專利名稱：近海樁基沖刷防護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種近海樁基沖刷防護(hù)裝置，屬固定建
筑物技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本發(fā)明所說近海樁基主要是橋梁、碼頭或棧道等的作為
支撐而打入海床的橋墩或柱樁的基礎(chǔ)部位。樁周圍的流場結(jié)構(gòu)主要包括樁前 水面涌波、迎水面向下水流和尺度很大的旋渦。旋渦是一個復(fù)雜的綜合水流 結(jié)構(gòu)，它包括迎水面向下水流、兩側(cè)繞流在床面附近形成的馬蹄渦和兩側(cè)邊界 層分離形成的尾流旋渦在樁兩側(cè)和樁臺后由床面附近釋放的小旋渦。旋渦中 心負(fù)壓將吸起床面泥沙帶往下游，伴隨旋渦的產(chǎn)生，床面靜止的泥沙表現(xiàn)出陣 發(fā)性隨機(jī)運(yùn)動狀態(tài)，并在樁下游兩側(cè)旋渦相匯，從而形成纟艮長的沙脊。迎水面 兩側(cè)附近繞流流速最大，對海床作用最強(qiáng)，當(dāng)這里的流速達(dá)到泥沙起動速度時: 泥沙就開始向下移動，導(dǎo)致柱樁局部沖刷。為保護(hù)水上建筑物就要對樁基采取 沖刷防護(hù)措施?，F(xiàn)有沖刷防護(hù)方法主要有傳統(tǒng)的拋石法、擴(kuò)大基礎(chǔ)防護(hù)、護(hù) 圈防護(hù)、樁體開縫防護(hù)、樁前排樁防護(hù)和淹沒檻防護(hù)等方法。拋石法需大量
石材，適于可以就地取材，且水深水大，易于拋投的工程；擴(kuò)大基礎(chǔ)防護(hù)方 法需在河床底部干枯或采用特殊施工方法營造出作業(yè)環(huán)境后才可施工；護(hù)圈 防護(hù)的效果與放置高度、護(hù)圏的尺寸和護(hù)圈的形式有關(guān)，設(shè)定后不易調(diào)節(jié)， 且對動床沖刷效果不理想；開縫防護(hù)、樁前排樁防護(hù)和淹沒檻防護(hù)受水流流 向限制，在海洋中難以實(shí)施；上述各種沖刷防護(hù)方法主要適于河流中樁墩的 沖刷防護(hù)，且費(fèi)力、費(fèi)時、材料用量大，且在近海環(huán)境下防護(hù)效果不明顯
發(fā)明內(nèi)容
針對上述不足，本發(fā)明就是要解決各種現(xiàn)有防護(hù)裝置不 能應(yīng)用在流場復(fù)雜的海洋中的技術(shù)問題，設(shè)計一種新的近海樁基沖刷防護(hù)裝 置。
本發(fā)明提供的近海樁基沖刷防護(hù)裝置，有套在樁外的盤狀的護(hù)圈，所說 護(hù)圈固定在一可套在樁外的護(hù)筒上，所說護(hù)筒的四周壁面上開有孔，所說裝 置不與樁固定。
本發(fā)明提供的近海樁基沖刷防護(hù)裝置，護(hù)圈可以阻擋和消殺下降水流，
3以減小馬蹄形旋渦強(qiáng)度，而護(hù)筒上的鏤空結(jié)構(gòu)產(chǎn)生消波作用，對減少沖刷深 度有良好的效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明裝置不與樁固定則總是與床面有 大致固定的高度，還因護(hù)筒四周壁上都開有孔則不論水流方向如何都能起到 消波作用，且安裝方便。
現(xiàn)有技術(shù)中單純加護(hù)圈，則按以往的文獻(xiàn)公開的結(jié)果為護(hù)圏距底床的高 度與樁徑比越小，對樁周的影響越明顯。而本發(fā)明中筒高與樁徑比越小防護(hù)
效果越明顯，以采用K-s雙方程湍流模型的有限容積法，并假設(shè)整個流場為 穩(wěn)態(tài)，方程的離散采用一階迎風(fēng)格式對本發(fā)明進(jìn)行分析，筒高與樁徑比越小 對樁柱迎水面的向下水流的減少，對兩側(cè)繞流在床面附近形成的馬蹄渦的減 小，對樁柱兩側(cè)邊界層分離形成的尾流旋渦的變小越明顯。
所說護(hù)筒的高度與所防護(hù)的樁的直徑(本說明書中除明確指定外，所說 樁徑均指樁的當(dāng)量直徑)之比為1 : 1~2.5，同樣樁徑條件下，護(hù)筒高加大有 利于降低樁周的沖刷，而且護(hù)筒越高，成本越大。因此合理的護(hù)筒高可以有 一個比較平衡的樁周沖刷防護(hù)效果和合理的成本，最好為1 : 1.5。
所說護(hù)筒的直徑與樁徑的比是1.2-1.4 : 1,護(hù)筒內(nèi)安裝有與樁柱截面形狀 相似且有微小間隙的定位圏，使護(hù)筒壁與樁柱面之間有均勻的間隙即保證護(hù) 筒壁與樁柱面的距離在設(shè)計范圍內(nèi)。
