分缝式闸墩和分缝式桥墩的制作方法

本发明属于水利水电工程中使用的泄洪消能设施领域，特别涉及应用在低佛氏数、大单宽流量下的拦水建筑物的闸墩以及桥墩。

背景技术：

闸墩或桥墩设计的不合理，会增加过水建筑物对水流的阻力，降低泄水建筑物的泄流能力，更有甚者造成墩前雍水和墩后水翅等恶劣水力学现象，加剧对墩座基础的冲刷，可能造成支撑基础破坏导致工程失事。

传统的闸墩或桥墩，其墩体为全实体结构，墩体的上游端通常为半圆形或椭圆形、下游端通常为流线形或圆弧曲线。相关研究表明，传统闸墩或桥墩虽然可以使水流受到的阻力减小到一定程度，但墩前会产生明显的雍水现象，墩后会出现水翅。一旦遭遇超标洪水，传统的闸墩或桥墩的阻水效应大大增加，会加剧墩前与墩后的绕流冲刷，冲刷严重时将会破坏墩体附近的地基基础，极大可能造成工程失去稳定性而发生事故。因此，传统的闸墩或桥墩无法保证工程实际的安全运行，有必要对其进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供分缝式闸墩和分缝式桥墩，以进一步降低水流受到的来自闸墩或桥墩的阻力，增加过水建筑物的泄流能力，降低工程失事的风险。

本发明提供的分缝式闸墩或桥墩是在传统闸墩或桥墩基础上进行的改进，分为纵向分缝式、横向分缝式和十字分缝式三种类型，这三种类型属于一个总的发明构思。

本发明所述纵向分缝式闸墩或桥墩，由墩体组成，所述墩体具有顶面、底面、上游端面、下游端面、前侧面和后侧面，墩体上设置有一条纵向分缝，该纵向分缝贯穿墩体的顶面及上游端面和下游端面，其中心线与墩体的纵向中心线重合；

当为闸墩时，纵向分缝的宽度b1＝(0.05～0.3)B，式中，B为墩体的宽度，纵向分缝的深度h1＝(0.8～0.9)H，式中，H为墩体的高度；

当为桥墩时，纵向分缝的宽度b1＝(0.05～0.3)B，式中，B为墩体的宽度，纵向分缝的深度h1＝(0.5～0.8)Y，式中，Y为河流最大水深。

上述纵向分缝式闸墩或桥墩，所述墩体的宽度B与长度L之比为1︰(3～10)。

本发明所述纵向分缝式闸墩或桥墩适用于比较顺直河道处过水建筑物闸室的中间墩体，或顺直河道处的大桥桥墩。

本发明所述横向分缝式闸墩或桥墩，由墩体组成，所述墩体具有顶面、底面、上游端面、下游端面、前侧面和后侧面，墩体上设置有一条横向分缝，该横向分缝贯穿墩体的顶面及前侧面和后侧面，其中心线与墩体的横向中心线重合；

当为闸墩时，横向分缝的宽度b2＝(0.2～0.5)B，式中，B为墩体的宽度，横向分缝的深度h2＝(0.8～0.9)H，式中，H为墩体的高度；

当为桥墩时，横向分缝的宽度b2＝(0.2～0.5)B，式中，B为墩体的宽度，横向分缝的深度h2＝(0.5～0.8)Y，式中，Y为河流最大水深。

上述横向分缝式闸墩或桥墩，所述墩体的宽度B与长度L之比为1︰(3～10)。

本发明所述横向分缝式闸墩或桥墩适用于处于弯曲河道处的过水建筑物闸室中间墩体，或弯曲河道处大桥桥墩。

本发明所述十字分缝式闸墩或桥墩，由墩体组成，所述墩体具有顶面、底面、上游端面、下游端面、前侧面和后侧面，所述墩体上设置有一条纵向分缝和一条横向分缝，所述纵向分缝贯穿墩体的顶面及上游端面和下游端面，其中心线与墩体的纵向中心线重合，所述横向分缝贯穿墩体的顶面及前侧面和后侧面，其中心线与墩体的横向中心线重合，使纵向分缝与横向分缝形成相互贯通的十字形结构；

