CN103603267B - 一种变高度牺牲桩群抵抗桥墩基础局部冲刷的防护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变高度牺牲桩群抵抗桥墩基础局部冲刷的防护装置，包括沿水流方向从前到后依次设置在桥梁主墩前方的来流起始桩、中间过渡桩及墩前收尾桩，来流起始桩为一根单桩，是防护装置中高度最低的桩，中间过渡桩形成群桩，每两根中间过渡桩形成一个组别，不同组别的中间过渡桩之间存在高度差，墩前收尾桩为两根等高度桩，是防护装置中高度最高的桩；来流起始桩将水流打散为左右两股小水流，之后中间过渡桩将水流疏导扰乱，最后墩前收尾桩将水流作用最终扩散到影响桥梁主墩周围土层的范围之外。与现有技术相比，本发明的装置既可以工厂预加工，又可以现场加工，实际生产工艺简单方便，所需修缮维护投入小，一次投入长期使用，性价比较高。

Description

一种变高度牺牲桩群抵抗桥墩基础局部冲刷的防护装置
技术领域
本发明涉及一种桥墩防冲刷装置，尤其是涉及一种变高度牺牲桩群抵抗桥墩基础局部冲刷的防护装置。
背景技术
桥梁工程在现代社会经济中起着越来越重要的作用，通过桥梁将两岸沟通，促进交流，从而使得经济共同发展。但是桥梁水毁带来的问题也随之而来，特别是位于山区、江河入海口区域的桥梁，由于水文地质条件复杂，冲刷作用更为明显，桥梁水毁事故时有发生，如何更好地解决桥梁的局部冲刷问题成为一项重大任务。然而目前国内外的冲刷防护方式仍然停留在被动防护领域，这样会导致维护修缮成本增大，需要的劳力劳工增多，当无法完成定期的修缮任务时就有可能会出现局部冲刷导致的水毁，损失惨重。为弥补传统被动防护方式的局限性，提出牺牲桩防护这种新型防护方式，其中关键技术是桩群的布置参数，目前无相关报道。
发明内容
本发明的目的就是为了克服传统防护中的被动防护的方式，而提供一种变高度牺牲桩群抵抗桥墩基础局部冲刷的防护装置，该装置主动地将来流分区域多次扰动，从而达到降低桥墩冲刷的效果。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种变高度牺牲桩群抵抗桥墩基础局部冲刷的防护装置，设置在待保护的桥梁主墩前方，该防护装置包括沿水流方向从前到后依次设置在桥梁主墩前方的来流起始桩、中间过渡桩及墩前收尾桩，所述的来流起始桩为一根单桩，是防护装置中高度最低的桩，所述的中间过渡桩设有数根，形成群桩，每两根中间过渡桩形成一个组别，不同组别的中间过渡桩之间存在高度差，所述的墩前收尾桩为两根等高度桩，是防护装置中高度最高的桩；
所述的来流起始桩将水流进行第一步分解，将水流打散为左右两股小水流，之后所述的中间过渡桩将水流疏导扰乱，可以弹性控制中间过渡桩的防护效果，所述的墩前收尾桩是对来流扰动的最后环节，将水流作用最终扩散到影响桥梁主墩周围土层的范围之外。
每两根中间过渡桩形成一个组别，同一组别中的两根中间过渡桩高度及桩径相同，且相对于来流起始桩与桥梁主墩的连线左右对称设置。
当中间过渡桩形成两个以上组别时，不同组别的中间过渡桩沿水流方向高度渐增，不同组别的高度差根据来流和桥梁主墩情况确定，且不同组别的中间过渡桩到来流起始桩与桥梁主墩的连线的垂直距离越来越大。
所述的墩前收尾桩为两根，两根墩前收尾桩相对于来流起始桩与桥梁主墩的连线左右对称设置。
