四面體透水框架群防護橋墩方法
2023-10-06 16:11:19
專利名稱：四面體透水框架群防護橋墩方法
技術領域：
本發明涉及的是一種橋墩衝刷防護技術，特別是一種實體抗衝特性和減速不衝相結合的四面體透水框架群防護橋墩的方法。屬於橋墩局部衝刷防護工程
背景技術：
橋墩衝刷一直是衝積性河流中橋墩失穩和橋梁水毀的主要原因。多年來的研究和實踐證明，橋梁基礎的水毀通常是橋址河床床面的一般衝刷、橋位斷面的收縮衝刷和橋梁墩臺附近的局部衝刷三者共同作用的結果。但是，橋址河床床面的一般衝刷、橋位斷面的收縮衝刷對橋梁墩臺的危害小於局部衝刷，而且這種衝刷形式具有突發性、災難性，可導致橋墩的位移、沉陷，橋面的斷裂、變形，甚至整座橋梁突然坍塌，並可能造成人民生命財產的重大損失。
目前採用的橋墩局部衝刷防護的工程措施分為兩類，一類是實體抗衝防護；另一類是減速不衝防護。實體抗衝防護是指在橋墩周圍的創面上放置一些實體材料，以提高橋墩周圍創面的抗衝刷能力，從而使橋墩免於被橋墩附近的下降水流及漩渦體系淘底失穩的工程措施。實體抗衝防護工程措施主要包括拋石防護、擴大橋墩基礎防護、混凝土鉸鏈排防護、A-JACKS結構單元防護、填充混凝土模袋防護和四腳混凝土塊防護等；減速不衝防護是指在橋墩周圍放置一些裝置或同過改變橋墩自身結構，來改變橋墩周圍的水流，以削弱或抑制水流結構的衝刷力的工程措施。減速不衝防護工程措施主要包括護圈防護、橋墩的部分或整體開縫防護、墩前排樁防護、淹沒底檻防護和淹沒角檻防護等。以上的防護措施，都存在一定的缺點和不足，在一定條件下，這些缺點和不足甚至會引發整個防護工程的潰敗，進而影響整個橋墩的穩定和橋梁的安全運行。例如使用歷史較早、使用頻率較高的一種橋墩局部衝刷防護措施——拋石防護，就具有五種不同的破壞形式。
發明內容
本發明的目的在於針對目前傳統防護形式的缺點和不足，提供一種新型的橋墩局部衝刷防護工程措施——四面體透水框架群防護橋墩方法。該方法是把實體抗衝特性和減速不衝特性完美的結合在一起，有效地防護的橋墩周圍床面的衝刷。
本發明的技術解決方案四面體透水框架群防護橋墩方法，其步驟分一、用若干個由六個鋼筋混凝土或類似材料杆件預製而成的單個四面體透水框架，用鋼絲或類似材料角對角捆綁相連，構成四面體透水框架群；.二、在橋墩周圍床面之上拋投四面體透水框架群，保持拋投框架群杆件體積率為0.15～0.30；三、四面體透水框架群拋投範圍和形狀為在橋墩四周均拋投四面體透水框架群(尤其適用於雙向流)外輪廓線為與整個橋墩輪廓線形狀保持一致，大小比例為3∶1～6∶1，內輪廓線同整個橋墩輪廓線，保持四面體框架群拋投面積為橋墩截面積的8～35倍；或在橋墩迎流部分局部拋投四面體透水框架群(適用於單向流)外輪廓線為與橋墩迎流局部輪廓線形狀保持一致，大小比例為3∶1～6∶1，內輪廓線同橋墩迎流部分局部輪廓線，但防護的局部橋墩輪廓線不宜少於橋墩整個截面輪廓線的四分之一，保持四面體框架群拋投面積為所需防護的橋墩局部截面積的8～35倍。
本發明依據的理論是利用阻面體透水框架群提高橋墩周圍床面的抗衝刷能力的同時，利用其透水特性，削減其內部水流的流速和紊動強度，使得水流的紊動能量被轉移到遠離床面的區域中去，有效地保護橋墩周圍的床面，加之四面體透水框架獨特的外形結構，其自身穩定性很好，不易流失。四面體防護後與無防護衝刷坑比值表示如下hshs0=f(uuc,h0D,Dd50,cD,)]]>其中hs——防護後衝坑深度；hs0無防護衝坑深度；u，uc——來流流速與臨界來流流速；h0——來流水深；D——橋墩直徑或寬度；d50——泥沙中值粒徑；c——四面體布置範圍；η——拋投的四面體框架體積率，為四面體所有杆件所排開水的體積與四面體透水框架群所佔的空間總體積之比。
四面體防護效果與相對來流流速 ，相對水深 ，相對泥沙粒徑 ，相對布置團圍 及η有關，其中最密切的是相對來流流速 和四面體的參數 和η。
在一定的來流流速下，四面體框架群後面的近底流速為未投放四面體框架群的近底流速的13％～30％；相對的泥沙起動流速增加為3.4～8倍。保持四面體框架群拋投面積為橋墩截面積的8～35倍，拋投框架群杆件體積率為0.15～0.30時，保證了四面體框架群具有較好的防護效果的同時，節省了材料。
