本實(shí)用新型涉及一種橋墩消能防撞防沖刷設(shè)施，涉及一種山區(qū)斜交橋橋墩防沖刷防撞裝置。

背景技術(shù)：

隨著山區(qū)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，跨越河谷的斜交橋增多。若橋墩等混凝土結(jié)構(gòu)位于主泓線上，阻水面積較大，受到較大的水流沖刷作用，并處于動(dòng)水環(huán)境中，更易被氯離子硫酸根離子的侵蝕和發(fā)生碳化作用，還會(huì)受到攜帶泥沙的山洪磨蝕和來(lái)自上游河流中漂浮物的撞擊，即使采用力學(xué)性能優(yōu)異及低滲水、干縮自收縮小、耐侵蝕耐磨損的高性能水工混凝土仍會(huì)出現(xiàn)混凝土磨蝕，剝落，露筋等破壞，大大縮短橋梁下部結(jié)構(gòu)的使用壽命。因而，提高橋墩結(jié)構(gòu)物抵抗沖刷磨損和撞擊的能力是十分必要的。除了從提高橋墩混凝土自身性能方面考慮外，還可以在外側(cè)增設(shè)外部構(gòu)造物來(lái)增強(qiáng)其使用性能。但是高性能混凝土的研發(fā)費(fèi)用較高。

對(duì)于如山區(qū)跨河流橋墩這樣的水工混凝土結(jié)構(gòu)，為防止水流或洪水沖刷，漂浮物撞擊，橋墩多采用圓形；對(duì)于橋墩混凝土多采用高性能混凝土、纖維增強(qiáng)混凝土、混凝土表面涂層保護(hù)技術(shù)；而對(duì)于橋墩混凝土中的鋼筋，可以采用陰極防護(hù)技術(shù)、鋼筋阻銹劑或環(huán)氧涂層鋼筋等措施；加深樁基礎(chǔ)，防止墩身周圍水流過(guò)量沖刷下切；選橋位選擇時(shí)盡量避免橋墩位于中泓線上，適當(dāng)加深樁基礎(chǔ)，更多的是采用一些結(jié)構(gòu)性設(shè)施，比如鋼箱型防撞裝置、薄壁圓管、加筋板格等。大多采用躲避的方法，而沒(méi)有針對(duì)斜交橋橋墩開發(fā)專門的防護(hù)設(shè)施。

有鑒于上述的缺陷和認(rèn)知，本實(shí)用新型創(chuàng)設(shè)一種防沖刷防撞設(shè)施，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種山區(qū)斜交橋橋墩防沖刷防撞裝置，改變墩身周圍的水流結(jié)構(gòu)狀態(tài)，減少橋墩周圍的沖刷，并降低河中漂浮物對(duì)墩身撞擊的能量，保護(hù)墩身混凝土和減少跨線斜交橋?qū)哟惭葑兊挠绊?，延長(zhǎng)橋梁下部結(jié)構(gòu)的壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

一種山區(qū)斜交橋橋墩防沖刷防撞裝置，包括套裝在橋墩上的格柵式裝置，格柵式裝置與橋墩之間設(shè)置有若干橡膠減震珠，其中，格柵式裝置由兩個(gè)V型結(jié)構(gòu)的裝置相對(duì)設(shè)置構(gòu)成，V型結(jié)構(gòu)的裝置內(nèi)壁與橡膠減震珠之間設(shè)置有若干格柵。

進(jìn)一步的，橋墩上套裝有一個(gè)環(huán)形裝置，若干橡膠減震珠設(shè)置在環(huán)形裝置內(nèi)，格柵式裝置設(shè)置在環(huán)形裝置外側(cè)。

