一种复合型桥墩防冲施工方法与流程

本发明涉及桥墩防护工程领域，更具体地说它是一种复合型桥墩防冲施工方法，主要适用于洪水、堰塞湖溃坝、水电站泄洪等大流量、高流速水流长期冲刷的桥墩防护。

背景技术：

随着我国筑桥技术的飞速发展，越来越多的公路桥梁、铁路桥梁跨越大江大河。矗立在河道中的桥墩束窄了河床，致使桥墩附近的水流行进流速增大，大流速水流与桥墩相互作用形成墩前向下水流、墩周马蹄形漩涡和墩后尾流漩涡，对桥墩造成不同程度的冲刷。

为减缓河道水流对桥墩的冲刷破坏，需对桥墩采取一定的防护措施，以提高桥墩基础的长期稳定性。桥墩防护大致可分为两类：主动防护和被动防护，其中主动防护旨在减小冲刷水流的原动力，如墩前牺牲桩、护圈、环翼式桥墩、护壳、桥墩开缝和下游石板等；被动防护旨在提高墩周土体的抗冲刷能力，如抛石、部分抛石灌浆、扩大桥墩基础和四面体透水框架群等。对于洪水、堰塞湖溃坝和水电站泄洪等大流量、高流速水流的长期冲刷，目前的桥墩防护方法还存在以下问题：

(1)传统桥墩防护措施单一，缺乏系统的多重防护措施，在大流量、高流速水流的长期冲刷下，单一防护措施容易失效。

大流量、高流速水流自身携带的能量大，携带泥沙输运的能力强，在河道束窄的桥墩附近，水流表现出更强的冲刷破坏性。传统桥墩防护措施单一，缺乏系统的多重防护措施，如工程中仅采用抛石防护，在高速水流和漩涡的作用下，单一防护措施容易失效，桥墩周围的泥沙在高速水流、漩涡的携带下不断向下游输运，形成冲刷坑，容易造成桥墩基础和承台的冲刷破坏，威胁桥梁的长期安全运行。

(2)在桥墩防护工程中，为节省工程投资，常采用单一防护措施，对于大流量、高流速的水流长期冲刷，现有桥墩防护的保证率低，后期运行维护费用高。

为节省工程投资，以往桥墩防护常采用单一防护措施，在大流量、高流速水流的长期冲刷下，这种单一防护措施的保证率低，后期运行维护费用高(经常需要维护)。

因此，开发一种适用于大流量、高流速水流冲刷，且防护效果好，维护费用低的桥墩防冲施工方法很有必要。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种复合型桥墩防冲施工方法，采用先消能、再引导、后防护的综合防护措施，在系统的多重防护措施下，桥墩的防护效果能够得到保证，后期基本上不需要维护，多重防护措施总体比单一防护措施的费用低，适用于大流量、高流速水流对桥墩的长期冲刷，施工简便，防护效果好；克服了现有桥墩防护主要采用墩前牺牲桩、抛石等单一防护措施，但在大流量、高流速水流的长期冲刷下，这种单一防护措施容易失效，后期运行维护费用高的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种复合型桥墩防冲施工方法，其特征在于：采用复合型桥墩防冲结构；

具体施工方法，包括如下步骤，

步骤一：墩前高低消力坎施工；

采用水下混凝土浇筑高低消力坎；消力坎顺水流方向的长度为50cm，垂直水流方向的长度为30cm，高消力坎深1.0m，低消力坎深0.5m；

高低消力坎在平面上间隔布置，共布置三排，同一排两消力坎间隔50cm，顺水流方向两消力坎间隔20cm；

步骤二：墩前水流异形引导坝施工；

墩前水流异形引导坝分三支，其中主支顺水流方向，第一分支与第二分支沿水流两侧呈对称布置，各分支间的夹角均为120°；主支长3.0m，两分支长2.0m，宽度均为0.4m，端头与半圆柱墩连接，异形引导坝的基础深入局部冲刷线以下2.0m；

步骤三：墩周流线型脚槽施工；

墩周流线型脚槽沿桥墩轴线对称布置，型式为八边形，将桥墩的基础和承台包裹在内；流线型脚槽内侧的八边形顺水流方向的长边的长度均为1.1m，垂直水流方向的宽边的宽度均为0.5m，相邻的长边和宽边通过0.95m的斜边连接；

流线型脚槽采用水下混凝土浇筑，浇筑厚度为0.4m，并深入局部冲刷线以下2.0m；

同时在流线型脚槽顶部浇筑混凝土，厚度0.4m。

在上述技术方案中，所述复合型桥墩防冲结构包括高低消力坎、异形引导坝和流线型脚槽；

高低消力坎设置在桥墩前方；异形引导坝设置在河道中；流线型脚槽设置在桥墩外周。

在上述技术方案中，高低消力坎为混凝土矩形墩；

高低消力坎在平面上呈间隔布置；高低消力坎包括三排消力坎，分别为第一排消力坎、第二排消力坎和第三排消力坎；其中第一排消力坎、第三排消力坎为高消力坎，第二排消力坎为低消力坎。

