四面体透水框架群防护桥墩方法.pdf

本发明是四面体透水框架群防护桥墩方法，其特征是在桥墩周围床面之上抛投四面体透水框架群，抛投框架群杆件体积率为0.15～0.30，四面体透水框架群抛投范围和形状为外轮廓线为与所需防护的局部或整体桥墩轮廓线形状保持一致，内轮廓线同所需防护的局部或整体桥墩轮廓线，所需防护的局部桥墩轮廓线不宜少于桥墩整个截面轮廓线的四分之一，保持四面体框架群抛投面积为所需防护的桥墩局部或整体截面积的8～35倍。优点：有效防护桥墩周围床面，使局部冲刷大大减小，冲刷坑深度减小50％～85％，自身稳定很好，避免了因框架体的流失而进行的多次补防，用船只直接运到桥墩周围抛投，对通航等无干扰，不受枯汛期限制，施工简单灵活经济。

1、  四面体透水框架群防护桥墩方法，其特征是步骤分一、在桥墩周围床面之上抛投四面体透水框架群，抛投框架群杆件体积率为0.15～0.30；二、四面体透水框架群抛投范围和形状为在桥墩四周均抛投四面体透水框架群：外轮廓线为与整个桥墩轮廓线形状保持一致，大小比例为3∶1～6∶1，内轮廓线同整个桥墩轮廓线，保持四面体框架群抛投面积为桥墩截面积的8～35倍；或在桥墩迎流部分局部抛投四面体透水框架群：外轮廓线为与桥墩迎流局部轮廓线形状保持一致，大小比例为3∶1～6∶1，内轮廓线同桥墩迎流部分局部轮廓线，防护的局部桥墩轮廓线不宜少于桥墩整个截面轮廓线的四分之一，保持四面体框架群抛投面积为所需防护的桥墩局部截面积的8～35倍。

2、  根据权利要求1所述的四面体透水框架群防护桥墩方法，其特征是四面体透水框架群由若干个采用六个钢筋混凝土或类似材料杆件预制而成的单个四面体透水框架，用钢丝或类似材料把若干个四面体框架角对角捆绑相连，组成框架群。

