凝土，降低对生态环境的影响。
9.较佳地，所述跌水堰包括上游侧和下游侧，所述第二预制件两侧的所述第一预制件分别沿所述上游侧和所述下游侧依次分布，所述下游侧的所述第一预制件包括凸起部，所述凸起部凸出于所述第一预制件的上表面且位于所述第一预制件与所述第一凹凸部相对的一端。
10.在本方案中，该结构设置，通过在下游侧的第一预制件上设置凸起部，凸起部与另一端的另一相邻的第一预制件的端部组成槽状的水池，从而形成阶梯式水池表面，跌水堰的上游侧和下游侧的第二预制件两侧的第一预制件分别沿流向依次分布，使得流经跌水堰的水流能够分成多个层次，从而达到降低水流撞击的目的，下游侧的第一预制件包括凸起部，能够进一步增强水流分层，提高跌水效果。
11.较佳地，所述第一凹凸部为凸榫，所述第二凹凸部为凹槽，所述跌水堰还包括截渗桩，所述截渗桩用于与大坝固定，所述截渗桩的顶部插入所述凹槽内。
12.在本方案中，该结构设置，凸榫和凹槽的配合方式简单可靠，能够有效避免零件之间的位移，截渗桩分别与凹槽和大坝固定，结构更稳定，保证截渗效果。
13.较佳地，所述第一预制件包括第四凹凸部和第五凹凸部，所述第四凹凸部和所述第五凹凸部位于所述第一预制件的侧面且位于相对的两端，所述第一预制件和所述第二预制件的分布方向定义为第一方向，所述第二方向与所述第一方向在水平面上垂直，沿所述第二方向，所述堰面结构包括至少两排所述第一预制件，相邻排的所述第一预制件通过所述第四凹凸部和所述第五凹凸部配合固定。
14.在本方案中，该结构设置，该跌水堰沿第二方向排列多排预制件，第四凹凸部和第五凹凸部位于预制件的侧面，通过凹凸配合固定的方式，进一步增强了跌水堰的稳定性和耐久性，进一步提高跌水效果。
15.较佳地，所述跌水堰还包括膨胀胶条，所述膨胀胶条位于所述第一凹凸部和所述第二凹凸部的配合面之间；
16.和/或，所述膨胀胶条位于所述第四凹凸部和所述第五凹凸部的配合面之间。
17.在本方案中，该结构设置，该跌水堰通过在第一凹凸部和第二凹凸部、第四凹凸部和第五凹凸部之间设置膨胀胶条，实现了对配合面间的密封，可以防止泄漏和渗流，提高跌水堰的密封性。
18.较佳地，所述跌水堰还包括汀步，所述汀步分布在所述第二预制件的上表面；
19.和/或，所述跌水堰还包括栏杆，所述栏杆设置在所述第二预制件上方。
20.在本方案中，该结构设置，跌水堰采用了汀步和栏杆作为辅助元件，汀步的设置增加了步行安全性，栏杆的设置则增加了安全防护性。汀步和栏杆均设置在第二预制件上，既可以起到美化河道的作用，又可以提高跌水堰的整体稳定性。
21.较佳地，所述第一凹凸部为沿所述第一预制件的上表面凸出的凸榫，所述第二凹凸部为凹槽，所述第二凹凸部包括两个沿所述第一预制件的下表面或者所述第二预制件的下表面凸出的凸榫，两个凸榫间隔设置形成所述凹槽。
22.在本方案中，该结构设置，跌水堰采用了凸榫与凹槽的连接方式，可实现预制件之间的可靠连接与固定，其中第一凸凹部为沿预制件的上表面凸出的凸榫，第二凸凹部为凹槽，包括两个凸榫，两个凸榫间隔设置形成凹槽，该设计制造方便、易于组装，可进一步提高跌水堰的稳定性和防渗能力。
23.本发明还公开了一种施工方法，其用于安装所述的跌水堰，所述施工方法包括步骤：
24.s1：将各第一预制件的第二凹凸部插入相邻的第一预制件的第一凹凸部并形成阶梯结构，作为上游阶梯式堰面；
25.s2：将各第一预制件的第二凹凸部插入相邻的第一预制件的第一凹凸部并形成阶梯结构，作为下游阶梯式堰面；
26.s3：将第二预制件的第二凹凸部分别插入上游阶梯式堰面和下游阶梯式堰面最高处的两个第一预制件的第一凹凸部，作为顶部堰面。
27.在本方案中，提供了一种简单易行、高效安全的跌水堰安装方法，先将预制件按凸凹形式插接组装成上下游阶梯式堰面，再在两个最高处的第一预制件上插入第二预制件，作为顶部堰面，通过该方法安装的跌水堰结构稳固、耐久，施工效率快，便于工程管理。
