一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置及制作方法

1.本发明属于桥墩安全防护技术领域，具体涉及一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置及制作方法。


背景技术：

2.桥墩的局部冲刷是由于桥墩的阻水作用造成水流对墩周河床的侵蚀淘刷，从而导致墩基础埋深降低，是造成桥梁水毁的主要因素之一。桥梁水毁不仅直接威胁着人民的生命安全，造成巨大的经济损失，而且也严重影响公路和铁路交通。秦泗凤的文献收集了2000至2019年151座桥梁水毁事故情况，揭示了桥梁下部水毁演变过程基本规律。每年洪水汛期导致桥梁水毁的经济损失巨大且不断上升。因此，桥墩局部冲刷防护具有重要的现实意义。
3.桥墩周围水流结构主要包括墩前下潜水流、墩前壅水和墩周漩涡体系。漩涡体系包括冲刷坑边缘形成的马蹄形漩涡和桥墩两侧水流分离引起的尾流漩涡。针对以上水流结构设计冲刷防护措施，申请号为cn113756183a-一种基于水流方向与流速的自适应桥墩冲刷防护装置公开了一种基于水流方向与流速的自适应桥墩冲刷防护装置，通过挡流板的旋转改变桥墩本体附近水平方向和竖直方向水流的流速与流向，削弱水流对桥墩的冲刷与腐蚀。但其结构固定，不能实时调节挡流板距河床底部位置，无法紧密贴合复杂地形，不能随着冲刷坑形态的发展做出实时应对。在冲刷逐渐发展的过程中，其防护效果会大打折扣。这种基于水流方向与流速的自适应桥墩冲刷防护装置有待进一步改进。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置及制作方法，本装置可紧密贴合复杂地形，能够随着冲刷坑形态的发展做出实时应对，无需人工干预且发挥了很好地防冲刷效果。
5.为了达到上述目的，本发明采用如下技术内容：
6.一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置，包括多圈以桥墩为圆心由内到外的圆环结构，且多圈圆环结构的直径由内向外依次增大；
7.所述圆环结构包括多个软式透水管，每2个相邻的软式透水管之间通过多向接头相连；
8.所述软式透水管通过耐腐蚀弹簧与所述多向接头相连接；
9.每相邻的2圈圆环结构通过所述耐腐蚀弹簧相连。
10.进一步地，所述软式透水管的两端分别设有金属套环，所述金属套环通过卡箍与所述软式透水管相固定。
11.进一步地，所述软式透水管与耐腐蚀弹簧之间通过所述金属套环相连。
12.进一步地，所述软式透水管的内部填充有重物，所述重物为碎石、金属块、轮胎或砂砾。
13.进一步地，最外圈与最内圈圆环结构采用的多向接头为三向接头，处于中间圈的
各圆环结构采用的多向接头为四向接头。
14.进一步地，所述耐腐蚀弹簧采用复合弹簧。
15.进一步地，所述软式透水管为弧形结构，所述桥墩直径为所述软式透水管直径的5倍。
16.进一步地，所述软式透水管的横截面为圆形、椭圆形、正方形、矩形或三角形。
17.进一步地，最外圈圆环结构的直径为所述桥墩直径的2-5倍。
18.一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置的制作方法，基于上述一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置，包括如下步骤：
19.以桥墩为圆心，将每2个相邻的软式透水管通过多向接头以及耐腐蚀弹簧相连，构成最内圈圆环结构；重复上述操作，以桥墩为圆心，由内向外依次构成直径逐渐增大的多圈圆环结构，利用耐腐蚀弹簧将每相邻的2圈圆环结构相连。
20.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
21.本发明提供一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置，通过设置了多圈圆环结构，由多个软式透水管通过多向接头以及耐腐蚀弹簧相连形成圆环结构，本装置从控制冲刷水流入手，旨在减小冲刷的原动力，最外圈的圆环结构作为桥墩局部冲刷的第一道防线，当其被水流淘刷随河床一起沉降后，其余圆环结构将依次发挥作用，具有防护效果好。
22.另外，本装置通过采用多向接头和耐腐蚀弹簧，实现了柔性连接，可以独立适应地形变化，随河床一起发生沉降，在流速较大的情况下不会发生位置移动，维护工作少，工程造价低，较传统防护措施更加灵活，防护效果更为显著。