本發明的有益效果是，能夠有效的防護橋墩周圍床面，使局部衝刷大大減小，衝刷坑深度減小50％～85％，而且自身穩定很好以及四面體框架群可以捆綁相連，只要捆綁得足夠牢固，水流再大也不會被衝走，避免了因框架體的流失而進行的多次補防，大大節省了開支。可以採用船隻直接運到橋墩周圍拋投，施工對通航等無幹擾，不受枯汛期水位限制，施工簡單，靈活經濟。
附圖1是單個四面體透水框架的結構示意圖附圖2是橋墩為圓形的情況下，在橋墩周圍全拋投範圍及形狀示意圖附圖3是橋墩為圓形的情況下，在橋墩周圍部分拋投範圍及形狀示意中的1是四面體透水框架的杆件；2是來流方向；3是四面體透水框架群拋投外輪廓線；4是四面體透水框架群拋投內輪廓線；5是拋投四面體透水框架群區域。
具體實施例方式
四面體透水框架群防護橋墩方法，其特徵是步驟分一、在橋墩周圍床面之上拋投四面體透水框架群；二、拋投框架群杆件體積率為0.15～0.30；三、四面體透水框架群拋投範圍和形狀為在橋墩四周均拋投四面體透水框架群外輪廓線為與整個橋墩輪廓線形狀保持一致，大小比例為3∶1～6∶1，內輪廓線同整個橋墩輪廓線，保持四面體框架群拋投面積為橋墩截面積的8～35倍；或在橋墩迎流部分局部拋投四面體透水框架群外輪廓線為與橋墩迎流局部輪廓線形狀保持一致，大小比例為3∶1～6∶1，內輪廓線同橋墩迎流部分局部輪廓線，防護的局部橋墩輪廓線不宜少於橋墩整個截面輪廓線的四分之一，保持四面體框架群拋投面積為所需防護的橋墩局部截面積的8～35倍。
實施例鑑於橋墩截面形狀種類比較多，本實施例只針對橋墩截面為圓形的情況，其它截面形狀下拋投參數保持不變。
河道泥沙粒徑為0.03～0.6mm，水深15～40m，流速為0.3～1.5m/s，橋墩直徑為5m，採用由6根長1.2 m、斷面0.1 m×0.1m的鋼筋混凝土杆件拼接而成的空心四面體框架。採用直徑8mm的鋼絲把三個四面體框架角對角捆綁相連，組成框架群，拋投於橋墩四周床面之上。保持拋投框架群杆件體積率為0.15～0.30；四面體透水框架群拋投範圍和形狀分為兩種情況①在橋墩四周均拋投四面體透水框架群(尤其適用於雙向流)，如圖2所示拋投範圍形狀為以橋墩圓心為圓心的圓環，內徑5m，外徑為15～30m，面積為橋墩面積的8～35倍；②在橋墩迎流部分拋投四面體透水框架群(適用於單向流)，如圖3所示拋投範圍形狀為以橋墩圓心為圓心的扇狀圓環(宜大於四分之一圓環)，內徑5m，外徑為15～30m，所需防護的橋墩局部截面積的8～35倍。
權利要求
1.四面體透水框架群防護橋墩方法，其特徵是步驟分一、在橋墩周圍床面之上拋投四面體透水框架群，拋投框架群杆件體積率為0.15～0.30；二、四面體透水框架群拋投範圍和形狀為在橋墩四周均拋投四面體透水框架群外輪廓線為與整個橋墩輪廓線形狀保持一致，大小比例為3∶1～6∶1，內輪廓線同整個橋墩輪廓線，保持四面體框架群拋投面積為橋墩截面積的8～35倍；或在橋墩迎流部分局部拋投四面體透水框架群外輪廓線為與橋墩迎流局部輪廓線形狀保持一致，大小比例為3∶1～6∶1，內輪廓線同橋墩迎流部分局部輪廓線，防護的局部橋墩輪廓線不宜少於橋墩整個截面輪廓線的四分之一，保持四面體框架群拋投面積為所需防護的橋墩局部截面積的8～35倍。
2.根據權利要求1所述的四面體透水框架群防護橋墩方法，其特徵是四面體透水框架群由若干個採用六個鋼筋混凝土或類似材料杆件預製而成的單個四面體透水框架，用鋼絲或類似材料把若干個四面體框架角對角捆綁相連，組成框架群。
全文摘要
本發明是四面體透水框架群防護橋墩方法，其特徵是在橋墩周圍床面之上拋投四面體透水框架群，拋投框架群杆件體積率為0.15～0.30，四面體透水框架群拋投範圍和形狀為外輪廓線為與所需防護的局部或整體橋墩輪廓線形狀保持一致，內輪廓線同所需防護的局部或整體橋墩輪廓線，所需防護的局部橋墩輪廓線不宜少於橋墩整個截面輪廓線的四分之一，保持四面體框架群拋投面積為所需防護的橋墩局部或整體截面積的8～35倍。優點有效防護橋墩周圍床面，使局部衝刷大大減小，衝刷坑深度減小50％～85％，自身穩定很好，避免了因框架體的流失而進行的多次補防，用船隻直接運到橋墩周圍拋投，對通航等無幹擾，不受枯汛期限制，施工簡單靈活經濟。
文檔編號E01D22/00GK1963028SQ200610097458
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月10日 優先權日2006年11月10日
發明者唐洪武, 肖洋, 房世龍, 丁兵, 陳紅 申請人:河海大學