本发明专利技术一种具有减缓桥墩基础局部冲刷的多级垫层防护方法，属于桥梁工程防护领域。本发明专利技术通过抬高桥墩前边界层高度，减小墩前下潜流下潜路径，在防护装置前形成与原漩涡相反的抵消漩涡，削弱墩前马蹄涡强度，防护桥墩基础冲刷；装置包括：撑吊装置，多级垫层防护装置，多级垫层防护装置的尺寸设计方法，多级垫层防护装置的安装方法。本发明专利技术的优点在于：1，能够显著减小桥墩局部冲刷深度；2，可用于桥墩前期未发生较明显冲刷或后期发生明显冲刷的防护，且具有易于安装，成本投入较少及后期维护简单的优点。的优点。的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种具有减缓桥墩基础局部冲刷的多级垫层防护方法
[0001]本专利技术涉及应用于桥墩基础上具有减缓冲刷的多级垫层防护措施，属于桥梁工程防护领域。
技术介绍
[0002]当天然河道修建桥梁后，其作为典型的角区流动的主要形式之一，将引起水流边界层的分离并形成马蹄涡或尾涡系统。作为桥墩局部冲刷主要原因的马蹄涡将危害到桥墩基础的稳定，因此如何削弱或干扰角区马蹄涡强度成为解决桥墩冲刷防护的主要方法之一。通常认为，墩前由于压力梯度产生的下潜水流是形成马蹄涡的主要原因。其在墩前对称面处将形成不同数量的漩涡，其中主涡是局部冲刷的关键，次涡在不同水流状态(主要是水流雷诺数Re)将于主涡进行周期或非周期的融合或分离，且次涡在冲刷泥沙过程中主要起到维持沙脊以上冲刷坑坡度形态。另外，经不同学者研究，其主涡位置在不同的水流雷诺数或桩径雷诺数(Re
D
)下其涡心位置相对稳定，可认为位于墩前0.3D左右，具体位置需要根据具体情况分析。同时，马蹄涡的强度通常与边界层厚度及桩径雷诺数等密切相关，基本的观点认为马蹄涡强度随着边界层的增大而增强，随着桩径雷诺数增大而增大。
[0003]以上主要对马蹄涡的产生及机理进行阐述。当然实际天然情况下桥墩冲刷是十分复杂的，涉及到一般冲刷或局部冲刷的耦合作用。目前对于桥墩冲刷防护多采用被动的措施，且通常当桥墩已发生较严重冲刷后才着手防护。以最常用的碎石防护为例，其抛填防护并不能补救或改善基础的受力特性，仅可能减缓进一步冲刷的发生。同时，其防护及后期维护的代价往往是巨大的。面对这种情况，如何预先采用较小成本控制桥墩冲刷发展的防护措施成为解决问题的关键。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的提出一种可同时用于桥墩前期未发生明显冲刷的预防以及后期发生明显冲刷后的保护措施。
[0005]本专利技术采用的原理是通过抬高桥墩前边界层高度，减小墩前下潜流下潜路径，在防护装置前形成与原漩涡相反的抵消漩涡，削弱墩前马蹄涡强度。
[0006]具体而言本专利技术包括：撑吊装置，多级垫层防护装置，多级垫层防护装置的尺寸设计方法，多级垫层防护装置的安装方法；
[0007]1)上述的撑吊装置，包括：4台卷扬机，主吊绳，主吊环，单层拉绳，单层吊环，辅助绳，辅助吊环；
[0008]其中四台卷扬机固定在桥墩的四个方向上，主吊绳上端绕在卷扬机上，下端拴在主吊环上，主吊环扣住单层吊环，单层吊环栓着单层拉绳；主吊环还扣住辅助吊环，辅助吊环拴着辅助绳。
[0009]每个柔性圆形垫层上都安装有4个单层拉绳，4个单层拉绳捆绑着柔性圆形垫层，安装过程中4个主吊绳拉着单层吊环，通过卷扬机的工作拉着柔性圆形垫层沿着桥墩上下
运动；
[0010]最上一层的辅助吊环和辅助绳上端拉在主吊环上，下端拉在下一层的单层吊环和辅助吊环上，这样当最上一层提起后辅助绳拉伸，当辅助绳拉直后相邻的下一层被提起；当继续向上提高时，各层逐级被提起。
[0011]2)上述的多级垫层防护装置：不同半径的柔性圆形垫层；上述的柔性圆形垫层按照半径大小依次套于桥墩底部；每个柔性圆形垫层套于桥墩后采用螺栓两端对接固定；上述的柔性圆形垫层采用高性能橡胶制作或聚乙烯复合材料制作。
[0012]3)多级垫层防护装置的尺寸设计，包括：
[0013]单个垫层为具有一定厚度的圆环，其内径为r
i
，外径为r
o
，厚度为d，其厚度d＝P/n；其中垫层数为n，n≥3，柔性垫层总高度为P；
[0014]上述的柔性圆形垫层内径r
i
略大于桥墩半径R，柔性圆形垫层内径与桥墩之间的间隙Δ＝r
i
‑
R,Δ≤5cm；
[0015]上述的柔性圆形垫层从下向上为第一层，第二层，第三层，依次类推，相应各层的外径为r
o1
，r
o2
，r
o3
……
r
on
；同样，各层厚度为d1，d2，d3……
d
n
；
[0016]上述的各柔性圆形垫层外径从下向上逐层缩小，即r
o1
<r
o2
<r
o3
<
…
<r
on
；
[0017]当时采用r
o1
＝H
max
/2,H
max