位于来流起始桩与桥梁主墩的连线一侧的所有中间过渡桩及墩前收尾桩与来流起始桩形成一条直线，且该条直线与水流方向形成来流角，来流角的大小影响防护装置的防护效果。应根据实际情况选择25°至45°之间的来流角。当来流速度过大且方向单一时，应取角度偏小，当来流为斜向水流且倾斜程度过大时，应当取较大来流角。为工程方便，宜按照5°为增量取值。
所述的来流起始桩与桥梁主墩的距离为墩桩最大距Smax，所述的中间过渡桩的间距为群桩间距Sp，应根据实际情况和群桩数量选择墩桩最大距Smax为2D至4D之间，群桩间距Sp为0.67D至1.5D之间，其中，D为桥梁主墩的直径。当来流速度过大且方向单一时，应当选择Smax与Sp较小的组合，当来流为斜向水流且倾斜程度过大时，应选择二者较大的组合。为工程方便，Smax宜按照0.5D增量取值，Sp以能满足均匀排布为宜。
所述的中间过渡桩及墩前收尾桩的数量多少影响防护装置的防护效果。所述的中间过渡桩的数量增加时，防护装置的防护效果相应增加。来流起始桩(一根)与墩前收尾桩(两根)为必须存在且数量一定，中间过渡桩数量增多时，防冲效果增强。应根据实际情况选择群桩总数为5至9根为宜，按2根为增量选取桩数。当工程对防冲要求高，资金投入多，来流速度过大时，取较多群桩数目为宜。
根据不同的桥梁主墩形式配置不同数量的中间过渡桩，根据不同数量的中间过渡桩选择不同来流角和桩墩最大距，使得防冲刷效果最大化。
与现有技术相比，本发明的装置既可以工厂预加工，又可以现场加工，虽然理论复杂，但实际生产工艺简单方便，所需修缮维护投入小，一次投入长期使用，性价比较高。
附图说明
图1为实施例1中本发明装置的主视结构示意图；
图2为实施例1中本发明装置的侧视结构示意图；
图3为实施例1中本发明装置的俯视结构示意图。
图中，1为防护装置，2为桥梁主墩，3为来流起始桩，4为中间过渡桩，5为墩前收尾桩，a为来流角，b为墩桩最大距，h为高度值。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种变高度牺牲桩群抵抗桥墩基础局部冲刷的防护装置，如图1～图3，设置在待保护的桥梁主墩2前方，周围系河流床面或海平面环境，该防护装置1包括沿水流方向从前到后依次设置在桥梁主墩2前方的来流起始桩3、中间过渡桩4及墩前收尾桩5，来流起始桩3为一根单桩，是防护装置中高度最低的桩，中间过渡桩4设有偶数根，形成群桩，每两根中间过渡桩4形成一个组别，同一组别中的两根中间过渡桩4高度及桩径相同，且相对于来流起始桩3与桥梁主墩2的连线左右对称设置。当中间过渡桩4形成两个以上组别时，不同组别的中间过渡桩4沿水流方向高度渐增，不同组别的高度差h根据来流和桥梁主墩2情况确定，且不同组别的中间过渡桩4到来流起始桩3与桥梁主墩2的连线的垂直距离越来越大。墩前收尾桩5为两根等高度桩，是防护装置中高度最高的桩，两根墩前收尾桩5相对于来流起始桩3与桥梁主墩2的连线左右对称设置。
位于来流起始桩3与桥梁主墩2的连线一侧的所有中间过渡桩4及墩前收尾桩5与来流起始桩3形成一条直线，且该条直线与水流方向形成来流角a，来流角a的大小影响防护装置的防护效果。应根据实际情况选择25°至45°之间的来流角a。当来流速度过大且方向单一时，应取角度偏小，当来流为斜向水流且倾斜程度过大时，应当取较大来流角。为工程方便，宜按照5°为增量取值。来流起始桩3与桥梁主墩2的距离为墩桩最大距Smax，图中以b表示，中间过渡桩4的间距为群桩间距Sp，应根据实际情况和群桩数量选择墩桩最大距Smax为2D至4D之间，群桩间距Sp为0.67D至1.5D之间，其中，D为桥梁主墩的直径。当来流速度过大且方向单一时，应当选择Smax与Sp较小的组合，当来流为斜向水流且倾斜程度过大时，应选择二者较大的组合。为工程方便，Smax宜按照0.5D增量取值，Sp以能满足均匀排布为宜。