23.再有，本装置施工及维护成本低廉，软式透水管如发生损坏，可单独进行更换，实用性和灵活性强。本发明属于装配式结构，可以根据不同的桥墩直径实现标准化生产，在冲刷发展的各个阶段都能够自动适应地形变化，对桥墩进行实时防护，本装置无需人工干预，结构简单，有很重要的实际应用价值。
24.优选地，本发明采用通过卡箍将金属套环与软式透水管的固定方式，使得本装置的相邻2个软式透水管之间的连接更加稳定。
25.优选地，本发明的软式透水管的内部内部填充有碎石、金属块、轮胎或砂砾等重物，可增加软式透水管的重量，便于软式透水管在重力作用下自适应地形变化，同时起到降低来流强度和改变水流方向的作用。
26.优选地，本发明通过最外圈与最内圈圆环结构采用的多向接头为三向接头，处于中间圈的各圆环结构采用的多向接头为四向接头，便于每相邻的2圈圆环结构的连接，从而提高本装置的防护效果。
27.优选地，本发明的耐腐蚀弹簧采用复合弹簧，复合弹簧有较大的弹性变形，可同时承受多向载荷，易于安装和拆卸，无需润滑，有利于维护；采用复合弹簧在维持结构整体性的同时，还可以抵挡一部分水流冲击力。
28.优选地，本发明采用的软式透水管，其直径为桥墩直径的五分之一，可保证较好的防护效果。
29.优选地，本发明的最外圈圆环结构的直径为桥墩直径的2-5倍，进一步提升了本装置的防护效果。
30.本发明还提供一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置的制作方法，基于上述一种
自适应地形桥墩冲刷防护透水装置，采用本方法可使得上述装置在重力作用下自适应地形变化，在冲刷发展的各个阶段，随河床一起沉降，对桥墩发挥了很好地防冲刷效果，本方法简单易操作，具有良好的推广应用价值。
附图说明
31.图1为本发明实施例提供的一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置的结构示意图；
32.图2为图1中a区域所示的局部放大示意图；
33.图3为本发明实施例提供的复合弹簧的结构示意图；
34.图4为本发明实施例提供的三向接头的结构示意图；
35.图5为本发明实施例提供的四向接头的结构示意图；
36.图6为本发明实施例提供的卡箍的结构示意图；
37.图7为本发明实施例提供的软式透水管的结构示意图。
38.附图标记：
39.1-桥墩，2-软式透水管，3-三向接头，4-四向接头，5-复合弹簧，6-金属套环，7-卡箍。
具体实施方式
40.为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.本发明提供一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置，包括多圈以桥墩1为圆心由内到外的圆环结构，且多圈圆环结构的直径由内向外依次增大；
42.所述圆环结构包括多个软式透水管2，每2个相邻的软式透水管2之间通过多向接头相连；所述软式透水管2通过耐腐蚀弹簧与所述多向接头相连接；每相邻的2圈圆环结构通过所述耐腐蚀弹簧(复合弹簧5)相连。所述软式透水管2的两端分别设有金属套环6，所述金属套环6通过卡箍7与所述软式透水管2相固定。所述软式透水管2与耐腐蚀弹簧(复合弹簧5)之间通过所述金属套环6相连。所述软式透水管2的内部填充有碎石、金属块、轮胎或砂砾等重物。
43.最外圈与最内圈圆环结构采用的多向接头为三向接头3，处于中间圈的各圆环结构采用的多向接头为四向接头4。
44.软式透水管2为弧形结构，所述软式透水管2的横截面可为圆形、椭圆形、正方形、矩形或三角形；所述桥墩1直径为所述软式透水管2直径的5倍(即软式透水管2直径为桥墩1直径的五分之一)，最外圈圆环结构的直径为所述桥墩1直径的2-5倍。
45.本发明还提供一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置的制作方法，基于上述一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置，包括如下步骤：
46.以桥墩1为圆心，将每2个相邻的软式透水管2通过多向接头以及耐腐蚀弹簧相连，构成最内圈圆环结构；重复上述操作，以桥墩1为圆心，由内向外依次构成直径逐渐增大的多圈圆环结构，利用耐腐蚀弹簧将每相邻的2圈圆环结构相连。
47.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