为桥墩所处位置的历史最大水深；此时采用的柔性圆形垫层总高度P≤H/2，H为现状水深；
[0018]当时采用r
o1
＝H
Everage
/2,H
Everage
为桥墩所处位置的历史平均水深；此时采用的柔性圆形垫层总高度P≤H/2，H为现状水深；
[0019]当时采用r
o1
＝H
min
,H
min
为桥墩所处位置的历史最小水深；此时采用的柔性圆形垫层总高度P≤H/2，H为现状水深；
[0020]当时采用r
o1
＝H
min
/2,H
min
为桥墩所处位置的历史最小水深；此时采用的柔性圆形垫层总高度P≤H/2，H为现状水深；
[0021]以上各情况下，柔性圆形垫层的各层在剖面上形成一个多级台阶，多级台阶坡度范围为1/3～2/3。
[0022]4)多级垫层防护装置的安装方法；
[0023]本设计采用垫片、螺栓和螺母将柔性圆形垫层两端闭合。上述的垫片、螺栓和螺母为不锈钢材料，在柔性圆形垫层断口合适位置左右对称贯穿4个圆孔。垫片为上、下两片，垫片厚度不宜过厚，以免增加圆形垫层之间空隙，造成不必要的影响。上、下垫层结构一致，闭合后在圆孔内形成上、下凹槽，用于埋藏螺栓和螺母，并起到固定螺丝封闭垫层的作用。
[0024]通过组合上述圆形桥墩、不同大小垫层与螺栓、螺帽及垫片组装，形成河床面以上多垫层“金字塔”阶梯型防护措施，其主要起到抬高墩前边界层高度，在减小墩前下潜流下潜路径的情况下在其结构上坡面形成与原角区漩涡相反的抵消漩涡，进而达到削弱墩前马蹄涡强度的效果以减小桥墩局部冲刷深度的可能。
[0025]其安装采用一定厚度具有柔性圆形垫层依照从大到小半径依次安装桥墩底部，在桥墩底部泥面以上形成类似“金字塔”的阶梯型防护措施。其中，一定厚度圆形垫层套于圆
形或其他形状桥墩，其与桥墩之间存在一定间隙，可使其在桥墩发生一定不可避免冲刷后能自由下降，圆形垫层具有一定柔性保证其能在下降后与产生的不均匀冲刷坑地形尽可能贴合，防止防护结构边缘冲刷造成其底部泥沙淘蚀并产生不利冲刷影响。该专利拟提出防护措施工作原理主要是抬高墩前边界层高度，在减小墩前下潜流下潜路径的情况下在其结构上坡面形成与原角区漩涡相反的抵消漩涡，进而达到削弱墩前马蹄涡强度的效果以减小桥墩局部冲刷深度的可能
[0026]具体而言本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有减缓桥墩基础局部冲刷的多级垫层防护方法，其特征在于：采用的原理是通过抬高桥墩前边界层高度，减小墩前下潜流下潜路径，在防护装置前形成与原漩涡相反的抵消漩涡，削弱墩前马蹄涡强度，防护桥墩基础冲刷；所述装置包括：撑吊装置，多级垫层防护装置，多级垫层防护装置的尺寸设计方法，多级垫层防护装置的安装方法。2.根据权利要求1所述的一种具有减缓桥墩基础局部冲刷的多级垫层防护方法，其特征在于：所述的撑吊装置，包括：4台卷扬机，主吊绳，主吊环，单层拉绳，单层吊环，辅助绳，辅助吊环；其中四台卷扬机固定在桥墩的四个方向上，主吊绳上端绕在卷扬机上，下端拴在主吊环上，主吊环扣住单层吊环，单层吊环栓着单层拉绳；主吊环还扣住辅助吊环，辅助吊环拴着辅助绳。每个柔性圆形垫层上都安装有4个单层拉绳，4个单层拉绳捆绑着柔性圆形垫层，安装过程中4个主吊绳拉着单层吊环，通过卷扬机的工作拉着柔性圆形垫层沿着桥墩上下运动；最上一层的辅助吊环和辅助绳上端拉在主吊环上，下端拉在下一层的单层吊环和辅助吊环上，这样当最上一层提起后辅助绳拉伸，当辅助绳拉直后相邻的下一层被提起；当继续向上提高时，各层逐级被提起。3.根据权利要求1所述的一种具有减缓桥墩基础局部冲刷的多级垫层防护方法，其特征在于：所述的多级垫层防护装置包括：不同半径的柔性圆形垫层；上述的柔性圆形垫层按照半径大小依次套于桥墩底部；每个柔性圆形垫层套于桥墩后采用螺栓两端对接固定；上述的柔性圆形垫层采用高性能橡胶制作或聚乙烯复合材料制作。4.根据权利要求1所述的一种具有减缓桥墩基础局部冲刷的多级垫层防护方法，其特征在于：所述的多级垫层防护装置的尺寸设计，包括：单个垫层为具有一定厚度的圆环，其内径为r
i
，外径为r
o
，厚度为d，其厚度d＝P/n；其中垫层数为n，n≥3，柔性垫层总高度为P；所述的柔性圆形垫层内径r
i
略大于桥墩半径R，柔性圆形垫层内径与桥墩之间的间隙Δ＝r
i
‑
R，Δ≤5cm；所述的柔性圆形垫层从下向上为第一层，第二层，第三层，依次类推，相应各层的外径为r
o1
【专利技术属性】
技术研发人员：徐华，闫杰超，夏云峰，闻云呈，张世钊，杜德军，王晓航，王晓俊，张帆一，赵泽亚，陈静，薛伟，陈靖，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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