28.较佳地，所述第一凹凸部为凸榫，所述第二凹凸部为凹槽，所述跌水堰还包括截渗桩，步骤s3还包括步骤s31：将截渗桩插入土坝，将截渗桩的上端插入第二预制件的第二凹凸部内。
29.在本方案中，截渗桩的设置有利于防止水流沿土坝渗漏，增强跌水堰的防渗能力，此外，截渗桩还能提高跌水堰结构的稳定性和耐久性，防止因土坝渗漏导致的损坏。
30.较佳地，在步骤s1之前还包括步骤s0：在河道上填筑压实土坝；
31.和/或，在步骤s3之后还包括步骤s4：将汀步和栏杆安装至第二预制件上。
32.在本方案中，步骤s1之前增加了填筑压实土坝的步骤，通过填筑压实土坝可增加基础稳定性和防止水流泄漏。此外，在步骤s3之后还增加了安装汀步和栏杆的步骤，可以更好地加强跌水堰的整体稳定性、道路安全性和美化效果。
33.本发明的积极进步效果在于：该跌水堰通过阶梯结构的设计，可以将水流引导到下游，有效避免水流冲击坝体，跌水堰为装配式，即采用第一预制件和第二预制件装配形成堰面结构，第一预制件和第二预制件可以提前制作，避免了现场现浇混凝土的施工步骤，缩短了现场施工周期，施工质量好，对环境影响较小，通过预制件的多个配合固定，可以提高跌水堰的稳定性和耐久性；另外，构件现场安装不需要严格的施工条件，可以在水上施工，对河道影响较小，降低施工要求，预制件可以采用工厂标准预制，实现规模生产，降低了造价，预制件可以设计不同的尺寸规格，根据实际的需要组装成高度差和平面形式变化多样的跌水堰；另外，由于采用凹凸配合的形式，在后续重新改造时，便于拆除，减少在遗留废弃混凝土，降低对生态环境的影响。
附图说明
34.图1为本发明较佳实施例的跌水堰的结构示意图。
35.图2为本发明较佳实施例的第一预制件的结构示意图。
36.图3为本发明较佳实施例的第二预制件的结构示意图。
37.图4为本发明较佳实施例的第三预制件的结构示意图。
38.图5为本发明较佳实施例的第三预制件凹凸配合的结构示意图。
39.图6为本发明较佳实施例的并排的第三预制件的结构示意图。
40.图7为本发明较佳实施例的截渗桩的结构示意图。
41.图8为本发明较佳实施例的施工方法的流程图。
42.附图标记说明
43.堰面结构1
44.第一预制件11
45.第一凹凸部111
46.第二凹凸部112
47.凸起部113
48.第四凹凸部114
49.第五凹凸部115
50.第二预制件12
51.第三凹凸部121
52.第三预制件13
53.水池131
54.上游侧14
55.下游侧15
56.截渗桩2
57.塑钢板桩单元21
58.膨胀胶条3
59.汀步4
60.第一方向a
61.第二方向b
具体实施方式
62.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
63.如图1-图7所示，本实施例公开了一种跌水堰，其包括堰面结构1，堰面结构1包括：第一预制件11，第一预制件11为多个，第一预制件11的上表面设置有第一凹凸部111且下表面设置有第二凹凸部112，第一凹凸部111和第二凹凸部112位于第一预制件11相对的两端；第二预制件12，第二预制件12的下表面相对的两端设置有第三凹凸部121，多个第一预制件11之间通过第一凹凸部111和第二凹凸部112配合固定，第一预制件11分布在第二预制件12的两侧并形成阶梯结构，第二预制件12位于阶梯结构的顶部，第二预制件12通过第一凹凸部111和第三凹凸部121与第一预制件11配合固定。
64.在本实施例中，该跌水堰通过阶梯结构的设计，可以将水流引导到下游，有效避免水流冲击坝体，跌水堰为装配式，即采用第一预制件11和第二预制件12装配形成堰面结构1，第一预制件11和第二预制件12可以提前制作，避免了现场现浇混凝土的施工步骤，缩短了现场施工周期，施工质量好，对环境影响较小，通过预制件的多个配合固定，可以提高跌水堰的稳定性和耐久性；另外，构件现场安装不需要严格的施工条件，可以在水上施工，对河道影响较小，降低施工要求，预制件可以采用工厂标准预制，实现规模生产，降低了造价，预制件可以设计不同的尺寸规格，根据实际的需要组装成高度差和平面形式变化多样的跌水堰；另外，由于采用凹凸配合的形式，在后续重新改造时，便于拆除，减少在遗留废弃混凝土，降低对生态环境的影响。
