[实用新型]下凹型旋转正态曲面与散粒体结合的桥墩冲刷防护装置

说明书

本实用新型公开一种下凹型旋转正态曲面与散粒体结合的桥墩冲刷防护装置，该装置在桥墩或桥桩底部周围局部冲刷坑达到设定深度后铺设，用于对跨海或跨河桥梁桥墩基础冲刷进行防护；该装置包括下凹的旋转正态曲面防护结构以及铺设在旋转正态曲面防护结构内部的特定厚度的散粒体，旋转正态曲面防护结构包括一段旋转正态曲面壳体以及一段插入河床中用于固定正态曲面壳体的底座，且旋转正态曲面壳体的底部位于床面以下mh_b处，h_b为最大冲刷坑深度,m＝0.7～0.9。该防护装置能在大桥使用期间，消减桥墩周围下冲水流和马蹄涡能量，减小局部冲刷，对桥墩基础起到有效保护作用。

技术领域

本实用新型属于桥梁基础局部冲刷防护领域，具体涉及一种下凹型旋转正态曲面与散粒体结合的桥墩冲刷防护装置。

背景技术

跨海(河)桥梁桥墩周围局部冲刷对于桥梁基础安全影响极大，是导致桥梁破坏的主要原因。桥墩周围局部冲刷导致的桥梁倒塌占总数的一半以上。所以，对桥墩局部冲刷进行有效和充分的防护十分重要。

水流对桥墩的局部冲刷有三方面原因：(1)桥墩阻水导致周围流速增大，指水流遇到障碍物时过水断面面积减小，引起局部流速增大，床面泥沙冲刷而形成冲刷坑；(2)下冲水流掏蚀床面，主要指前进水流撞击桥墩后形成下冲水流，对床面产生强烈的掏蚀作用；(3)马蹄形漩涡冲刷，主要指水流绕过障碍物时形成的马蹄形漩涡，卷走了墩周的部分泥沙。

桥墩的局部冲刷防护措施主要分为两类：(1)主动防护。减小水流对桥墩的冲刷能量，即减弱水流冲刷过程中的下冲流和马蹄形漩涡流，通常采用扩大桥墩的基础平面或设护脚等措施以减小水流的冲刷能量。(2)被动防护。提高桥墩附近底床的防冲刷能力，通常是在桥墩基础周围抛石或扭王字块，试图提高桥墩的抗冲能力。

现有防护措施存在成本高、防护效果差和不能有效抵御台风暴潮等灾害性海洋环境等不足。利用扩大桥墩基础顶面的主动防护措施在通常水流下能抵御下冲水流，然而在极端水动力环境下床面冲刷严重而下降,致使桥墩基础完全暴露于床面之上，从而在桥墩基础迎流面上形成更强的下冲水流，导致局部冲刷更为严重。桥墩墩体开缝能起到削弱马蹄形漩涡强度的作用,开缝多则降低桥墩强度，开缝少则效果差，开缝还可能被漂浮物等堵塞。因旋转流或主流摆动等造成桥墩行近水流方向与开缝方向不一致时,开缝就失去防护作用。

抛石防护一直是大、中型桥梁桥墩最广泛采用的被动防护形式,具有涡流增强、防护效果差、运维费用和工作量较大等缺点。特别是当极端水动力作用下，抛石周围形成强烈的涡漩，加剧了涡漩对床面的掏蚀作用。不仅起不到防护作用，甚至可能起到相反的作用。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种下凹型旋转正态曲面与散粒体结合的桥墩冲刷防护装置，具体技术方案如下：

一种下凹型旋转正态曲面与散粒体结合的桥墩冲刷防护装置，该装置在桥墩或桥桩底部周围局部冲刷坑达到设定深度后铺设，用于对跨海或跨河桥梁桥墩基础冲刷进行防护；

该装置包括下凹的旋转正态曲面防护结构以及铺设在所述旋转正态曲面防护结构内部的特定厚度的散粒体，所述的旋转正态曲面防护结构包括一段旋转正态曲面壳体以及一段插入河床中用于固定所述正态曲面壳体的底座，且所述旋转正态曲面壳体的底部位于床面以下mh_b处，h_b为最大冲刷坑深度,m＝0.7～0.9。

进一步地，所述旋转正态曲面壳体的厚度为a，以桥墩的中心与未冲刷的河床平面的交点为原点，水流方向为x轴正方向、水平面内垂直于水流方向的为y轴、桥墩轴线向下为z轴正方向，则所述正态曲面壳体的内表面为满足如下方程的曲面：