一种山区斜交桥桥墩防冲刷防撞装置的制作方法

本实用新型涉及一种桥墩消能防撞防冲刷设施，涉及一种山区斜交桥桥墩防冲刷防撞装置。

背景技术：

随着山区交通运输的发展，跨越河谷的斜交桥增多。若桥墩等混凝土结构位于主泓线上，阻水面积较大，受到较大的水流冲刷作用，并处于动水环境中，更易被氯离子硫酸根离子的侵蚀和发生碳化作用，还会受到携带泥沙的山洪磨蚀和来自上游河流中漂浮物的撞击，即使采用力学性能优异及低渗水、干缩自收缩小、耐侵蚀耐磨损的高性能水工混凝土仍会出现混凝土磨蚀，剥落，露筋等破坏，大大缩短桥梁下部结构的使用寿命。因而，提高桥墩结构物抵抗冲刷磨损和撞击的能力是十分必要的。除了从提高桥墩混凝土自身性能方面考虑外，还可以在外侧增设外部构造物来增强其使用性能。但是高性能混凝土的研发费用较高。

对于如山区跨河流桥墩这样的水工混凝土结构，为防止水流或洪水冲刷，漂浮物撞击，桥墩多采用圆形；对于桥墩混凝土多采用高性能混凝土、纤维增强混凝土、混凝土表面涂层保护技术；而对于桥墩混凝土中的钢筋，可以采用阴极防护技术、钢筋阻锈剂或环氧涂层钢筋等措施；加深桩基础，防止墩身周围水流过量冲刷下切；选桥位选择时尽量避免桥墩位于中泓线上，适当加深桩基础，更多的是采用一些结构性设施，比如钢箱型防撞装置、薄壁圆管、加筋板格等。大多采用躲避的方法，而没有针对斜交桥桥墩开发专门的防护设施。

有鉴于上述的缺陷和认知，本实用新型创设一种防冲刷防撞设施，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为克服现有技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种山区斜交桥桥墩防冲刷防撞装置，改变墩身周围的水流结构状态，减少桥墩周围的冲刷，并降低河中漂浮物对墩身撞击的能量，保护墩身混凝土和减少跨线斜交桥对河床演变的影响，延长桥梁下部结构的寿命。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现的：

一种山区斜交桥桥墩防冲刷防撞装置，包括套装在桥墩上的格栅式装置，格栅式装置与桥墩之间设置有若干橡胶减震珠，其中，格栅式装置由两个V型结构的装置相对设置构成，V型结构的装置内壁与橡胶减震珠之间设置有若干格栅。

进一步的，桥墩上套装有一个环形装置，若干橡胶减震珠设置在环形装置内，格栅式装置设置在环形装置外侧。

进一步的，所述环形装置与桥墩之间设置有一层涂层材料。

进一步的，所述橡胶减震珠由内层橡胶、外层橡胶以及位于内层橡胶与外层橡胶之间的弹簧构成。

进一步的，格栅式装置上设置有与桥墩相垂直的水平横隔板。

进一步的，所述水平横隔板为长方形或者圆形。

进一步的，所述水平横隔板设置在河流上层动水和下层静水分层界面附近。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型的防冲刷防撞设施结构简单，有利于水流通过桥墩而减少河床的泥沙影响，根据水工试验得知，能减少40％的冲刷。

(2)本实用新型的防冲刷防撞设施结构，减少桥墩混凝土表面与水接触，从而有利于避免磨蚀，化学侵蚀，碳化等，从而使桥墩混凝土桥墩更加耐用。

(3)本实用新型的设施能够转动且内部的橡胶减震珠能缓冲消能，避免漂浮物直接撞击桥墩，从而具有良好的抗撞击性能，使桥墩更易满足技术要求和使用需求。

(4)本实用新型有利于延长桥墩的使用寿命，从而降低养护运营成本。

本实用新型的桥墩防冲刷防撞设施，显著减少桥墩周围的冲刷，减少对河床的扰动；避免河中漂浮物直接撞击桥墩，同时内层树脂涂层使桥墩混凝土与水隔离，有利于保护桥墩混凝土，延长桥墩使用寿命。

进一步的，设置一层涂层材料，保护内部混凝土，并有利于该设施与桥墩的高效接触和附着。

附图说明

图1是桥墩周围水流形态图。

图2是防冲刷防撞装置整体俯视图。

图3是橡胶减震珠示意图。

图4是防冲刷防撞设施使用时主视图。

图中，1为墩前表面雍水，2为向下水流，3为水流，4为河床，5为马蹄形涡流，6为冲刷坑，7为尾流，8为桥墩；2-1为格栅式装置，2-2为橡胶减震珠，2-3为涂层材料，2-4为水平横隔板，2-5为格栅；3-1为内层橡胶，3-2为弹簧，3-3为外层橡胶。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

参见图2，本实用新型包括套装在桥墩上的格栅式装置2-1，格栅式装置2-1由两个横截面呈V型结构的装置相对设置，组成一个横截面类似平行四边形的形状，桥墩位于格栅式装置2-1内，格栅式装置2-1与桥墩之间设置有环形装置，环形装置内设置有若干橡胶减震珠2-2，环形装置与桥墩之间设置有一层涂层材料2-3，V型结构的装置内壁与环形装置之间设置有若干格栅2-5。格栅式装置2-1上设置有与桥墩相垂直的水平横隔板2-4。

格栅式装置2-1有厚度，格栅式装置2-1的几何外形使水流更易通过桥墩，并能随水流转动到阻水面积小的位置；且与橡胶减震珠2-2配合，能改变漂浮物的航向，减少桥梁吸收的能量；格栅2-5发生压坏变形，也能缓冲体和吸收撞击的能量。