当为闸墩时，纵向分缝的宽度b1＝(0.05～0.3)B，横向分缝的宽度b2＝(0.2～0.5)B式中，B为墩体的宽度，纵向分缝和横向分缝的深度相同，且均为(0.8～0.9)H，式中，H为墩体的高度；

当为桥墩时，纵向分缝的宽度b1＝(0.05～0.3)B，横向分缝的宽度b2＝(0.2～0.5)B，式中，B为墩体的宽度，纵向分缝和横向分缝的深度相同，且均为(0.5～0.8)Y，式中，Y为河流最大水深。

上述十字分缝式闸墩或桥墩，所述墩体的宽度B与长度L之比为1︰(3～10)。

本发明所述十字分缝式闸墩或桥墩适用于宽阔河流上的中间闸墩，或宽阔河流上大桥、跨海大桥的桥墩、海洋平台的桩柱体型。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.与传统闸墩或桥墩相比，本发明所述分缝式闸墩或桥墩对水流的阻碍能力大大降低，水流所受阻力明显减小，因而有效减轻了墩前的雍水现象，消除或基本消除了墩后的水翅现象，使过水建筑物的泄流能力增加，从而降低工程失事的风险，特别适用于工作在低佛氏数、大单宽流量下的过水建筑物减小闸墩或桥墩对水流的阻力。

2.本发明所述分缝式闸墩或桥墩，纵向分缝式使得通过缝隙的高速水流由于在墩后产生尾波，引起更大的能量损失，从而减小水流受到的纵向阻力；横向分缝式使得通过缝隙的的水流在闸墩或桥墩两侧水面平衡，减小水流受到的横向阻力，适用于处于弯道水流的水工建筑物；十字分缝式能同时减小水流横向和纵所受的阻力，适用于宽阔河流上的大桥、跨海大桥的桥墩或者海洋平台的桩柱体型。

3.本发明所述的分缝式闸墩或桥墩结构非常简单，施工容易，检修方便。

附图说明

图1是本发明所述纵向分缝式闸墩的主视图；

图2是图1俯视图；

图3是图1的侧视图；

图4是本发明所述横向分缝式闸墩的主视图；

图5是图4的俯视图；

图6是图5的侧视图；

图7是本发明所述十字分缝式闸墩的主视图；

图8是图7的俯视图；

图9是图7的侧视图；

图10是本发明所述纵向分缝式桥墩的主视图；

图11是图10俯视图；

图12是图10的侧视图；

图13是本发明所述横向分缝式桥墩的主视图；

图14是图13的俯视图；

图15是图13的侧视图；

图16是本发明所述十字分缝式桥墩的主视图；

图17是图16的俯视图；

图18是图16的侧视图；

图19是实施例1中横向分缝式闸墩修筑在河床上的示意图；

图20是实施例1中横向分缝式闸墩在河道中的布置示意图。

图中，1—墩体，1-1—顶面，1-2—底面，1-3—上游端面，1-4—下游端面，1-5—前侧面，1-6—后侧面，2—纵向分缝，3—闸门槽，4—横向分缝，5—基础，6—闸室底板，7—河道。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明所述分缝式闸墩或桥墩作进一步说明。

实施例1

本实施例所述纵向分缝式闸墩，形状和结构如图1-图3所示，由墩体1组成，所述墩体具有顶面1-1、底面1-2、上游端面1-3、下游端面1-4、前侧面1-5和后侧面1-6，墩体顶面1-1和底面1-2为水平面，前侧面1-5和后侧面1-6为铅垂面且设置有闸门槽3，上游端面1-3为圆弧面，下游端面1-4为流线形面，墩体上设置有一条纵向分缝2，该纵向分缝2贯穿墩体的顶面及上游端面和下游端面，其中心线与墩体的纵向中心线重合。墩体宽度B＝6.0m，墩体高度H＝50m，墩体长度L＝30m，纵向分缝宽度为b₁＝1.8m、深度h₁＝45m。