進(jìn)一步的，所述環(huán)形裝置與橋墩之間設(shè)置有一層涂層材料。

進(jìn)一步的，所述橡膠減震珠由內(nèi)層橡膠、外層橡膠以及位于內(nèi)層橡膠與外層橡膠之間的彈簧構(gòu)成。

進(jìn)一步的，格柵式裝置上設(shè)置有與橋墩相垂直的水平橫隔板。

進(jìn)一步的，所述水平橫隔板為長(zhǎng)方形或者圓形。

進(jìn)一步的，所述水平橫隔板設(shè)置在河流上層動(dòng)水和下層靜水分層界面附近。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

(1)本實(shí)用新型的防沖刷防撞設(shè)施結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于水流通過(guò)橋墩而減少河床的泥沙影響，根據(jù)水工試驗(yàn)得知，能減少40％的沖刷。

(2)本實(shí)用新型的防沖刷防撞設(shè)施結(jié)構(gòu)，減少橋墩混凝土表面與水接觸，從而有利于避免磨蝕，化學(xué)侵蝕，碳化等，從而使橋墩混凝土橋墩更加耐用。

(3)本實(shí)用新型的設(shè)施能夠轉(zhuǎn)動(dòng)且內(nèi)部的橡膠減震珠能緩沖消能，避免漂浮物直接撞擊橋墩，從而具有良好的抗撞擊性能，使橋墩更易滿足技術(shù)要求和使用需求。

(4)本實(shí)用新型有利于延長(zhǎng)橋墩的使用壽命，從而降低養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)成本。

本實(shí)用新型的橋墩防沖刷防撞設(shè)施，顯著減少橋墩周圍的沖刷，減少對(duì)河床的擾動(dòng)；避免河中漂浮物直接撞擊橋墩，同時(shí)內(nèi)層樹脂涂層使橋墩混凝土與水隔離，有利于保護(hù)橋墩混凝土，延長(zhǎng)橋墩使用壽命。

進(jìn)一步的，設(shè)置一層涂層材料，保護(hù)內(nèi)部混凝土，并有利于該設(shè)施與橋墩的高效接觸和附著。

附圖說(shuō)明

圖1是橋墩周圍水流形態(tài)圖。

圖2是防沖刷防撞裝置整體俯視圖。

圖3是橡膠減震珠示意圖。

圖4是防沖刷防撞設(shè)施使用時(shí)主視圖。

圖中，1為墩前表面雍水，2為向下水流，3為水流，4為河床，5為馬蹄形渦流，6為沖刷坑，7為尾流，8為橋墩；2-1為格柵式裝置，2-2為橡膠減震珠，2-3為涂層材料，2-4為水平橫隔板，2-5為格柵；3-1為內(nèi)層橡膠，3-2為彈簧，3-3為外層橡膠。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參見圖2，本實(shí)用新型包括套裝在橋墩上的格柵式裝置2-1，格柵式裝置2-1由兩個(gè)橫截面呈V型結(jié)構(gòu)的裝置相對(duì)設(shè)置，組成一個(gè)橫截面類似平行四邊形的形狀，橋墩位于格柵式裝置2-1內(nèi)，格柵式裝置2-1與橋墩之間設(shè)置有環(huán)形裝置，環(huán)形裝置內(nèi)設(shè)置有若干橡膠減震珠2-2，環(huán)形裝置與橋墩之間設(shè)置有一層涂層材料2-3，V型結(jié)構(gòu)的裝置內(nèi)壁與環(huán)形裝置之間設(shè)置有若干格柵2-5。格柵式裝置2-1上設(shè)置有與橋墩相垂直的水平橫隔板2-4。

格柵式裝置2-1有厚度，格柵式裝置2-1的幾何外形使水流更易通過(guò)橋墩，并能隨水流轉(zhuǎn)動(dòng)到阻水面積小的位置；且與橡膠減震珠2-2配合，能改變漂浮物的航向，減少橋梁吸收的能量；格柵2-5發(fā)生壓壞變形，也能緩沖體和吸收撞擊的能量。