参见图3，橡胶减震珠2-2由内层橡胶3-1、外层橡胶3-3以及位于内、外层橡胶之间的弹簧3-2构成；它使格栅式装置2-1能够转动，且橡胶减震珠2-2本身弹性变形也能缓冲和消耗撞击能量。

本实用新型中的涂层材料2-3用于防止桥墩的冲刷和氯离子侵蚀、碳化，也是一种对桥墩混凝土的保护，可以采用树脂涂层。本实用新型中的水平横隔板2-4，不限于所述的长方形薄板，也可以为圆形薄板。

水平横隔板2-4能改变墩身周围的水流形态，其工作原理如图4所示：当水流3行近桥墩8时，墩前向下水流2被水平横隔板2-4隔断，改变方向逆向流动与水流3混合，从而减弱水流3的流速；马蹄形涡流5也因水平横隔板2-4挡住向下水流2而减弱，减少了墩前的冲刷；水平横隔板2-4的存在让尾流7摆脱桥墩8周围移向远处，将墩后附近的河床4冲刷推移到远处，从而减弱桥墩周围的河床的冲刷。

该装置直接附着于桥墩上，在考虑桥墩几何尺寸和墩身周围的水流形态的基础上设计而成。

本实用新型的格栅式装置质量轻，强度高，自身几何形态有利于水流通过桥墩，其压坏变形也能缓冲消能，减少冲撞。橡胶减震珠能够在环形装置中滚动，也能够缓冲消能，且能使格栅式装置自由转动。在河流上层动水和下层静水分层界面附近设有水平横隔板，来改变墩身附近的水流结构形态，减少对河床的冲刷。本实用新型适用于山区洪涝灾害频繁，位于主泓线附近斜交桥桥墩或对河床演变影响较大的桥墩。

本实用新型涉及一种功能明确、结构简单、不影响桥墩正常使用的桥墩附属设施，该防冲刷防撞设施的工作原理：根据墩身周围水流形态，设置导流分流设施，改变水流运动形态，有利于水流通过桥墩，从而减少河中桥墩对河岸演变的影响，减少冲刷；该设施能够转动和内部设有橡胶减震珠，能避免漂流物直接撞击桥墩，减弱撞击力。与有关附属设施相比，更实用且成本低、结构装配简单，后期更换维修十分快捷。

通过水工模型试验模拟不同墩型、冲刷角度、行进流速和流量下的动床冲刷和静床冲刷，对桥墩周围水流通过时的结构进行了分析，得出桥孔的布设考虑到建桥后桥墩对河床演变的影响。桥墩周围的冲刷主要是由于墩前向下水流和墩后尾流引起的，通过本实用新型设计的改变水流方向和设置水平横隔薄板，就能阻断墩前向下水流，并且能将尾流向外推移，从而消除墩身周围水流冲刷，用冲刷深度和冲刷范围等指标来表征，至少能减少40％桥墩周围河床冲刷。

如图1所示，现有技术中桥墩8前面存在墩前表面雍水1，墩身周围的冲刷主要是墩前向下水流2引起的马蹄形涡流5，不同的墩型和流速对尾流7范围影响较大，并会形成冲刷坑6。特别是桥墩8迫不得已建于河流主泓线上，冲刷范围和深度更大，对河床4影响更大。但是现有桥墩为圆柱形，而不采用有利于水流3通过的异型墩型，是为了更加高效施工。因此，考虑在原有桥墩上附着本实用新型的防冲刷防撞装置来改变墩身周围的水流形态，减少冲刷。根据水工试验中得到相应的冲刷深度、冲刷范围和对河床的演变规律的认识，来设置本实用新型的防冲刷防撞装置，主要用于山区斜交桥的桥墩，它通过自动调整迎流方向，隔断墩前向下水流、消能吸能等原理，能够减少40％的桥墩冲刷并能防撞。

采用这种防冲刷与防撞相结合附着于桥墩上的综合措施，保证桥墩结构的安全的同时，保证该防护设施自身结构的安全可靠性。在应用这种防冲刷防撞设施时应进行必要的材料性能试验。通过改变V型结构的尺寸、壁厚、V型结构内部格栅的几何布置，其吸收能量的能力会发生很大的改变。

在桥墩上附着本实用新型说述的如图2和图4所示设施时，要明确桥墩在河道中的位置和桥跨布置，根据桥梁使用功能的重要性，明确桥梁结构整体受力性能的局部损伤情况，来确保本实用新型装置自身的可靠耐用，且经济成本较低。

本实用新型可以作为桥墩一体式附加设施，尤其是附着于桥墩上能显著随水流迎流方向转动，减少桥墩对水流的阻力，减少对动床冲刷，并能保护内侧混凝土防止其受水中漂浮物撞击。

这种桥墩附属设施由V型格栅式装置、橡胶减震珠、树脂涂层、水平横隔板等部分构成。本实用新型所述的桥墩防冲刷防撞设施，主体结构为V型格栅式，自身具有足够强度的同时，重量较轻；能随行进水流方向自由转动到最小阻水位置，有利于水流通过；阻挡墩前向下水流，从而有效地减弱马蹄形涡流和尾流的强度和范围；该设施能自由水平转动和内部有橡胶减震珠，能够有效减小和转移传递到桥墩上的动能，从而保护桥墩结构；该设施附着于桥墩上，使自身结构具有足够的稳定性和强度。

本实用新型的桥墩防冲刷防撞设施，通过上述一系列结构使之能够实现，进而减少桥墩对河床的影响，减少冲刷，并能防止漂浮物撞击，保证墩身自身结构的正常使用和耐久性。

以上所述实施示例，仅是本实用新型的较佳实施方式，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型工作原理对以上实施例配方所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型的保护范围内。