一种冲积河流沙质河床分汊段浅滩航道整治丁坝构筑物的制作方法

本实用新型为一种航道整治建筑物，具体涉及一种适用于沙质河床分汊段浅滩航道整治的建筑物。

背景技术：

冲积河流沙质河床河道中航道整治建筑物常采用丁坝型式，丁坝也称为丁字坝，是河道整治、航道整治及海岸防护工程中最常用的一种水工建筑物，是一端与河岸相连、另一端伸向河槽的坝形建筑物，在平面上与河岸连接成丁字形。在治河工程中，丁坝通过挑流、导流以保护河岸免受冲刷；在航道整治工程中，则通过束窄河槽、束水攻沙而满足航深；在海岸防护工程中，丁坝通过削弱斜向波和沿岸流对海岸的侵蚀作用以保护海岸。具体而言，常规丁坝一般由坝头、坝身和坝根三部分组成。常规丁坝的种类很多，按平面形状分类有直线形、勾头形和丁字形等。就构筑丁坝的材料而言，整治工程中最常用的是块石类丁坝，包括混凝土丁坝、铁丝蛇笼丁坝、抛石丁坝和复合式丁坝等。

在河流中，江心洲把河道分为2个（或多个汊道），并在汊道的上下游形成上深漕河下深槽，两深槽之间的部位为浅滩。长江中下游存在较多的多分汊河段，从城陵矶至江阴1150km河段内，有分汊河段41处，总长789km。其中，沙质河床分汊河段水沙条件复杂，洲滩消长频繁，主支汊变化显著，主槽摆动频繁，河岸易发生崩塌使河道拓宽，江心洲和低滩发育，碍航问题尤为突出。随着三峡水库运行及长江上游梯级水库群联合调度，水库拦截大量泥沙，枢纽“清水”下泄导致坝下游河道自上而下发生长距离的冲刷下切，同时河势也发生不同程度的调整，碍航问题可能进一步加剧。因此需要采取工程措施（修筑丁坝、顺坝或者疏浚）以稳定洲滩、调整分流比、减缓比降、改善流态，保证船舶通航安全。

在冲积河流沙质河床分汊段浅滩河段设置丁坝后，河槽缩窄，过水面积减小，流速加大，冲深原有床面，从而达到“束水攻沙”的效果。如图1所示，河道中设置丁坝10后，行近水流在抵达丁坝时，受丁坝阻挡，丁坝迎水面形成下潜流，淘刷坝身底部河床；下潜流与集中绕流相互作用在坝头形成马蹄形漩涡，冲刷坝头形成冲刷坑；另外，当丁坝漫水时，除一部分形成下潜流外，另一部分水体将漫过坝顶，也会在坝顶发生边界层分离，形成坝顶下游的尾涡。坝头集中绕流、下潜流及坝头后方竖轴漩涡的综合作用使得坝头发生局部冲刷而引起丁坝发生间接水毁；与此同时，坝头及漫水丁坝坝顶集中绕流及形成的漩涡也会引起坝头块石剥落，进而引起丁坝发生直接水毁。当丁坝出现水毁溃缺，则滩势形态可能会迅速恶化，甚至引起河流变迁改道，危及船只安全，酿成海损事故。由于长江干流流量大，流速急，造成采用的整治建筑物受损或破坏的问题较为突出，直接影响整治效果并增加维护难度，清水冲刷也对航道整治技术提出了更高的要求。丁坝的设置也会破坏堤岸的生态环境，水生植物无法生长，水生动物也失去了栖息场所，底质的改变也极大地破坏了底栖动物的栖息环境，水体的自净能力下降。因此，丁坝对航道进行“束水攻沙”以满足航深的同时，也破坏胁迫了河流生态系统，坝头冲刷坑的形成给航道整治建筑物稳定带来了新的问题。

