一种紊流被动控制局部防冲刷承重结构墩的制作方法

本发明涉及桥墩抗冲刷、水闸闸墩抗冲刷等紊流区墩体抗冲刷技术领域，具体为一种紊流被动控制局部防冲刷承重结构墩。

背景技术：

桥墩是各类桥梁的重要组成部分之一，是保证桥梁安全稳定的关键承重结构。水闸闸墩是保证闸室稳定、闸门可靠运行的关键承重结构。目前，建筑桥墩、水闸闸墩等墩体的材料主要是钢筋混凝土。随着社会的进步和发展，桥墩、水闸闸墩等墩体需要在更加复杂的水流条件下建设运行，但是长期运行，以及各类不可避免的自然因素影响，会使得墩体出现自然老损、意外损坏等现象，因此一种紊流被动控制局部防冲刷承重结构墩的研发能更好地延长墩体使用寿命，方便后期维修养护，社会对一种紊流被动控制局部防冲刷承重结构墩的需求日益增长。

在未知的水流条件下，墩体周围水流形态复杂，存在各种紊流和涡流，且墩体周围水流具有较大的紊动动能和流速。当水流冲撞墩体时，容易出现尾部涡流、侧面旋涡、下降冲刷水流等危险水流形态，使得墩体易被水流淘刷暴露钢筋、墩体周围河床出现冲刷坑等，最终会导致墩体倾斜易位，使得桥梁、水闸等工程出现整体倾斜、开裂、倒塌等重大危险事故，造成人民生命财产的重大损失。除了紊流、涡流等不良水流形态的威胁，在北方冬季水域易出现的浮冰和冰凌对墩体发生冲击碰撞，破坏混凝土保护层，大大缩减了墩体的使用寿命，并且在水下维修混凝土墩体十分不便，施工成本、设计施工技术要求较高。因此，针对上述问题提出一种紊流被动控制局部防冲刷承重结构墩。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种紊流被动控制局部防冲刷承重结构墩，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种紊流被动控制局部防冲刷承重结构墩，包括矩形柱式墩体，鱼体式墩体，半球型抗冲刷装置，孔状结构曲面板，金属紧固装置，椭圆弧形孔状结构导流板和w型导流槽，所述矩形柱式墩体与鱼体式墩体通过浇筑固定连接，所述矩形柱式墩体和鱼体式墩体通过浇筑固定连接有金属紧固装置，所述矩形柱式墩体的外端面预留开设有“w”型导流槽，所述孔状结构曲面板固定在半球型抗冲刷装置的外端面上。

优选的，所述半球型抗冲刷装置包括半球型混凝土预制件、金属紧固螺栓、橡胶垫圈、固定槽，所述橡胶垫圈分别位于半球型混凝土预制件和矩形柱式墩体与鱼体式墩体之间，所述半球型混凝土预制件的内侧对称开设有两个内凹的固定槽，且半球型混凝土预制件的一侧固定连接有金属紧固螺栓。

优选的，所述半球型混凝土预制件通过金属紧固螺栓与金属紧固装置螺旋连接，所述橡胶垫圈为耐腐蚀橡胶材质，且橡胶垫圈的厚度为1.0cm。

优选的，所述孔状曲面结构板包括缓冲连接系统、曲面板、气泡型筛滤系统，所述孔状曲面结构板通过缓冲连接系统和半球型抗冲刷装置进行连接，且曲面板的内侧通过立体打孔成型气泡型筛滤系统。

优选的，所述缓冲连接系统包括螺旋轴、紧固螺栓、弧形转接管和缓冲弹簧管装置，所述缓冲弹簧管装置通过螺旋轴与曲面板固定连接，所述弧形转接管与缓冲弹簧管装置通过螺旋轴扭紧固定连接，所述弧形转接管通过紧固螺栓固定在固定槽的内侧。

优选的，所述椭圆弧形孔状结构导流板包括固定螺栓、螺栓限位孔、过水孔和椭圆弧形导流板，所述螺栓限位孔为固定螺栓的限位装置，所述椭圆弧形导流板通过固定螺栓固定在矩形柱式墩体两侧，且椭圆弧形导流板立体打孔设置过水孔，椭圆弧形导流板为工程橡胶材质，椭圆弧形导流板的厚度为3.0cm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过设置的半球型抗冲刷装置和w型导流槽，这种设置配合半球型抗冲刷装置与墩体固定连接、矩形柱式墩体两侧预留w型导流槽，在紊流和涡流等水流条件复杂、半日潮及全日潮，甚至含有较多砂石的水域使用装置时，通过设置的半球型抗冲刷装置可以对墩体起到被动抗冲刷、抗撞击的作用，且装置结构型式简单，制作安装方便，后期维护更换成本较低，经济效益良好，可适用于流场较为复杂的近海、江河；