參見圖3，橡膠減震珠2-2由內(nèi)層橡膠3-1、外層橡膠3-3以及位于內(nèi)、外層橡膠之間的彈簧3-2構(gòu)成；它使格柵式裝置2-1能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，且橡膠減震珠2-2本身彈性變形也能緩沖和消耗撞擊能量。

本實(shí)用新型中的涂層材料2-3用于防止橋墩的沖刷和氯離子侵蝕、碳化，也是一種對(duì)橋墩混凝土的保護(hù)，可以采用樹脂涂層。本實(shí)用新型中的水平橫隔板2-4，不限于所述的長(zhǎng)方形薄板，也可以為圓形薄板。

水平橫隔板2-4能改變墩身周圍的水流形態(tài)，其工作原理如圖4所示：當(dāng)水流3行近橋墩8時(shí)，墩前向下水流2被水平橫隔板2-4隔斷，改變方向逆向流動(dòng)與水流3混合，從而減弱水流3的流速；馬蹄形渦流5也因水平橫隔板2-4擋住向下水流2而減弱，減少了墩前的沖刷；水平橫隔板2-4的存在讓尾流7擺脫橋墩8周圍移向遠(yuǎn)處，將墩后附近的河床4沖刷推移到遠(yuǎn)處，從而減弱橋墩周圍的河床的沖刷。

該裝置直接附著于橋墩上，在考慮橋墩幾何尺寸和墩身周圍的水流形態(tài)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成。

本實(shí)用新型的格柵式裝置質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，自身幾何形態(tài)有利于水流通過(guò)橋墩，其壓壞變形也能緩沖消能，減少?zèng)_撞。橡膠減震珠能夠在環(huán)形裝置中滾動(dòng)，也能夠緩沖消能，且能使格柵式裝置自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在河流上層動(dòng)水和下層靜水分層界面附近設(shè)有水平橫隔板，來(lái)改變墩身附近的水流結(jié)構(gòu)形態(tài)，減少對(duì)河床的沖刷。本實(shí)用新型適用于山區(qū)洪澇災(zāi)害頻繁，位于主泓線附近斜交橋橋墩或?qū)哟惭葑冇绊戄^大的橋墩。

本實(shí)用新型涉及一種功能明確、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不影響橋墩正常使用的橋墩附屬設(shè)施，該防沖刷防撞設(shè)施的工作原理：根據(jù)墩身周圍水流形態(tài)，設(shè)置導(dǎo)流分流設(shè)施，改變水流運(yùn)動(dòng)形態(tài)，有利于水流通過(guò)橋墩，從而減少河中橋墩對(duì)河岸演變的影響，減少?zèng)_刷；該設(shè)施能夠轉(zhuǎn)動(dòng)和內(nèi)部設(shè)有橡膠減震珠，能避免漂流物直接撞擊橋墩，減弱撞擊力。與有關(guān)附屬設(shè)施相比，更實(shí)用且成本低、結(jié)構(gòu)裝配簡(jiǎn)單，后期更換維修十分快捷。

通過(guò)水工模型試驗(yàn)?zāi)M不同墩型、沖刷角度、行進(jìn)流速和流量下的動(dòng)床沖刷和靜床沖刷，對(duì)橋墩周圍水流通過(guò)時(shí)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，得出橋孔的布設(shè)考慮到建橋后橋墩對(duì)河床演變的影響。橋墩周圍的沖刷主要是由于墩前向下水流和墩后尾流引起的，通過(guò)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的改變水流方向和設(shè)置水平橫隔薄板，就能阻斷墩前向下水流，并且能將尾流向外推移，從而消除墩身周圍水流沖刷，用沖刷深度和沖刷范圍等指標(biāo)來(lái)表征，至少能減少40％橋墩周圍河床沖刷。