四面体透水框架群防护桥墩方法
技术领域
本发明涉及的是一种桥墩冲刷防护技术，特别是一种实体抗冲特性和减速不冲相结合的四面体透水框架群防护桥墩的方法。属于桥墩局部冲刷防护工程
技术领域。
背景技术
桥墩冲刷一直是冲积性河流中桥墩失稳和桥梁水毁的主要原因。多年来的研究和实践证明，桥梁基础的水毁通常是桥址河床床面的一般冲刷、桥位断面的收缩冲刷和桥梁墩台附近的局部冲刷三者共同作用的结果。但是，桥址河床床面的一般冲刷、桥位断面的收缩冲刷对桥梁墩台的危害小于局部冲刷，而且这种冲刷形式具有突发性、灾难性，可导致桥墩的位移、沉陷，桥面的断裂、变形，甚至整座桥梁突然坍塌，并可能造成人民生命财产的重大损失。
目前采用的桥墩局部冲刷防护的工程措施分为两类，一类是实体抗冲防护；另一类是减速不冲防护。实体抗冲防护是指在桥墩周围的创面上放置一些实体材料，以提高桥墩周围创面的抗冲刷能力，从而使桥墩免于被桥墩附近的下降水流及漩涡体系淘底失稳的工程措施。实体抗冲防护工程措施主要包括抛石防护、扩大桥墩基础防护、混凝土铰链排防护、A-JACKS结构单元防护、填充混凝土模袋防护和四脚混凝土块防护等；减速不冲防护是指在桥墩周围放置一些装置或同过改变桥墩自身结构，来改变桥墩周围的水流，以削弱或抑制水流结构的冲刷力的工程措施。减速不冲防护工程措施主要包括护圈防护、桥墩的部分或整体开缝防护、墩前排桩防护、淹没底槛防护和淹没角槛防护等。以上的防护措施，都存在一定的缺点和不足，在一定条件下，这些缺点和不足甚至会引发整个防护工程的溃败，进而影响整个桥墩的稳定和桥梁的安全运行。例如使用历史较早、使用频率较高的一种桥墩局部冲刷防护措施——抛石防护，就具有五种不同的破坏形式。
发明内容
本发明的目的在于针对目前传统防护形式的缺点和不足，提供一种新型的桥墩局部冲刷防护工程措施——四面体透水框架群防护桥墩方法。该方法是把实体抗冲特性和减速不冲特性完美的结合在一起，有效地防护的桥墩周围床面的冲刷。
本发明的技术解决方案：四面体透水框架群防护桥墩方法，其步骤分一、用若干个由六个钢筋混凝土或类似材料杆件预制而成的单个四面体透水框架，用钢丝或类似材料角对角捆绑相连，构成四面体透水框架群；.二、在桥墩周围床面之上抛投四面体透水框架群，保持抛投框架群杆件体积率为0.15～0.30；三、四面体透水框架群抛投范围和形状为在桥墩四周均抛投四面体透水框架群(尤其适用于双向流)：外轮廓线为与整个桥墩轮廓线形状保持一致，大小比例为3∶1～6∶1，内轮廓线同整个桥墩轮廓线，保持四面体框架群抛投面积为桥墩截面积的8～35倍；或在桥墩迎流部分局部抛投四面体透水框架群(适用于单向流)：外轮廓线为与桥墩迎流局部轮廓线形状保持一致，大小比例为3∶1～6∶1，内轮廓线同桥墩迎流部分局部轮廓线，但防护的局部桥墩轮廓线不宜少于桥墩整个截面轮廓线的四分之一，保持四面体框架群抛投面积为所需防护的桥墩局部截面积的8～35倍。
本发明依据的理论是：利用阻面体透水框架群提高桥墩周围床面的抗冲刷能力的同时，利用其透水特性，削减其内部水流的流速和紊动强度，使得水流的紊动能量被转移到远离床面的区域中去，有效地保护桥墩周围的床面，加之四面体透水框架独特的外形结构，其自身稳定性很好，不易流失。四面体防护后与无防护冲刷坑比值表示如下：
h s h s 0 = f ( u u c , h 0 D , D d 50 , c D , η ) ]]>
其中：h_s——防护后冲坑深度；
h_s0无防护冲坑深度；
u，u_c——来流流速与临界来流流速；
h₀——来流水深；
D——桥墩直径或宽度；
d₅₀——泥沙中值粒径；
c——四面体布置范围；
η——抛投的四面体框架体积率，为四面体所有杆件所排开水的体积与四面体透水框架群所占的空间总体积之比。
四面体防护效果与相对来流流速，相对水深，相对泥沙粒径，相对布置团围及η有关，其中最密切的是相对来流流速和四面体的参数和η。
在一定的来流流速下，四面体框架群后面的近底流速为未投放四面体框架群的近底流速的13％～30％；相对的泥沙起动流速增加为3.4～8倍。保持四面体框架群抛投面积为桥墩截面积的8～35倍，抛投框架群杆件体积率为0.15～0.30时，保证了四面体框架群具有较好的防护效果的同时，节省了材料。
本发明的有益效果是，能够有效的防护桥墩周围床面，使局部冲刷大大减小，冲刷坑深度减小50％～85％，而且自身稳定很好以及四面体框架群可以捆绑相连，只要捆绑得足够牢固，水流再大也不会被冲走，避免了因框架体的流失而进行的多次补防，大大节省了开支。可以采用船只直接运到桥墩周围抛投，施工对通航等无干扰，不受枯汛期水位限制，施工简单，灵活经济。
附图说明
附图1是单个四面体透水框架的结构示意图
附图2是桥墩为圆形的情况下，在桥墩周围全抛投范围及形状示意图
附图3是桥墩为圆形的情况下，在桥墩周围部分抛投范围及形状示意图
图中的1是四面体透水框架的杆件；2是来流方向；3是四面体透水框架群抛投外轮廓线；4是四面体透水框架群抛投内轮廓线；5是抛投四面体透水框架群区域。
具体实施方式
四面体透水框架群防护桥墩方法，其特征是步骤分一、在桥墩周围床面之上抛投四面体透水框架群；二、抛投框架群杆件体积率为0.15～0.30；三、四面体透水框架群抛投范围和形状为在桥墩四周均抛投四面体透水框架群：外轮廓线为与整个桥墩轮廓线形状保持一致，大小比例为3∶1～6∶1，内轮廓线同整个桥墩轮廓线，保持四面体框架群抛投面积为桥墩截面积的8～35倍；或在桥墩迎流部分局部抛投四面体透水框架群：外轮廓线为与桥墩迎流局部轮廓线形状保持一致，大小比例为3∶1～6∶1，内轮廓线同桥墩迎流部分局部轮廓线，防护的局部桥墩轮廓线不宜少于桥墩整个截面轮廓线的四分之一，保持四面体框架群抛投面积为所需防护的桥墩局部截面积的8～35倍。
实施例
鉴于桥墩截面形状种类比较多，本实施例只针对桥墩截面为圆形的情况，其它截面形状下抛投参数保持不变。
河道泥沙粒径为0.03～0.6mm，水深15～40m，流速为0.3～1.5m/s，桥墩直径为5m，采用由6根长1.2 m、断面0.1 m×0.1m的钢筋混凝土杆件拼接而成的空心四面体框架。采用直径8mm的钢丝把三个四面体框架角对角捆绑相连，组成框架群，抛投于桥墩四周床面之上。保持抛投框架群杆件体积率为0.15～0.30；四面体透水框架群抛投范围和形状分为两种情况：①在桥墩四周均抛投四面体透水框架群(尤其适用于双向流)，如图2所示：抛投范围形状为以桥墩圆心为圆心的圆环，内径5m，外径为15～30m，面积为桥墩面积的8～35倍；②在桥墩迎流部分抛投四面体透水框架群(适用于单向流)，如图3所示：抛投范围形状为以桥墩圆心为圆心的扇状圆环(宜大于四分之一圆环)，内径5m，外径为15～30m，所需防护的桥墩局部截面积的8～35倍。