65.如图1和图4所示，跌水堰包括上游侧14和下游侧15，第二预制件12两侧的第一预制件11分别沿上游侧14和下游侧15依次分布，下游侧15的第一预制件11包括凸起部113，凸
起部113凸出于第一预制件11的上表面且位于第一预制件11与第一凹凸部111相对的一端。具体地，在本实施例中，下游侧15的第一预制件11和凸起部113形成第三预制件13，当然，在其他可替代的实施例中，也可以不设置凸起部113，也即上游侧14和下游侧15均只有第一预制件11。
66.具体地，如图4所示，通过在下游侧15的第一预制件11上设置凸起部113形成第三预制件13，凸起部113与另一端的另一相邻的第一预制件11的端部组成槽状的水池131，从而形成阶梯式水池131表面，跌水堰的上游侧14和下游侧15的第二预制件12两侧的第一预制件11分别沿流向依次分布，使得流经跌水堰的水流能够分成多个层次，从而达到降低水流撞击的目的，下游侧15的第一预制件11包括凸起部113，能够进一步增强水流分层，提高跌水效果。
67.具体地，第一凹凸部111为凸榫，第二凹凸部112为凹槽，跌水堰还包括截渗桩2，截渗桩2用于与大坝固定，截渗桩2的顶部插入凹槽内。凸榫和凹槽的配合方式简单可靠，能够有效避免零件之间的位移，截渗桩2分别与凹槽和大坝固定，结构更稳定，保证截渗效果。具体地，第三凹凸部121也为凹槽，第二预制件12分别与上游的第一预制件11和下游的第三预制件13通过凹凸配合固定，当然，在其他可替代的实施例中，也可以将第一凹凸部111设置为凹槽，第二凹凸部112设置为凸榫来实现凹凸配合。
68.如图2-图6所示，第一预制件11包括第四凹凸部114和第五凹凸部115，第四凹凸部114和第五凹凸部115位于第一预制件11的侧面且位于相对的两端，第一预制件11和第二预制件12的分布方向定义为第一方向，第二方向与第一方向在水平面上垂直，沿第二方向，堰面结构1包括至少两排第一预制件11，相邻排的第一预制件11通过第四凹凸部114和第五凹凸部115配合固定。该跌水堰沿第二方向排列多排预制件，第四凹凸部114和第五凹凸部115位于预制件的侧面，通过凹凸配合固定的方式，进一步增强了跌水堰的稳定性和耐久性，进一步提高跌水效果。当然，在其他可替代的实施例中，也可以仅设置一排，可以通过加宽各预制件的方式来提高稳定性。
69.如图5和图6所示，跌水堰还包括膨胀胶条3，膨胀胶条3位于第一凹凸部111和第二凹凸部112的配合面之间，以及第四凹凸部114和第五凹凸部115的配合面之间。该跌水堰通过在第一凹凸部111和第二凹凸部112、第四凹凸部114和第五凹凸部115之间设置膨胀胶条3，实现了对配合面间的密封，可以防止泄漏和渗流，提高跌水堰的密封性。当然，在其他可替代的实施例中，当凹凸配合的密封性足以避免泄漏和渗流对的情况下，也可以不设置膨胀胶条3，其中，膨胀胶条3会遇水膨胀，从而实现更好地密封。
70.如图1所示，跌水堰还包括汀步4，汀步4分布在第二预制件12的上表面；跌水堰还包括栏杆(图中未示出)，栏杆设置在第二预制件12上方。跌水堰采用了汀步4和栏杆作为辅助元件，汀步4的设置增加了步行安全性，栏杆的设置则增加了安全防护性。汀步4和栏杆均设置在第二预制件12上，既可以起到美化河道的作用，又可以提高跌水堰的整体稳定性。当然，在其他可替代的实施例中，也可以不设置汀步4和栏杆。
71.具体地，第一凹凸部111为沿第一预制件11的上表面凸出的凸榫，第二凹凸部112为凹槽，第二凹凸部112包括两个沿第一预制件11的下表面或者第二预制件12的下表面凸出的凸榫，两个凸榫间隔设置形成凹槽。跌水堰采用了凸榫与凹槽的连接方式，可实现预制件之间的可靠连接与固定，其中第一凸凹部为沿预制件的上表面凸出的凸榫，第二凸凹部