对比例1

该对比例为全实体闸墩，除墩体上没有纵向分缝外，形状及其余结构和尺寸与实施例1相同。

将实施例1和对比例1所述闸墩进行1:100模型试验，分别模拟用作顺直河道处泄水建筑物闸室中间墩体，模拟闸前水深为30m，模拟行进流速为2.0m/s。

试验结果：相同水力工况下，对比例1所述全实体闸墩墩前有比较明显的雍水现象，闸室内水面有很明显的侧收缩现象，墩后出现了水翅；实施例1所述纵向分缝式闸墩墩前基本没有雍水现象，墩后未出现水翅，闸室内水流平稳。相同来流条件下，对比例1所述全实体闸墩的阻力系数约为0.85，实施例1所述纵向分缝式闸墩的阻力系数约为0.46，相对于比例1所述全实体闸墩，阻力系数下降45％。

实施例2

本实施例中所述横向分缝式闸墩的如图4-图6所示，由墩体1组成，所述墩体具有顶面1-1、底面1-2、上游端面1-3、下游端面1-4、前侧面1-5和后侧面1-6，墩体顶面1-1和底面1-2为水平面，前侧面1-5和后侧面1-6为铅垂面且设置有闸门槽3，上游端面1-3为半圆形面，下游端面1-4为流线形面，墩体上设置有一条横向分缝4，该横向分缝4贯穿墩体的顶面及前侧面和后侧面，其中心线与墩体的横向中心线重合。墩体宽度B＝6.0m，墩体高度H＝50m，墩体长度L＝30m，横向分缝宽度为b₂＝3.0m，深度h₂＝40m。

对比例2

该对比例为全实体闸墩，除没有横向分缝外，形状及其余结构和尺寸与实施例2相同。

将实施例2和对比例2所述闸墩进行1:100模型试验，分别模拟用作弯曲河道处泄水建筑物闸室中间墩体，在河床上的修筑示意图和在河道中的布置图分别见图19、图20，模拟闸前水深为30m，模拟行进流速为2.0m/s。

试验结果：相同水力工况下，对比例所述全实体闸墩墩前有比较明显的绕流现象，闸室内一侧水面有很明显的降低现象，出闸水流有比较严重的脱壁现象；实施例2所述横向分缝式闸墩墩前的绕流现象减轻，闸室内左右两侧水深基本相等，出闸水流没有脱壁现象，大大减轻了横向环流对水流的影响作用。相同来流条件下，对比例2所述全实体闸墩的阻力系数约为1.0，实施例2所述纵向分缝式闸墩的阻力系数约为0.7，相对于对比例2所述全实体闸墩下降30％。

实施例3

本实施例所述十字分缝式桥墩结构如图16-图18所示，由墩体1组成，所述墩体具有顶面1-1、底面1-2、上游端面1-3、下游端面1-4、前侧面1-5和后侧面1-6，墩体顶面1-1和底面1-2为水平面，前侧面1-5和后侧面1-6为铅垂面，上游端面1-3和下游端面1-4为圆弧形面，墩体上设置有一条纵向分缝2和一条横向分缝4，所述纵向分缝2贯穿墩体的顶面及上游端面和下游端面，其中心线与墩体的纵向中心线重合，所述横向分缝4贯穿墩体的顶面及前侧面和后侧面，其中心线与墩体的横向中心线重合，使纵向分缝与横向分缝形成相互贯通的十字形结构。墩体宽度B＝6.0m，墩体长度L＝30m，墩体高度H＝120m，纵向分缝宽度为b₁＝1.2m，横向分缝宽度为b₂＝1.2m，纵向分缝和横向分缝的深度相同，均为60m。

对比例3

该对比例为全实体桥墩，除没有纵向和横向分缝外，形状及其余结构和尺寸与实施例3相同。

将实施例3和对比例3所述桥墩进行1:200的波浪水池模型试验，分别模拟用作跨海大桥桥墩，模拟海水水深为100m。

试验结果：相同水力工况下，当波浪传播到对比例3所述全实体桥墩上时会发生比较明显的波浪绕射现象，且迎波面有明显的爬壁现象，其对海洋水流的阻碍作用明显；实施例3所述十字分缝式桥墩大大减弱了波浪绕射现象，波浪从槽缝中穿过，迎波面基本无爬壁现象。实施例3所述十字分缝式桥墩的阻力系数相对于对比例3所述全实体桥墩下降60％，所受到波浪力相对于对比例3所述全实体桥墩下降50％以上，增加了桥墩的安全稳定性，提高了大桥的抗风浪等级。