一种船体倒扣型基础抗冲刷防护装置的制作方法

本实用新型属于工程建设技术领域，具体涉及一种船体倒扣型基础抗冲刷防护装置。

背景技术：

我国江河众多，河流堤防线长，许多市政工程、电力输电线路不可避免地需要在河床内设立基础，而河流中基础的局部冲刷几乎是一个不可避免的问题；这种基础附近局部河床床面的下切现象，通常是由桥墩周围水流的三维边界层分离所产生的高强度的水流紊动和旋涡体系所引起的，关系到建筑物基础的稳定。因此，河流中建筑物的设计必须考虑采取一些防护工程对基础周围的床面进行护底防护，以保证基础的安全与稳定。

恒定流作用下，圆柱形基础周围的冲刷是一个典型的冲刷问题，最常见的如桥墩周围局部冲刷问题，在过去的几十年里已有学者对恒定流作用下桩底部周围冲刷问题进行了研究。在恒定流作用下，圆柱周围流场分布如图1a、1b所示。圆柱的存在，使得基础周围的流场发生改变：圆柱的前方，形成马蹄形漩涡，绕圆柱内侧流向下游；圆柱两侧，流线收缩，水流速度加快；圆柱下游，形成尾流漩涡(包括脱落和不脱落两种，一般是脱落)；流场中水流紊动加强。如果底部基床可侵蚀，水流的整体效应将加速泥沙的运动，导致局部冲刷。研究表明，恒定流作用下，圆柱前的马蹄形漩涡以及两侧的流线收缩是产生局部冲刷的重要原因。

近年来研究的实体抗冲防护工程措施，主要包括抛石防护、扩大桥墩基础防护、混凝土铰链排防护、填充混凝土模袋防护、四脚混凝土块防护等；另一类减速不冲防护工程措施，指在堤岸附近设计一些装置来改变水流，以削弱或抑制水流冲刷力，主要包括护圈防护、桥墩的部分或整体开缝防护、墩前排桩防护、墩前淹没翼墙防护、墩前淹没底槛防护和墩前淹没角槛防护等。本实用新型实体抗冲防护工程措施，因而主要对现有的实体抗冲防护工程措施进行论述与比较，如表1所示。

表1.防护方式的优缺点对比

综合现有的防护方式，没有一种能够做到“施工简单、造价低、防护效果好”三者兼顾的防护措施。

技术实现要素：

针对上述现有河流中基础防护措施存在的问题，本实用新型提供了一种新型的船体倒扣型基础抗冲刷防护装置，船底的流线型造型可有效的破坏基础前的马蹄形漩涡，抵御两侧的流线收缩引起的淘刷，并且造船工艺成熟、运用广泛，钢筋混凝土材质的船体工程量与造价均较小。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种船体倒扣型基础抗冲刷防护装置，该防护装置采用倒扣的船体，所述船体部分或完全埋至河床介质内，所述船体将环绕基础的冲刷坑包围在内；其中，船头的方向与来水方向顶冲。

优选的，倒扣的船体内部设有填充物，填充物采用河床介质。

优选的，所述船体采用钢筋混凝土材质。

进一步的，所述船首、船尾及船舷均采用钢筋网，其中，船底板、船舷厚度10cm，船体高度1m，船舷外表面沿切向与船底板呈48°夹角，船舷内表面与船底板呈62°夹角。

进一步的，以船首为中心的2m范围处，铺设厚度在0.5m内的抛石防护。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型将倒扣的船体应用在基础抗冲刷防护装置中，不仅因为现如今造船工艺成熟、运用广泛，钢筋混凝土材质的船体工程量与造价均较小，而且，基础抗冲刷防护装置可有效的破坏基础前的马蹄形漩涡，抵御两侧的流线收缩引起的淘刷。从而本实用新型在确保有效防护河流中建筑物基础，抵御冲刷的前提下，兼具施工工艺成熟，易于处理，且造价和工程量小的优势，能更好的应用于工程实践，适合推广运用。

