一种装配式桥墩防冲刷装置及方法

本发明属于桥墩防冲刷装置，具体涉及一种装配式桥墩防冲刷装置及方法。

背景技术：

1、桥梁桩基础在复杂水流环境中的安全和稳定性除了取决于其在复杂水域环境中的受力条件以外，还与水流冲刷引起的桥梁桩基埋深变浅导致桩基承载力降低有关。且大量调查统计结果也表明桥梁破坏主要原因之一是由于桥墩基础局部冲刷引起桥墩埋深减小所致。

2、如图1所示，在水流环境中修建桩柱结构物，会显著改变结构物周围的流场，形成复杂多变的三维流态，在桩前会形成下降流和马蹄形漩涡，桩后形成尾涡。马蹄形旋涡及尾涡的形成和运动增强了河床表面物质的运输能力，从而在桥梁桩基础形成明显的局部冲刷坑，这将会使桥梁桩基础在河床土体中的有效嵌入深度变小，导致桩基础承载力下降，大大影响了桥梁的安全与稳定，且在山区城市中，水流流速更大，水流冲刷对桥梁安全和稳定的影响也就会更甚。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种装配式桥墩防冲刷装置及方法。

2、第一方面，本发明提供一种装配式桥墩防冲刷装置，其包括支撑筒、上防护件和下防护件；上防护件呈环形，且内圆周边缘分别固定在支撑筒的顶端；下防护件分为半圆台部和尖锥部；半圆台部和尖锥部的顶部边缘合围形成圆形连接边；圆形连接边与支撑筒的底端边缘固定；半圆台部的外面侧呈上小下大的部分圆台面状；尖锥部在远离半圆台部的方向上截面积逐渐缩小；该桥墩防冲刷装置由多个防护单元合围形成；相邻的两个防护单元之间可拆卸连接；

3、工作过程中，支撑筒、上防护件和下防护件套置在桥墩底部的外侧；半圆台部与水流方向正对；上防护件阻挡水流冲击在桥墩上形成的向下的射流；下防护件防护桥墩与河床泥沙的连接处，抑制马蹄形旋涡的形成。

4、作为优选，所述的尖锥部的尖端位置与半圆台部的底部边缘在同一平面内。

5、作为优选，所述的下防护件的半圆台部和尖锥部各自占据下防护件的180°圆心角范围。

6、作为优选，所述的半圆台部的底部半径大于顶部半径；半圆台部外侧面的锥角为30°-60°。

7、作为优选，所述支撑筒的高度为0.6d～1.2d；d为支撑筒的内径。

8、第二方面，本发明提供一种装配式桥墩防冲刷装置及方法，其包括支撑筒、上防护件和下防护件；上防护件呈环形，且内圆周边缘分别固定在支撑筒的顶端；下防护件分为圆台段与圆环段。圆环段的内环边缘与圆台段底部的外侧边缘固定；圆台段的底部直径大于顶部直径，且圆台段外侧面的锥角为30°-60°。该桥墩防冲刷装置由多个防护单元合围形成；相邻的两个防护单元之间可拆卸连接；

9、工作过程中，支撑筒、上防护件和下防护件套置在桥墩底部的外侧；上防护件阻挡水流冲击在桥墩上形成的向下的射流；下防护件引导水流沿着圆台段的外侧面向上运动，避免桥墩与河床的连接处受到直接冲击。

10、作为优选，所述上防护件顶部的内侧边缘与支撑筒的顶部边缘形状一致且焊接固定；所述下防护件的内侧边缘与支撑筒底部边缘形状一致且焊接固定。

11、作为优选，所述防护单元的数量为两个；支撑筒分为两个半圆筒结构；上防护件分为两个上半圆环护圈；下防护件分为两个半圆台部和两个下半圆环护圈；两个上半圆环护圈的相邻侧边缘之间，以及两个下半圆环护圈的相邻侧边缘之间，均通过固定组件可拆卸连接；所述的固定组件包括连接件；连接件的两端与两个上半圆环护圈分别固定，或连接件的两端与两个下半圆环护圈分别固定。

12、作为优选，所述的固定组件还包括两个螺栓，连接件的两端分别通过两个螺栓固定。

13、第三方面，本发明提供一种桥墩防冲刷防护方法，包括以下步骤：

14、步骤一、将装配式桥墩防冲刷装置的各个防护单元在被防护的桥墩顶部进行组装，使得各防护单元合围在桥墩的顶部。

15、步骤二、释放组装固定在一起的各防护单元，使得各防护单元组成的桥墩防冲刷装置沉至水底，对桥墩的底部提供防护，减小桥墩与河床连接处泥沙的冲刷损失。

16、本发明具有的有益效果是：

17、1、本发明在支撑筒下方设置半圆台部，通过半圆台部的外侧面引导冲击在半圆台部的水流向上流动，并与支撑筒形成的向下的射流抵消；减少朝向河床的射流的产生，从而减少对桥墩周围的河床沙石的侵蚀。

18、2、本发明通过在桥墩背离水流冲击的一侧设置尖锥部，通过尖锥部的斜面对引导流向桥墩两侧的水流向尖锥部的尖端引导；减少水流冲击桥墩时，桥墩两侧的水流的流动范围，从而减少水流对桥墩两侧的河床的侵蚀。