技术实现要素：

为克服现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供冲积河流沙质河床分汊段浅滩航道整治丁坝构筑物，以解决上述背景技术中提出的问题。这种丁坝构筑物可以更好地发挥固滩治导的效果，并且稳定性好，寿命长，同时可为浮游生物、鱼类等水生生物提供良好的栖息场所。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种冲积河流沙质河床分汊段浅滩航道整治丁坝构筑物，所述丁坝构筑物一端与河岸相连、另一端伸向河槽，在平面上与河岸连接成丁字形，所述丁坝构筑物上设有防护结构；所述防护结构包括铺设在坝根周边底部的坝根防护结构、铺设在坝身周边底部的坝身防护结构、铺设在坝头周边底部的坝头防护结构和铺设在坝头底部以下，垂直方向自坝头底部向河床延伸的坝头下防护结构；所述防护结构由若干框架铰链排铺排而成，所述框架铰链排由若干透水框架相连而成，所述透水框架为六边四面体透水框架，相邻透水框架的接触角处采用钢筋弯成圆圈互相铰接连接形成框架铰链排；所述透水框架至少一面采用三角形框架加密。丁坝构筑物上设置的防护结构用于维系丁坝稳定，坝头处受冲刷最厉害，因此在坝头设置两个防护结构，分别为坝头底部周围设置的坝头防护结构，和坝头底部向河床内延伸的坝头下防护结构，加强坝头的保护。防护结构采用透水框架铰链排结构对水流有明显的减速作用，有利于泥沙减速促淤。对于防护结构局部受水流冲击较大的透水框架面采用加密结构可以增强稳定性。

作为本实用新型的进一步优选，所述透水框架迎水的一面采用所述三角形框架加密。迎水面受河流冲击压力大，采用加密结构增强防护结构的抗冲击能力，保证丁坝的稳定性。

作为本实用新型的进一步优选，所述透水框架贴近河床的一面所述采用三角形框架加密。

作为本实用新型的进一步优选，所述坝根防护结构、坝身防护结构和坝头防护结构垂直于水平面的高度不超过丁坝高度的1/2。

作为本实用新型的进一步优选，所述坝根防护结构、坝身防护结构和坝头下防护结构内的底部抛投50-80cm的块石。抛投的块石起到固定作用，使得防护结构更加稳定，不会因为透水框架走失而影响丁坝安全及通航安全。进一步的，抛投块石后，位于坝根防护结构、坝身防护结构和坝头下防护结构底部的透水框架采用三角形框架加密。透水框架加密面的三角形框架内切圆直径小于抛投块石的粒径，可以避免抛投块石的脱落，进一步增强防护结构的整体性和稳定性。

作为本实用新型的进一步优选，所述坝根防护结构、坝身防护结构和坝头防护结构与水流自由接触侧采用孔径为15~20cm的网兜围起。仅在迎水面设置结构加密时，可采用网兜围住防护结构的方法避免抛投的块石脱落。

作为本实用新型的进一步优选，所述坝头防护结构、坝头下防护结构的上游部分铺设长度小于下游部分铺设长度，所述铺设长度指防护结构沿水流方向延伸的长度。

作为本实用新型的进一步优选，所述坝根防护结构、坝身防护结构的迎水面的铺设宽度小于背水面的铺设宽度，所述宽度指防护结构垂直于水流方向延伸的长度。

本实用新型中，防护结构的铺设范围根据丁坝设置后的水流流速计算冲刷坑范围确定，具体需根据当地来水来沙与河床边界条件综合分析，并根据模型试验最终确定。铺设范围的分析、模型试验均可采用现有技术的方法实现，本实用新型中不再赘述。

根据前述方法先确定坝头下防护结构的铺设范围（包括垂直于水面方向的高度、沿水流方向的长度、垂直于水流方向的宽度）后，其他防护结构的具体铺设尺寸可按如下方式确认：

上游、下游坝根防护结构长度分别为坝头下防护结构长度的0.5倍、0.6倍，宽度为坝头下防护宽度的0.2~0.4倍；坝身防护结构宽度与坝身宽度一致，迎水面长度（沿水流方向）为坝头下防护结构长度的0.2倍，背水面宽度（沿水流方向）为坝头下防护长度的0.3倍；坝头防护结构往外延伸长度为坝头下防护结构长度的0.3倍。

本实用新型实施后，具有以下显著优点：

（1）具有高稳定性。利用透水框架连接成铰链排铺设而成的防护结构极大的减弱了坝头的扰流，并阻断了坝头下潜流，消散坝头后方竖轴漩涡，使得常规丁坝中最容易受到河流冲击而发生水毁的坝头和坝根不冲反淤，航道丁坝稳定性大大提高，延长了丁坝的使用寿命。

（2）防护结构整体性强，稳定性好。透水框架铰链排结构克服了散抛石料和构件滚失的缺点，具备铰链排和模袋混凝土的优点，同时，框架铰链排处抛投的50~80cm厚块石起到固定作用，使得透水框架铰链排结构更稳定，且不会因为框架走失而影响航道整治建筑物安全及通航安全。