为凹槽，包括两个凸榫，两个凸榫间隔设置形成凹槽，该设计制造方便、易于组装，可进一步提高跌水堰的稳定性和防渗能力。当然，在其他可替代的实施例中，本实施例的凹槽也可以由表面直接向内凹陷形成。
72.具体地，在本实施例中，第一预制件11、第二预制件12和第三预制件13的尺寸为2500mm*3000mm*400mm，下表面的凸榫高度为300mm，宽度为200mm，形成凹槽的宽度为220mm，上表面的凸榫高度为280mm，宽度为200mm，第三预制件13的凸起部113的高度200mm，宽度200mm。塑钢板桩单元21的截面尺寸为718mm
×
180mm
×
8mm，长度根据计算渗径长度来确定。
73.具体地，下游可以采用带有凸起部113的第三预制件13或者不带凸起部113的第一预制件11形成蓄水和非蓄水的效果，通过叠放不同数量的第一预制件11、第二预制件12和第三预制件13，可以调节适应上游蓄水深度和下游跌水高度。
74.如图8所示，本发明还公开了一种施工方法，其用于安装的跌水堰，施工方法包括步骤：
75.s1：将各第一预制件11的第二凹凸部112插入相邻的第一预制件11的第一凹凸部111并形成阶梯结构，作为上游阶梯式堰面；
76.s2：将各第一预制件11的第二凹凸部112插入相邻的第一预制件11的第一凹凸部111并形成阶梯结构，作为下游阶梯式堰面；
77.s3：将第二预制件12的第二凹凸部112分别插入上游阶梯式堰面和下游阶梯式堰面最高处的两个第一预制件11的第一凹凸部111，作为顶部堰面。
78.本发明提供了一种简单易行、高效安全的跌水堰安装方法，先将预制件按凸凹形式插接组装成上下游阶梯式堰面，再在两个最高处的第一预制件11上插入第二预制件12，作为顶部堰面，通过该方法安装的跌水堰结构稳固、耐久，施工效率快，便于工程管理。
79.具体地，第一凹凸部111为凸榫，第二凹凸部112为凹槽，跌水堰还包括截渗桩2，步骤s3还包括步骤s31：将截渗桩2插入土坝，将截渗桩2的上端插入第二预制件12的第二凹凸部112内。截渗桩2的设置有利于防止水流沿土坝渗漏，增强跌水堰的防渗能力，此外，截渗桩2还能提高跌水堰结构的稳定性和耐久性，防止因土坝渗漏导致的损坏。
80.具体地，在步骤s1之前还包括步骤s0：在河道上填筑压实土坝；在步骤s3之后还包括步骤s4：将汀步4和栏杆安装至第二预制件12上。步骤s1之前增加了填筑压实土坝的步骤，通过填筑压实土坝可增加基础稳定性和防止水流泄漏。此外，在步骤s3之后还增加了安装汀步4和栏杆的步骤，可以更好地加强跌水堰的整体稳定性、道路安全性和美化效果。
81.具体地，根据图纸的设计要求和平面位置，在河道河床上确定跌水堰结构的布置位置，并以此为基础，确定土坝填充的范围和标高，做上标记线；首先在河道河床上进行清淤和修坡。开挖方法采用分层开挖，由0.5m3反铲挖掘机配5吨自卸汽车进行，土方外运至指定区域。结构施工无需现浇混凝土；根据渗径长度的要求选取合理长度的预制塑钢板桩单元21，再压实土坝上，采用振动沉桩方法进行沉桩，严格控制桩基打入高程和平面位置，桩基平面布置应满足设计要求；第一预制件11、第二预制件12和第三预制件13运至施工现场进行吊运安装，将堰面结构1吊运就位，凹槽中放置遇水膨胀的膨胀胶条3，在施工人员辅助下将各预制件上表面的凸榫插入另一预制件下表面的凹槽，形成上下游阶梯式表面。第一预制件11和第二预制件12的凸榫和塑钢板桩单元21插入第二预制件12的下表面凹槽，将堰
顶与上下堰面连接；拼接完成后的第二预制件12上安装上砌石汀步4和栏杆，组成跌水堰。