在上述技术方案中，半圆柱墩的半径为0.2m。

本发明所述的新型桥墩防护结构，基于先消能、再引导、后防护的新型防护理念，适用于洪水、堰塞湖溃坝和水电站泄洪等大流量、高流速水流对桥墩的长期冲刷防护；本发明所述的新型桥墩防护结构具有以下突出优点：

(1)本发明所述的新型桥墩防护结构采用墩前高低消力坎、墩前水流异形引导坝和墩周流线型脚槽的多重防护措施，桥墩防护的保证率大大提高。

本发明所述的新型桥墩防护结构突破了传统的单一防护措施，在系统的多重防护措施下，即墩前高低消力坎消减来流能量，墩前水流异形引导坝将来流引至桥墩两侧，墩周流线型脚槽对桥墩的顶部和四周进行封闭保护，桥墩防护的保证率大大提高，运行期基本上不需要维护；

(2)在大流量、高流速水流的长期冲刷下，新型桥墩防护结构从根本上解决了传统单一防护结构桥墩反复冲、反复修的不利局面，总体上比单一防护结构的费用低。

现有单一防护结构保证率低，在大流量、高流速水流的长期冲刷下容易失效，常出现桥墩反复冲、反复修的不利局面，需要投入额外的人员和施工设备进行维护，后期运行维护费用高。本发明所述新型桥墩防护结构总体上比单一防护结构的费用低，且桥墩的防护能够得到保证，运行期基本上不需要维护，桥墩能够长期安全运行。

附图说明

图1为本发明所述新型桥墩防护装置结构示意图。

图2为本发明中的墩前高低消力坎平面布置图。

图3为图2的a-a剖面图。

图4为本发明中的墩前水流异形引导坝平面布置图。

图5为图4的b-b剖面图。

图6为本发明中的墩周流线型脚槽平面布置图。

图7为图6的c-c剖面图。

图1中的a表示流入高低消力坎的水流方向；b表示经异形引导坝分流的水流方向；c表示经过流线型脚槽的水流方向。

图5中的d表示局部冲刷线。

图7中的e表示局部冲刷线。

图中1-高低消力坎，1.1-第一排消力坎，1.2-第二排消力坎，1.3-第三排消力坎，2-异形引导坝，2.1-主支，2.2-第一分支，2.3-第二分支，3-流线型脚槽，4-桥墩，5-半圆柱墩。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种复合型桥墩防冲施工方法，采用复合型桥墩防冲结构；

具体施工方法，包括如下步骤，

步骤一：墩前高低消力坎1施工；

采用水下混凝土浇筑高低消力坎1，不需要设置围堰临时挡水，墩前高低消力坎1的施工方法(水下混凝土)为现有技术；消力坎顺水流方向的长度为50cm，垂直水流方向的长度为30cm，高消力坎深1.0m，低消力坎深0.5m(如图2、图3所示)；

高低消力坎1在平面上间隔布置，共布置三排，其中第一、三排为高消力坎，第二排为低消力坎，同一排两消力坎间隔50cm，顺水流方向两消力坎间隔20cm；

步骤二：墩前水流异形引导坝2施工；

墩前水流异形引导坝2施工方法(水下混凝土)为现有技术；墩前水流异形引导坝2分三支，其中主支2.1顺水流方向，第一分支2.2与第二分支2.3支沿水流两侧呈对称布置，主支2.1、第一分支2.2与第二分支2.3之间的夹角均为120°(如图4、图5所示)；主支2.1长3.0m，两分支长2.0m，宽度均为0.4m，端头与半圆柱墩5连接(如图4所示)，以平顺水流；异形引导坝2的基础深入局部冲刷线以下2.0m(如图5所示)，以保证引导坝自身的稳定；

步骤三：墩周流线型脚槽3施工；

墩周流线型脚槽3施工方法(水下混凝土)为现有技术；墩周流线型脚槽3沿桥墩4轴线对称布置，型式为八边形，将桥墩的基础和承台包裹在内(如图6、图7所示)；流线型脚槽3内侧的八边形顺水流方向的长度均为1.1m，垂直水流方向的宽度均为0.5m，两者通过0.95m的斜边连接；流线型脚槽3采用水下混凝土浇筑，厚度0.4m，并深入局部冲刷线以下2.0m(如图7所示)，以保证脚槽自身的稳定；同时在流线型脚槽3顶部浇筑混凝土，厚度0.4m，对桥墩4的四周和顶部进行封闭保护；实际实施过程中，根据桥墩的尺寸，来流量的大小以及河道的宽度等情况，本发明中的各尺寸可根据实际情况进行适当调整。

进一步地，所述复合型桥墩防冲结构包括高低消力坎1、异形引导坝2和流线型脚槽3；

高低消力坎1设置在桥墩前方；在墩前设置高低消力坎1，以充分消减来流的能量；

异形引导坝2设置在河道中，将来流引至桥墩两侧；

流线型脚槽3设置在桥墩4周围，进一步阻止水流对桥墩的冲刷；流线型脚槽3顶部浇筑混凝土(如图1所示)，流线型脚槽3采用混凝土浇筑，底部伸入桥墩的局部冲刷线以下，对桥墩的顶部和四周进行封闭保护。