（3）具有更好的固滩促淤整治效果。透水框架铰链排结构只是调整分汊段浅滩丁坝周围的水流，对整治建筑物的导流并无太大影响，且透水框架具有明显的减速作用，有利于泥沙减速促淤，有利于分汊段浅滩边滩稳定。整体而言，航道整治效果与常规整治建筑物的一样甚至更好。

（4）生态效应。分汊段浅滩丁坝周围透水框架体内部高流速和低流速区域交错分布，格局明显，有利于各种水生物的附着和生存，有利于鱼类的戏水和觅食。同时框架体的内部存在着高低紊动强度交错分布现象，低紊动区域有利于水生物停留和吸附，强紊动带又提供给鱼类戏水空间。无论纵向紊动强度，还是横向、垂向的紊动强度都存在强弱连续转换水域，可以满足多种生物特性需求。空腔可以提供生物躲避大型生物捕食的空间。

附图说明

图1为现有技术的常规航道整治建筑物周围水流结构示意图；

其中，10为现有技术的丁坝；

图2为冲积河流沙质河床分汊段浅滩航道示意图；

其中，1为本实用新型的丁坝构筑物；

图3为本实用新型的丁坝构筑物结构示意图主视图；

图4为本实用新型的坝头底部透空框架铰链排布置示意图俯视图；

图5为本实用新型的坝体周围透空框架铰链排铺设示意图俯视图；

图6为本实用新型的坝体横截面侧视图结构示意图；

图7为一面加密的透水框架立体图；

图8为两面加密的透水框架立体图。

具体实施方式

实施例1

图2为冲积河流沙质河床分汊段浅滩航道示意图，在分汊段设置本实用新型的航道整治丁坝构筑物1。

如图2、3所示的航道整治丁坝构筑物1，所述丁坝1一端与河岸相连、另一端伸向河槽，在平面上与河岸连接成丁字形，所述丁坝构筑物上设有防护结构2；如图3~图5所示，所述防护结构2包括铺设在坝根周边底部的坝根防护结构21、铺设在坝身周边底部的坝身防护结构22、铺设在坝头周边底部的坝头防护结构23和铺设在坝头底部以下，垂直方向自坝头底部向河床延伸的坝头下防护结构24；所述防护结构2由若干框架铰链排铺排而成，透水框架3结构图如图7、8所示，所述透水框架3为六边四面体透水框架；所述框架铰链排由若干透水框架3相连而成，相邻透水框架3的接触角处采用钢筋弯成圆圈互相铰接连接形成框架铰链排。

所述透水框架3迎水的一面和贴近河床的一面采用三角形框架31加密。对于一面迎水一面贴近河床的透水框架3，采用如图8所示的两面加密结构，一个加密面位于迎水面，一个加密面贴近河床。

如图6所示，坝根防护结构21、坝身防护结构22和坝头防护结构23垂直于水平面的高度不超过丁坝高度的1/2。

如图4、图5所示，所述坝头防护结构23、坝头下防护结构24上游部分铺设长度小于下游部分铺设长度，所述长度指沿水流方向的长度。所述坝根防护结构21、坝身防护结构22迎水面的铺设宽度小于背水面的铺设长度，所述宽度指垂直于水流方向的长度。

实施例2

本实施例和实施例1的不同之处仅在于，所述坝根防护结构21、坝身防护结构22和坝头下防护结构24内的底部抛投50-80cm的块石32。抛投的块石32起到固定作用，使得防护结构2更加稳定，不会因为透水框架3走失而影响丁坝安全及通航安全。抛投块石32后，位于坝根防护结构21、坝身防护结构22和坝头下防护结构24外三层框架铰链排底部的透水框架3采用三角形框架31加密；透水框架3加密面的三角形框架31内切圆直径小于抛投块石32的粒径。可以避免抛投块石32的脱落，进一步增强防护结构的整体性和稳定性。

实施例3

本实施例和实施例1的不同之处仅在于，所述坝根防护结构21、坝身防护结构22和坝头下防护结构24底部抛投50-80cm的块石32。将坝根防护结构21、坝身防护结构22和坝头防护结构23与水流自由接触侧用孔径为15~20cm的网兜围起，避免抛投的块石脱落。