82.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种跌水堰，其特征在于，其包括堰面结构，所述堰面结构包括：第一预制件，所述第一预制件为多个，所述第一预制件的上表面设置有第一凹凸部且下表面设置有第二凹凸部，所述第一凹凸部和所述第二凹凸部位于所述第一预制件相对的两端；第二预制件，所述第二预制件的下表面相对的两端设置有第三凹凸部，多个所述第一预制件之间通过第一凹凸部和所述第二凹凸部配合固定，所述第一预制件分布在所述第二预制件的两侧并形成阶梯结构，所述第二预制件位于所述阶梯结构的顶部，所述第二预制件通过所述第一凹凸部和所述第三凹凸部与所述第一预制件配合固定。2.如权利要求1所述的跌水堰，其特征在于，所述跌水堰包括上游侧和下游侧，所述第二预制件两侧的所述第一预制件分别沿所述上游侧和所述下游侧依次分布，所述下游侧的所述第一预制件包括凸起部，所述凸起部凸出于所述第一预制件的上表面且位于所述第一预制件与所述第一凹凸部相对的一端。3.如权利要求1所述的跌水堰，其特征在于，所述第一凹凸部为凸榫，所述第二凹凸部为凹槽，所述跌水堰还包括截渗桩，所述截渗桩用于与大坝固定，所述截渗桩的顶部插入所述凹槽内。4.如权利要求1所述的跌水堰，其特征在于，所述第一预制件包括第四凹凸部和第五凹凸部，所述第四凹凸部和所述第五凹凸部位于所述第一预制件的侧面且位于相对的两端，所述第一预制件和所述第二预制件的分布方向定义为第一方向，第二方向与所述第一方向在水平面上垂直，沿所述第二方向，所述堰面结构包括至少两排所述第一预制件，相邻排的所述第一预制件通过所述第四凹凸部和所述第五凹凸部配合固定。5.如权利要求4所述的跌水堰，其特征在于，所述跌水堰还包括膨胀胶条，所述膨胀胶条位于所述第一凹凸部和所述第二凹凸部的配合面之间；和/或，所述膨胀胶条位于所述第四凹凸部和所述第五凹凸部的配合面之间。6.如权利要求1所述的跌水堰，其特征在于，所述跌水堰还包括汀步，所述汀步分布在所述第二预制件的上表面；和/或，所述跌水堰还包括栏杆，所述栏杆设置在所述第二预制件上方。7.如权利要求1所述的跌水堰，其特征在于，所述第一凹凸部为沿所述第一预制件的上表面凸出的凸榫，所述第二凹凸部为凹槽，所述第二凹凸部包括两个沿所述第一预制件的下表面或者所述第二预制件的下表面凸出的凸榫，两个凸榫间隔设置形成所述凹槽。8.一种施工方法，其特征在于，其用于安装如权利要求1-7任一项所述的跌水堰，所述施工方法包括步骤：s1：将各第一预制件的第二凹凸部插入相邻的第一预制件的第一凹凸部并形成阶梯结构，作为上游阶梯式堰面；s2：将各第一预制件的第二凹凸部插入相邻的第一预制件的第一凹凸部并形成阶梯结构，作为下游阶梯式堰面；s3：将第二预制件的第二凹凸部分别插入上游阶梯式堰面和下游阶梯式堰面最高处的两个第一预制件的第一凹凸部，作为顶部堰面。9.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于，所述第一凹凸部为凸榫，所述第二凹凸部为凹槽，所述跌水堰还包括截渗桩，步骤s3还包括步骤s31：将截渗桩插入土坝，将截渗桩
的上端插入第二预制件的第二凹凸部内。10.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于，在步骤s1之前还包括步骤s0：在河道上填筑压实土坝；和/或，在步骤s3之后还包括步骤s4：将汀步和栏杆安装至第二预制件上。

技术总结
本发明公开了一种跌水堰及其施工方法，其包括堰面结构，所述堰面结构包括：第一预制件，所述第一预制件为多个，所述第一预制件的上表面设置有第一凹凸部且下表面设置有第二凹凸部，所述第一凹凸部和所述第二凹凸部位于所述第一预制件相对的两端；第二预制件，所述第二预制件的下表面相对的两端设置有第三凹凸部，多个所述第一预制件之间通过第一凹凸部和所述第二凹凸部配合固定，所述第一预制件分布在所述第二预制件的两侧并形成阶梯结构，所述第二预制件位于所述阶梯结构的顶部，所述第二预制件通过所述第一凹凸部和所述第三凹凸部与所述第一预制件配合固定。预制件可以提前制作，避免了现场现浇混凝土的施工步骤，缩短了现场施工周期。现场施工周期。现场施工周期。


技术研发人员：邹恒 王珏 徐敏 陶柏辰 李建
受保护的技术使用者：上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/10/6