如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中橋墩8前面存在墩前表面雍水1，墩身周圍的沖刷主要是墩前向下水流2引起的馬蹄形渦流5，不同的墩型和流速對(duì)尾流7范圍影響較大，并會(huì)形成沖刷坑6。特別是橋墩8迫不得已建于河流主泓線上，沖刷范圍和深度更大，對(duì)河床4影響更大。但是現(xiàn)有橋墩為圓柱形，而不采用有利于水流3通過(guò)的異型墩型，是為了更加高效施工。因此，考慮在原有橋墩上附著本實(shí)用新型的防沖刷防撞裝置來(lái)改變墩身周圍的水流形態(tài)，減少?zèng)_刷。根據(jù)水工試驗(yàn)中得到相應(yīng)的沖刷深度、沖刷范圍和對(duì)河床的演變規(guī)律的認(rèn)識(shí)，來(lái)設(shè)置本實(shí)用新型的防沖刷防撞裝置，主要用于山區(qū)斜交橋的橋墩，它通過(guò)自動(dòng)調(diào)整迎流方向，隔斷墩前向下水流、消能吸能等原理，能夠減少40％的橋墩沖刷并能防撞。

采用這種防沖刷與防撞相結(jié)合附著于橋墩上的綜合措施，保證橋墩結(jié)構(gòu)的安全的同時(shí)，保證該防護(hù)設(shè)施自身結(jié)構(gòu)的安全可靠性。在應(yīng)用這種防沖刷防撞設(shè)施時(shí)應(yīng)進(jìn)行必要的材料性能試驗(yàn)。通過(guò)改變V型結(jié)構(gòu)的尺寸、壁厚、V型結(jié)構(gòu)內(nèi)部格柵的幾何布置，其吸收能量的能力會(huì)發(fā)生很大的改變。

在橋墩上附著本實(shí)用新型說(shuō)述的如圖2和圖4所示設(shè)施時(shí)，要明確橋墩在河道中的位置和橋跨布置，根據(jù)橋梁使用功能的重要性，明確橋梁結(jié)構(gòu)整體受力性能的局部損傷情況，來(lái)確保本實(shí)用新型裝置自身的可靠耐用，且經(jīng)濟(jì)成本較低。

本實(shí)用新型可以作為橋墩一體式附加設(shè)施，尤其是附著于橋墩上能顯著隨水流迎流方向轉(zhuǎn)動(dòng)，減少橋墩對(duì)水流的阻力，減少對(duì)動(dòng)床沖刷，并能保護(hù)內(nèi)側(cè)混凝土防止其受水中漂浮物撞擊。

這種橋墩附屬設(shè)施由V型格柵式裝置、橡膠減震珠、樹脂涂層、水平橫隔板等部分構(gòu)成。本實(shí)用新型所述的橋墩防沖刷防撞設(shè)施，主體結(jié)構(gòu)為V型格柵式，自身具有足夠強(qiáng)度的同時(shí)，重量較輕；能隨行進(jìn)水流方向自由轉(zhuǎn)動(dòng)到最小阻水位置，有利于水流通過(guò)；阻擋墩前向下水流，從而有效地減弱馬蹄形渦流和尾流的強(qiáng)度和范圍；該設(shè)施能自由水平轉(zhuǎn)動(dòng)和內(nèi)部有橡膠減震珠，能夠有效減小和轉(zhuǎn)移傳遞到橋墩上的動(dòng)能，從而保護(hù)橋墩結(jié)構(gòu)；該設(shè)施附著于橋墩上，使自身結(jié)構(gòu)具有足夠的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

本實(shí)用新型的橋墩防沖刷防撞設(shè)施，通過(guò)上述一系列結(jié)構(gòu)使之能夠?qū)崿F(xiàn)，進(jìn)而減少橋墩對(duì)河床的影響，減少?zèng)_刷，并能防止漂浮物撞擊，保證墩身自身結(jié)構(gòu)的正常使用和耐久性。

以上所述實(shí)施示例，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型工作原理對(duì)以上實(shí)施例配方所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。