19、3、本发明实施例2中通过在桥墩底部套置支撑筒，并在支撑筒的顶端和底端设置上防护件和下防护件，通过上、下半圆环护圈来阻挡水流冲击时产生的射流，避免射流对桥墩周围的河床中沙石的侵蚀；从而影响桥墩的稳固型。

技术特征：

1.一种装配式桥墩防冲刷装置，其特征在于：包括支撑筒(2-1)、上防护件(2-2)和下防护件(2-3)；上防护件(2-2)呈环形，且内圆周边缘分别固定在支撑筒(2-1)的顶端；下防护件(2-3)分为半圆台部(2-3-1)和尖锥部(2-3-2)；半圆台部(2-3-1)和尖锥部(2-3-2)的顶部边缘合围形成圆形连接边；圆形连接边与支撑筒(2-1)的底端边缘固定；半圆台部(2-3-1)的外面侧呈上小下大的部分圆台面状；尖锥部(2-3-2)在远离半圆台部(2-3-1)的方向上截面积逐渐缩小；该桥墩防冲刷装置由多个防护单元(2)合围形成；相邻的两个防护单元(2)之间可拆卸连接；

2.根据权利要求1所述的一种装配式桥墩防冲刷装置，其特征在于：所述的尖锥部(2-3-2)的尖端位置与半圆台部(2-3-1)的底部边缘在同一平面内。

3.根据权利要求1所述的一种装配式桥墩防冲刷装置，其特征在于：所述的下防护件(2-3)的半圆台部(2-3-1)和尖锥部(2-3-2)各自占据下防护件(2-3)的180°圆心角范围。

4.根据权利要求1所述的一种装配式桥墩防冲刷装置，其特征在于：所述的半圆台部(2-3-1)的底部半径大于顶部半径；半圆台部(2-3-1)外侧面的锥角为30°～60°。

5.根据权利要求1所述的一种装配式桥墩防冲刷装置，其特征在于：所述支撑筒(2-1)的高度为0.6d～1.2d；d为支撑筒(2-1)的内径。

6.一种装配式桥墩防冲刷装置，其特征在于：包括支撑筒(2-1)、上防护件(2-2)和下防护件(2-3)；上防护件(2-2)呈环形，且内圆周边缘分别固定在支撑筒(2-1)的顶端；下防护件(2-3)分为圆台段和圆环段；圆环段的内环边缘与圆台段底部边缘固定；圆台段的底部直径大于顶部直径，且圆台段外侧面的锥角为30°～60°；该桥墩防冲刷装置由多个防护单元(2)合围形成；相邻的两个防护单元(2)之间可拆卸连接；

7.根据权利要求6所述的一种装配式桥墩防冲刷装置，其特征在于：所述上防护件(2-2)顶部的内侧边缘与支撑筒(2-1)的顶部边缘形状一致且焊接固定；所述下防护件(2-3)的内侧边缘与支撑筒(2-1)底部边缘形状一致且焊接固定。

8.根据权利要求6所述的一种装配式桥墩防冲刷装置，其特征在于：所述防护单元(2)的数量为两个；支撑筒(2-1)分为两个半圆筒结构；上防护件(2-2)分为两个上半圆环护圈(2-2-1)；下防护件(2-3)分为两个半圆台部(2-3-1)和两个下半圆环护圈(2-3-3)；两个上半圆环护圈(2-2-1)的相邻侧边缘之间，以及两个下半圆环护圈(2-3-3)的相邻侧边缘之间，均通过固定组件(1)可拆卸连接；所述的固定组件(1)包括连接件(1-1)；连接件(1-1)的两端与两个上半圆环护圈(2-2-1)分别固定，或连接件(1-1)的两端与两个下半圆环护圈(2-3-3)分别固定。

9.根据权利要求8所述的一种装配式桥墩防冲刷装置，其特征在于：所述的固定组件(1)还包括两个螺栓(1-2)，连接件(1-1)的两端分别通过两个螺栓(1-2)固定。

10.一种桥墩防冲刷防护方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种装配式桥墩防冲刷装置及方法，该桥墩防冲刷装置包括支撑筒、上防护件和下防护件；上防护件呈环形，且内圆周边缘分别固定在支撑筒的顶端；下防护件分为半圆台部和尖锥部；半圆台部的外面侧呈上小下大的部分圆台面状；尖锥部在远离半圆台部的方向上截面积逐渐缩小；工作过程中，支撑筒、上防护件和下防护件套置在桥墩底部的外侧；半圆台部与水流方向正对；上防护件阻挡水流冲击在桥墩上形成的向下的射流；下防护件对桥墩与河床泥沙的连接处提供防护；本发明通过设置上防护件和下防护件，用于阻挡水流冲击在桥墩上产生的向下的射流直接冲击在桥墩与河床的连接处。避免射流对河床中的沙石产生冲击损伤，从而影响桥墩直立的稳定性。

技术研发人员：封林启,王炎,曹林龙,芦宇航,田大丰,魏志伟
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16