48.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
49.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
50.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
51.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
52.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
54.实施例
55.如图1和图2所示，本实施例提供一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置，包括软式透水管2、三向接头3、四向接头4、复合弹簧5、金属套环6和卡箍7。
56.软式透水管2通过复合弹簧5与多向接头(三向接头3或四向接头4)连接。多向接头(三向接头3或四向接头4)沿圆周方向与软式透水管2连接，沿半径方向彼此连接，在桥墩1周围(以桥墩1为圆心)形成环状。
57.软式透水管2形状为弧形，沿桥墩1同心圆不同半径方向布置，且沿圆弧方向间隔相同角度布置，形成环状结构。三向接头3布置在同心圆(即圆环结构)的最内圈和最外圈，中间圈的圆环结构则布置四向接头4。多向接头(三向接头3或四向接头4)沿半径和圆弧方向与软式透水管2间隔相同角度交错布置。复合弹簧5在桥墩1周围沿圆弧方向连接多向接头(三向接头3或四向接头4)与软式透水管2，沿半径方向连接三向接头3和四向接头4，形成整体结构。
58.这里，软式透水管2的横截面形式不局限于圆形，可根据实际情况另外选择椭圆形、正方形、矩形、三角形或其他多边形等，但不限于此。
59.本实施例提供的一种自适应地形桥墩冲刷防护透水装置的具体使用方法如下：
60.使用时，软式透水管2设置为横截面为圆形的弧形结构，在连接形成最内圈与最外圈时，将软式透水管2与三向接头3分别呈间隔45
°
交错放置，采用卡箍7将金属套环6固定在软式透水管2两端，再用复合弹簧5分别连接软式透水管2与三向接头3两侧的金属套环6，形成闭合圆环(最内圈圆环结构)。中间各圈连接时则使用四向接头4，并且用复合弹簧5沿桥墩1同心圆不同半径方向将多向接头彼此连接，形成整体结构。软式透水管2内部填充重物(可填充碎石、金属块、废旧轮胎、砂砾等)增加其重量，便于软式透水管2在重力作用下自适应地形变化，同时起到降低来流强度和改变水流方向的作用。
61.软式透水管2的弧长由内圈向外圈不断递增，其具体弧长由桥墩1直径决定。圈数即防护范围为2至5倍桥墩直径为宜，也就是说，最外圈圆环结构的直径为桥墩直径的2至5倍为宜；软式透水管2直径为桥墩1直径的1/5为宜。
62.软式透水管2具有很好的全方位透水功能，在阻挡来流的同时，也允许一部分水流通过孔隙穿过，而泥砂杂质被阻挡在管外，使得水流对软式透水管2的荷载作用相对于传统的抛石防护大大减小，对基础的强度和稳定性要求也相对于抛石防护要更低，软式透水管2内填充重物，使其内部的结构形式复杂，流动路径更加曲折，扰流效果更强，对桥墩1周围的来流和下潜流有一定的缓冲作用，从而削弱来流强度，减小水流对河床的冲击作用，同时保护河床泥沙不被冲走。复合弹簧5有较大的弹性变形，可同时承受多向载荷，易于安装和拆卸，无需润滑，有利于维护。在维持结构整体性的同时，还可以抵挡一部分水流冲击力。
63.同时，本实施例采用的结构设计能够在软式透水管2和桥墩1之间区域形成的紊流区内扰动水流并降低紊流区水流流速和携砂能力，降低下潜水流的冲刷效果并使水流在上游携带的泥沙在墩前沉积以进一步减少桥墩1的局部冲刷；软式透水管2从控制冲刷水流入手，旨在减小冲刷的原动力，最外圈的软式透水管作为桥墩1局部冲刷的第一道防线，当其被水流淘刷随河床一起沉降后，其余软式透水管将依次发挥作用，防护效果好。
64.特别地，本实施例使用柔性连接，可以独立适应地形变化，随河床一起发生沉降。软式透水管2内部填充重物，在流速较大的情况下不会发生位置移动，维护工作少，工程造价低，从而比传统的防护措施更加灵活，防护效果更为显著。
65.本实施例的结构简单，施工及维护成本低廉，软式透水管2如发生损坏，可单独进行更换，实用性和灵活性强。在冲刷发展的各个阶段都能够自动适应地形变化，对桥墩进行实时防护，无需人工干预，有很重要的实际应用价值。
66.上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。