2、本发明中，通过设置的曲面板、缓冲连接系统和气泡型筛滤系统，这种设置配合缓冲连接系统的水平向伸缩震动、缓冲连接系统和曲面板及半球型抗冲刷装置之间固定连接，且气泡型筛滤系统在曲面板上立体打孔成型，使用时，通过气泡型筛滤系统可以分解正面冲击水流，削弱水流冲击强度、紊流强度，防止墩体正面出现混凝土冲刷破碎、钢筋裸露，提高了墩体的耐久性，缓冲连接系统的水平向伸缩震动缓冲可减少高速水流及漂浮物带来的冲击破坏，延长了墩体的使用寿命。

3、本发明中，通过设置的椭圆弧形孔状结构导流板和固定螺栓，这种设置配合固定螺栓与矩形柱式墩体固定连接，在应对下降水流时，通过设置的椭圆弧形孔状结构导流板可以减少墩体附近河床的冲刷坑，避免墩体周围出现淘刷，保障了墩体的稳定性及抗倾覆能力。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的俯视部分结构示意图；

图3为本发明半球型抗冲刷装置结构示意图；

图4为本发明孔状曲面结构板结构示意图；

图5为本发明缓冲连接系统结构示意图；

图6为本发明椭圆弧形孔状结构导流板结构示意图。

图中：1-矩形柱式墩体、2-鱼体式墩体、3-半球型抗冲刷装置、301-半球型混凝土预制件、302-金属紧固螺栓、303-橡胶垫圈、304-固定槽、4-孔状结构曲面板、401-缓冲连接系统、40101-螺旋轴、40102-紧固螺栓、40103-弧形转接管、40104-缓冲弹簧管装置、402-曲面板、403-气泡型筛滤系统、5-金属紧固装置、6-椭圆弧形孔状结构导流板、601-固定螺栓、602-螺栓限位孔、603-过水孔、604-椭圆弧形导流板、7-w型导流槽。

具体实施方式

实施例1：

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：

一种紊流被动控制局部防冲刷承重结构墩，一种紊流被动控制局部防冲刷承重结构墩，包括矩形柱式墩体1，鱼体式墩体2，金属紧固装置5，w型导流槽7，矩形柱式墩体1两侧分别设有4条w型导流槽7，矩形柱式墩体1和鱼体式墩体2表面“梅花型”排布安装半球型抗冲刷装置3，且半球型抗冲刷装置3和矩形柱式墩体1及鱼体式墩体2固定连接，这种设置能减小水流紊动动能，减少矩形柱式墩体1和鱼体式墩体2周围出现涡流，有效避免了矩形柱式墩体1和鱼体式墩体2的局部冲刷，且设置半球型抗冲刷装置3可以抵抗水流中杂物的碰撞，避免了水流中杂物对矩形柱式墩体1和鱼体式墩体2的直接接触撞击，鱼体式墩体2仿生鱼体形态能减少黏性压差阻力，且两端鱼体式墩体2产生的流动分离很小或不分离，有效减少局部冲刷和负压破坏，延长了鱼体式墩体2的使用寿命，半球型抗冲刷装置3包括半球型混凝土预制件301、金属紧固螺栓302、橡胶垫圈303、固定槽304，所述金属紧固螺栓302和金属紧固装置5螺旋连接，所述橡胶垫圈303分别位于半球型抗冲刷装置3和矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2之间，且橡胶垫圈303的厚度为1.0cm，设置这种具有柔性、贴合性的缓冲橡胶材质垫圈增强了半球型抗冲刷装置3和矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2之间的密封性，很好地保护了矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2不受到半球型抗冲刷装置3的影响，且方便后期拆装维护，所述半球型混凝土预制件301对称设置两个内凹的固定槽304，且半球型混凝土预制件301浇筑时预埋金属紧固螺栓302，所述孔状结构曲面板4包括缓冲连接系统401、曲面板402、气泡型筛滤系统403，孔状曲面结构板4通过缓冲连接系统401和半球型抗冲刷装置3进行固定连接，所述曲面板402上立体打孔成型气泡型筛滤系统403，这种设置可以分解水流，削弱水流冲击强度、紊流强度，防止鱼体式墩体2正面出现混凝土冲刷破坏、钢筋裸露，提高了鱼体式墩体2的耐久性，所述缓冲连接系统401包括螺旋轴40101、紧固螺栓40102、弧形转接管40103、缓冲弹簧管装置40104，缓冲弹簧管装置40104通过螺旋轴40101扭紧固定于曲面板402，这种设置通过缓冲弹簧管水平向伸缩震动缓冲可减少高速水流及漂浮物带来的冲击破坏，延长了墩体的使用寿命，所述弧形转接管40103与缓冲弹簧管装置40104通过螺旋轴40101扭紧固定，且弧形转接管40103通过紧固螺栓40102固定于固定槽304内，所述椭圆弧形孔状结构导流板6包括固定螺栓601、螺栓限位孔602、过水孔603、椭圆弧形导流板604，螺栓限位孔602为固定螺栓601的限位装置，椭圆弧形导流板604通过固定螺栓601固定在矩形柱式墩体1两侧，且椭圆弧形导流板604立体打孔设置过水孔603，椭圆弧形导流板604为工程橡胶材质，椭圆弧形导流板604的厚度为3.0cm，在水位较高、潮汐起伏大、长期或间歇淹没矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2顶部的水域使用时，矩形柱式墩体1两侧上下各设置2层椭圆弧形导流板，这种设置可以减少上下两部分下降水流的冲击影响，尤其是可以大大降低上部下降水流和下部下降水流叠加作用的危害，并且能抵抗冲击矩形柱式墩体1侧面的河底滚石与水面漂浮物，有效保护矩形柱式墩体1。