附图说明

图1a、1b为恒定流状态下基础周围水流结构的简示图。

图2a、2b、2c分别为本实用新型的正视图、后视图、俯视图。

图3为本实用新型铺设抛石防护的结构简式图。

图4为本实用新型应用实施例中船体底部的具体参数(单位：cm)。

图5为本实用新型应用实施例中船体后视图中的角度参数。

图中标注符号的含义如下：

1-船体 2-基础

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图2所示，为一种船体倒扣型基础抗冲刷防护装置，该防护装置采用倒扣的船体1，所述船体1部分或完全埋至河床介质内(图2a、2b为部分、图3为完全)，所述船体1将环绕基础2的冲刷坑包围在内；其中，船头的方向与来水方向顶冲。应当注意的是，对于无明确流向的河流(如江苏圩区大部分河流受人工控制，双向流动)不在本实用新型的适用范围内。

倒扣的船体1内部设有填充物，填充物采用河床介质。本实用新型中船体1采用钢筋混凝土材质。

并且，作为一种优选的实施例，在以船首为中心的2m范围处，铺设厚度为0.5m的抛石防护。

应用实施例

220kV姚湖-万匹送电线路跨越新沂河，且需在河滩上立3基铁塔，采用钢筋混凝土灌注桩基础，每一铁塔4条分拉腿分别建1根钢筋混凝土灌注桩，桩径1.8m。以其中一个铁塔为例对本实用新型做进一步说明。

1、倒船形防护体的主要参数

塔基处土的物理性质指标见下表2，依据《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30-2015)，新沂河行洪50年一遇7800m³/s、100年一遇8600m³/s工况下，送电线路处无一般冲刷发生，局部冲刷深度分别为2.79m、2.85m，具体计算参数及成果见表3。

表2.土的物理性质指标

表3.铁塔灌注桩冲刷计算参数表

室内模型表明，冲刷初期，桩前的行近水流受桩体阻挡分向两侧，迎水面桩前两侧首先冲刷，然后再向桩前沿扩展，并逐渐刷深，范围扩大；此时，桩两侧也在同步刷深、拓宽。由于马蹄形漩涡的作用，泥沙从冲刷坑内搬运到坑外时呈螺旋形上升，一部分被带向下游掩护区内形成沙埂，一部分则被主流带走。迎水面桩体前冲刷坑在冲刷开始后很快成形，并在较短时间内趋于稳定，当桩前的冲刷达到基本平衡时，两侧冲刷坑仍在继续刷深、拓宽。随时间推移，下游淤积逐渐增多，导致阻力增大，输沙能力减弱，加上冲刷坑的冲刷深度和范围逐渐增加，使得坑内泥沙越来越难于搬运出坑外，仅在冲刷坑内进行局部调整。坑外淤积体的形态变化渐趋稳定，冲刷坑内的局部调整也逐渐停止，最后桩体基础2周围的冲刷坑在一定深度和范围下基本定型，为典型的马蹄涡形。通过实验得到桩体周边冲刷坑的平面形成尺寸，桩体前端的冲刷影响范围约为2.34倍的桩径，两侧的影响范围约为2.86倍的桩径，后端约5.57倍桩径的距离可见沙埂。船体1的尺寸需大于冲刷坑，将冲刷坑包围在内，具体的布置和尺寸以冲刷坑的形态为而定。

针对本实施例的上述分析计算及室内实验，确定倒扣型船体的尺寸如图4所示，为确保安全，各个方向上的尺寸的阈度均增加。

2、施工实施方案

①采取围堰的方式进行水下施工。围堰设置，平整场地后，按照灌注桩的施工方式(灌注桩施工工艺不作详述)，将灌注桩施工完成，作为桩体基础1；

②根据桩体的位置，适当对河床进行开挖，以便将船体倒扣于河床。在桩体周围，与河床齐平处，按照上述尺寸采用钢筋网的形式编制船底板。按照图5所示，编制船首、船尾及船舷。船底板、船舷厚度10cm，船体高度1m，船舷外表面沿切向与船底板呈48°夹角，船舷内表面与船底板呈62°夹角(此处经室内试验，当船舷外表面沿切向与船底板呈48°夹角时，破坏马蹄形漩涡的效果最好，而船舷内表面与船底板呈62°夹角有利于结构稳定且节省材料)；

③浇筑水泥。待水泥船体成形后，用清水泥抹平，确保船底平面的光滑、平顺；

④在船首、船尾采用河床介质填平夯实，将船首、船尾埋于河床内。以船首为中心的2m范围处，厚度0.5m内，铺设抛石防护，形成如图3所示的防护。

⑤撤去围堰。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。