进一步地，流线型脚槽3的外观型式为流线型，对水流的干扰小，不会恶化水流的流态。

进一步地，流线型脚槽3沿桥墩4轴线对称布置，型式为八边形；流线型脚槽3设置在桥墩4的基础和承台外周(如图1、图6所示)，将桥墩的基础和承台包裹在内，进一步阻止经过墩前高低消力坎1、异形引导坝2的水流对桥墩的冲刷。

进一步地，高低消力坎1为混凝土矩形墩；

高低消力坎1在平面上呈间隔布置；高低消力坎1包括三排消力坎，其中第一排消力坎1.1、第三排消力坎1.3为高消力坎，第二排消力坎1.2为低消力坎(如图1、图2、图3所示)；大流量、高流速水流自身携带的能量大，通过在墩前设置高低消力坎1，可以充分消减来流的能量；一方面，水流与高低消力坎1发生剧烈碰撞(水流由层流变成紊流)，可以降低来流的行进流速；另一方面，高速水流携带的块石、鹅卵石等被高低消力坎1拦截下来，不能继续往下游运移，避免了这些块石、鹅卵石等对下游桥墩的直接撞击，对固体物起到很好的过滤作用。

进一步地，水流异形引导坝2分三支，即异形引导坝2包括主支2.1、第一分支2.2和第二分支2.3；

其中主支2.1沿顺水流方向布置，第一分支2.2和第二分支2.3分别沿水流两侧呈对称布置，主支2.1与第一分支2.2和第二分支2.3之间的夹角均为120°(如图1、图4所示)；大流量、高流速水流经过第一道防护措施后，能量得到消减，但水流对桥墩仍有冲刷；在河道中设置引导坝，采用异形结构将水流平顺地引导至桥墩两侧，通过改变水流的流向，避免了水流与桥墩的直接作用，可以减弱墩前向下水流、墩周马蹄形漩涡和墩后尾流漩涡，进而可以在很大程度上减缓水流对桥墩的冲刷和对墩周泥沙的输运。

进一步地，半圆柱墩的半径为0.2m。

为了能够更加清楚地说明本发明所述的复合型桥墩防冲施工方法与现有技术相比所具有的优点，对这两种技术方案进行对比，其对比结果如下表：

由上表可知，本发明所述的复合型桥墩防冲施工方法与现有技术相比，桥墩防护的保证率高，适用范围广，运行期基本上不需要维护，且费用总体偏低。

实施例

现以本发明应用于某项目桥墩防护为实施例对本发明进行详细说明，对本发明应用于其它项目的桥墩防护同样具有指导作用。

本实施例所述的桥墩防护在墩前设置高低消力坎1，以充分消减来流的能量，然后在河道中设置异形引导坝，将来流引至桥墩两侧，最后在墩周设置流线型脚槽3，进一步阻止水流对桥墩的冲刷，采用先消能、再引导、后防护的防护方式，能够适用大流量、高流速水流对桥墩的长期冲刷。

本实施例所述的桥墩防护施工方法，包括如下步骤：

(1)墩前高低消力坎施工：墩前高低消力坎1为混凝土矩形墩，采用水下混凝土浇筑，不需要设置围堰临时挡水。消力坎顺水流方向的长度为50cm，垂直水流方向的长度为30cm，高消力坎深1.0m，低消力坎深0.5m(如图2、图3所示)。高低消力坎1在平面上间隔布置，共布置三排，三排高低消力坎1之间的总长度为1.9m，其中第一、三排为高消力坎，第二排为低消力坎，同一排两消力坎间隔50cm，顺水流方向两消力坎间隔20cm；

(2)墩前水流异形引导坝施工：墩前水流异形引导坝2分三支，其中主支顺水流方向，两分支沿水流两侧呈对称布置，各分支间的夹角均为120°(附图4、5)。主支长3.0m，两分支长2.0m，宽度均为0.4m，端头与半径0.2m的半圆柱墩5连接，以平顺水流；异形引导坝的基础深入局部冲刷线以下2.0m，以保证引导坝自身的稳定；

(3)墩周流线型脚槽施工：墩周流线型脚槽3沿桥墩轴线对称布置，型式为八边形，将桥墩的基础和承台包裹在内(如图6、图7所示)。脚槽内侧的八边形顺水流方向的长边的长度均为1.1m，垂直水流方向的宽边的宽度均为0.5m，两者通过0.95m的斜边连接。斜边与长边的之间的夹角为150°，斜边与宽边之间的夹角为120°。脚槽采用水下混凝土浇筑，厚度0.4m，并深入局部冲刷线以下2.0m，以保证脚槽自身的稳定。同时在脚槽顶部浇筑混凝土，厚度0.4m，对桥墩的四周和顶部进行封闭保护。

结论：本实施例采用墩前高低消力坎、墩前水流异形引导坝和墩周流线型脚槽的多重防护措施，桥墩防护的保证率大大提高，桥墩能够长期安全运行，运行期基本上不需要维护，节省后期运行的维护费用。

其它未说明的部分均属于现有技术。