工作流程：在水位较高、潮汐起伏大、长期或间歇淹没矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2顶部的水域使用时，矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2浇筑时预埋金属紧固装置5，并预留宽度为5cm、深度为2cm的w型导流槽，w型导流槽的设置引导了局部水流流动，通过卡钳夹卡住固定槽304将半球型抗冲刷装置3螺旋扭紧在矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2上，且半球型抗冲刷装置3和矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2之间添加1.0cm厚的橡胶垫圈303，螺旋拧紧至橡胶垫圈303边缘溢出、充分填充半球型抗冲刷装置3和矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2之间的空隙，半球型抗冲刷装置3的安装能改变矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2的边界紊流形态、增加墩体表面粗糙度，减少局部冲刷，起到较好的被动防冲刷作用，然后用螺丝刀将组装好的孔状曲面结构板4拧固在半球型抗冲刷装置3的固定槽304内，缓冲连接系统401的安装高度可根据实际需求调整，孔状曲面结构板4安装后能分解正面冲击水流，削弱水流冲击强度、紊流强度，防止墩体正面出现混凝土冲刷破碎，提高了墩体的耐久性，并且缓冲连接系统401在水流作用下发生水平向伸缩震动缓冲高速水流及漂浮物带来的冲击，水流先通过孔状曲面结构板4再接触鱼体式墩体2，延长了墩体的使用寿命，待水位较低时在矩形柱式墩体1两侧分别由下向上安装2层3.0cm厚的椭圆弧形孔状结构导流板6，椭圆弧形孔状结构导流板6之间的距离一般为10.0cm或根据实际安装调整至合适间距，下降水流通过椭圆弧形孔状结构导流板6后动能会有效减小，从而减少了矩形柱式墩体1底部附近的河床冲刷，保证了墩体结构与河床的良好接触，从而增强了墩体结构的稳定性。