中间过渡桩4的数量多少影响防护装置的防护效果。根据不同的桥梁主墩2形式配置不同数量的中间过渡桩4，根据不同数量的中间过渡桩4选择不同来流角a和桩墩最大距，使得防冲刷效果最大化。
来流起始桩3，是扰动来流的第一步也是比较关键的一步，将水流进行第一步分解，将水流打散为左右两股小水流，之后中间过渡桩4将水流疏导扰乱，可以弹性控制中间过渡桩4的防护效果，墩前收尾桩5是对来流扰动的最后环节，将水流作用最终扩散到影响桥梁主墩2周围土层的范围之外，达到防护效果。
本实施例中，当桥梁主墩D＝4.5m，桥梁主墩露出水面高度H＝20m，水流速度较大，斜向程度为中，工程防护投入低时，牺牲桩(包括来流起始桩、中间过渡桩及墩前收尾桩)的桩径为d＝1m，牺牲桩的露出高度hmax＝18m，牺牲桩变高度的增量h＝0.2hmax＝3.6m，布置的来流角α＝30°，墩桩最大距b＝Smax＝10m，Sp＝0.67D＝3m，桩数为5根，布置方式如附图1、2、3所示。

Claims (6)

1.一种变高度牺牲桩群抵抗桥墩基础局部冲刷的防护装置，设置在待保护的桥梁主墩前方，其特征在于，该防护装置包括沿水流方向从前到后依次设置在桥梁主墩前方的来流起始桩、中间过渡桩及墩前收尾桩，所述的来流起始桩为一根单桩，是防护装置中高度最低的桩，所述的中间过渡桩设有数根，形成群桩，每两根中间过渡桩形成一个组别，不同组别的中间过渡桩之间存在高度差，所述的墩前收尾桩为两根等高度桩，是防护装置中高度最高的桩；
所述的来流起始桩将水流进行第一步分解，将水流打散为左右两股小水流，之后所述的中间过渡桩将水流疏导扰乱，最后所述的墩前收尾桩将水流作用最终扩散到影响桥梁主墩周围土层的范围之外。
2.根据权利要求1所述的一种变高度牺牲桩群抵抗桥墩基础局部冲刷的防护装置，其特征在于，每两根中间过渡桩形成一个组别，同一组别中的两根中间过渡桩高度及桩径相同，且相对于来流起始桩与桥梁主墩的连线左右对称设置。
3.根据权利要求1所述的一种变高度牺牲桩群抵抗桥墩基础局部冲刷的防护装置，其特征在于，当中间过渡桩形成两个以上组别时，不同组别的中间过渡桩沿水流方向高度渐增，且不同组别的中间过渡桩到来流起始桩与桥梁主墩的连线的垂直距离越来越大。
4.根据权利要求1所述的一种变高度牺牲桩群抵抗桥墩基础局部冲刷的防护装置，其特征在于，所述的墩前收尾桩为两根，两根墩前收尾桩相对于来流起始桩与桥梁主墩的连线左右对称设置。
5.根据权利要求1所述的一种变高度牺牲桩群抵抗桥墩基础局部冲刷的防护装置，其特征在于，位于来流起始桩与桥梁主墩的连线一侧的所有中间过渡桩及墩前收尾桩与来流起始桩形成一条直线，且该条直线与水流方向形成来流角，来流角选择25°至45°。
6.根据权利要求1所述的一种变高度牺牲桩群抵抗桥墩基础局部冲刷的防护装置，其特征在于，所述的来流起始桩与桥梁主墩的距离为墩桩最大距Smax，所述的中间过渡桩的间距为群桩间距Sp，墩桩最大距Smax为2D至4D之间，群桩间距Sp为0.67D至1.5D之间，其中，D为桥梁主墩的直径。
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