实施例2：

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：

一种紊流被动控制局部防冲刷承重结构墩，一种紊流被动控制局部防冲刷承重结构墩，包括矩形柱式墩体1，鱼体式墩体2，金属紧固装置5，w型导流槽7，矩形柱式墩体1两侧分别设有4条w型导流槽7，矩形柱式墩体1和鱼体式墩体2表面“梅花型”排布安装半球型抗冲刷装置3，且半球型抗冲刷装置3和矩形柱式墩体1及鱼体式墩体2固定连接，这种设置能减小水流紊动动能，减少矩形柱式墩体1和鱼体式墩体2周围出现涡流，有效避免了矩形柱式墩体1和鱼体式墩体2的局部冲刷，且设置半球型抗冲刷装置3可以抵抗水流中杂物的碰撞，避免了水流中杂物对矩形柱式墩体1和鱼体式墩体2的直接接触撞击，鱼体式墩体2仿生鱼体形态能减少黏性压差阻力，且两端鱼体式墩体2产生的流动分离很小或不分离，有效减少局部冲刷和负压破坏，延长了鱼体式墩体2的使用寿命，半球型抗冲刷装置3包括半球型混凝土预制件301、金属紧固螺栓302、橡胶垫圈303、固定槽304，所述金属紧固螺栓302和金属紧固装置5螺旋连接，所述橡胶垫圈303分别位于半球型抗冲刷装置3和矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2之间，且橡胶垫圈303的厚度为1.0cm，设置这种具有柔性、贴合性的缓冲橡胶材质垫圈增强了半球型抗冲刷装置3和矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2之间的密封性，很好地保护了矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2不受到半球型抗冲刷装置3的影响，且方便后期拆装维护，所述半球型混凝土预制件301对称设置两个内凹的固定槽304，且半球型混凝土预制件301浇筑时预埋金属紧固螺栓302，所述孔状结构曲面板4包括缓冲连接系统401、曲面板402、气泡型筛滤系统403，孔状曲面结构板4通过缓冲连接系统401和半球型抗冲刷装置3进行固定连接，所述曲面板402上立体打孔成型气泡型筛滤系统403，这种设置可以分解水流，削弱水流冲击强度、紊流强度，防止鱼体式墩体2正面出现混凝土冲刷破坏、钢筋裸露，提高了鱼体式墩体2的耐久性，所述缓冲连接系统401包括螺旋轴40101、紧固螺栓40102、弧形转接管40103、缓冲弹簧管装置40104，缓冲弹簧管装置40104通过螺旋轴40101扭紧固定于曲面板402，这种设置通过缓冲弹簧管水平向伸缩震动缓冲可减少高速水流及漂浮物带来的冲击破坏，延长了墩体的使用寿命，所述弧形转接管40103与缓冲弹簧管装置40104通过螺旋轴40101扭紧固定，且弧形转接管40103通过紧固螺栓40102固定于固定槽304内，所述椭圆弧形孔状结构导流板6包括固定螺栓601、螺栓限位孔602、过水孔603、椭圆弧形导流板604，螺栓限位孔602为固定螺栓601的限位装置，椭圆弧形导流板604通过固定螺栓601固定在矩形柱式墩体1两侧，且椭圆弧形导流板604立体打孔设置过水孔603，椭圆弧形导流板604为工程橡胶材质，椭圆弧形导流板604的厚度为3.0cm，在水流湍急，但矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2顶部不被淹没的水域使用时，矩形柱式墩体1两侧下部各设置2层椭圆弧形导流板，这种设置可以减少矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2侧面下降水流对河床的冲击影响，尤其是可以大大降低下部下降水流作用的危害，并且能抵抗冲击矩形柱式墩体1侧面的河底滚石，有效保护矩形柱式墩体1。

工作流程：在水流湍急，但矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2顶部不被淹没的水域使用时，矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2浇筑时预埋金属紧固装置5，并预留宽度为5cm、深度为2cm的w型导流槽，w型导流槽的设置引导了局部水流流动，通过卡钳夹卡住固定槽304将半球型抗冲刷装置3螺旋扭紧在矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2上，且半球型抗冲刷装置3和矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2之间添加1.0cm厚的橡胶垫圈303，螺旋拧紧至橡胶垫圈303边缘溢出、充分填充半球型抗冲刷装置3和矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2之间的空隙，半球型抗冲刷装置3的安装能改变矩形柱式墩体1与鱼体式墩体2的边界紊流形态、增加墩体表面粗糙度，减少局部冲刷，起到较好的被动防冲刷作用，然后用螺丝刀将组装好的孔状曲面结构板4拧固在半球型抗冲刷装置3的固定槽304内，缓冲连接系统401的安装高度可根据实际需求调整，孔状曲面结构板4安装后能分解正面冲击水流，削弱水流冲击强度、紊流强度，防止墩体正面出现混凝土冲刷破碎，提高了墩体的耐久性，并且缓冲连接系统401在水流作用下发生水平向伸缩震动缓冲高速水流及漂浮物带来的冲击，水流先通过孔状曲面结构板4再接触鱼体式墩体2，延长了墩体的使用寿命，待水位较低时在矩形柱式墩体1两侧下部安装2层3.0cm厚的椭圆弧形孔状结构导流板6，椭圆弧形孔状结构导流板6之间的距离一般为10.0cm或根据实际安装调整至合适间距，下降水流通过椭圆弧形孔状结构导流板6后动能会有效减小，从而减少了矩形柱式墩体1底部附近的河床冲刷，保证了墩体结构与河床的良好接触，从而增强了墩体结构的稳定性。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。