所說護(hù)筒上的孔為圓孔和/或楔形孔，孔沿筒周均布，開孔率為10%~40%, 其中所說楔形孔是縱向開的上端比下端窄的長條孔。開孔率較高時，底床處 的向下流越小，但過高影響強(qiáng)度和減少對樁周沖刷的防護(hù)。至于孔形，圓孔 對橋墩迎水面的向下水流作用比較明顯，橋墩兩側(cè)邊界層分離形成的尾流旋 渦變小。楔形孔兩側(cè)繞流在床面附近形成的馬蹄渦也明顯減小。
所說護(hù)筒上的孔為圓孔時，孔徑在100mm 200mm，開孔率為10%~20%， 為楔形孔時，最寬處為筒周長的16等分，開孔率為20%~40%。對于圓孔， 圓孔孔徑越大，基樁迎水面的向下水流越小，兩側(cè)邊界層分離形成的尾流旋 渦越小，圓孔孔徑越小，基樁迎水面的向下水流越大，兩側(cè)邊界層分離形成 的尾流旋渦越大。對于楔形孔，尺寸越大，則兩側(cè)繞流流速越小，尺寸越小， 則兩側(cè)繞流流速越大。
所說護(hù)圈直徑與樁徑之比為2.0-3.5: 1，該比值越大，對向下水流的抑制作用越明顯，但該比值對于群樁基礎(chǔ)則受制于樁間距的大小。
本發(fā)明提供的近海樁基沖刷防護(hù)裝置，在所說護(hù)圈或護(hù)筒上安裝孔壓計，在樁高于最高水位的位置上安裝無線信號發(fā)送器，孔壓計與無線信號發(fā)送器之間有電纜相連接。本發(fā)明安裝所說孔壓計及其壓力信號無線發(fā)送裝置后，在具備沖刷防護(hù)功能同時具有自動預(yù)報沖刷深度的功能。
工程中十分關(guān)注實(shí)際的沖刷深度，特別是樁周的局部沖刷深度，影響到樁基的動力穩(wěn)定性，尚缺乏有效的測量手段。主要方法有地形尺測深、測深桿測深、測深錘測深、多波束回聲探測法及振弦式水深傳感器法。地形尺測深、測深桿測深、測深^綞測深方法對于處在水深流急環(huán)境中的工程，常受到
測量深度的限制；多波束回聲探測儀等現(xiàn)代測深手段，對樁臺外圍區(qū)域效果較好，但對樁基礎(chǔ)范圍內(nèi)的核心區(qū)域，由于基樁的障礙作用，測深往往達(dá)不到預(yù)期效果，當(dāng)承臺澆注完成后，這些方法同樣無法實(shí)施。水深傳感器需在樁基施工時預(yù)先埋設(shè)，傳感器埋于水下，使用壽命受到限制。
本實(shí)用新型采用無線遙感測試技術(shù)，利用安設(shè)于沖刷防護(hù)裝置體上的孔壓傳感器測定實(shí)際水深由于該裝置自由套在樁外，有沖刷則為隨樁基床面的下陷而下沉，從而可以通過孔壓計測得的水深變化確定沖刷深度。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例應(yīng)用時的示意圖，圖中1-無線信號發(fā)送器，2-信號電纜管，3-水面，4-護(hù)圈，5-護(hù)筒，6-護(hù)筒底圈，7-樁周海床，8-樁，9-孔壓計，a-護(hù)筒上圓孔；
圖2為圖1中I區(qū)域;改大圖，圖中2-信號電纜管，4-護(hù)圈，5-護(hù)筒，8-樁，10-定位圈，ll-連接塊，12-支撐塊，a-護(hù)筒上圓孔；
圖3為圖1中A——A處剖視圖，圖中4-護(hù)圈，5-護(hù)筒，8-樁，10-定位圈，11-連接塊，12-支撐塊，a-護(hù)筒上圓孔；
圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例的示意圖，圖中41-護(hù)圈，51-護(hù)筒，b-護(hù)筒上楔孔；
圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例的示意圖，圖中42-護(hù)圈，52-護(hù)筒，102-定位圈，112-連接塊，122-支撐塊，13-連接襻。
具體實(shí)施方式
1、有近海樁基沖刷防護(hù)裝置，如圖1、 2、 3所示，
橋墩(樁)8打入海床7中，有以護(hù)圈4和護(hù)筒5構(gòu)成的防護(hù)裝置套在樁外。樁為圓柱樁，樁徑為1800mm,護(hù)圈外徑為4500mm,護(hù)圈內(nèi)徑為2100mm,護(hù)筒高度為1000mm,護(hù)筒直徑為2400。護(hù)筒上下端內(nèi)用連接塊11安裝定位圏10，有支撐塊12將護(hù)圈與護(hù)筒上端連接。護(hù)筒壁上按軸線為中心16等分開有16列圓孔a，沿筒高布置4排孔，孔徑為100mm。護(hù)筒下端外安裝有底圈以降低護(hù)筒對床面的壓強(qiáng)。在護(hù)筒底圈上對稱地安裝有兩件振弦式孔壓傳感器9，樁上段，高于水面3的位置上安裝兩件無線信號發(fā)送器1，孔壓計分別用信號電纜與無線信號發(fā)送器連接，電纜外有護(hù)套管2保護(hù)不受損傷。
經(jīng)計算，按同樣條件下的底床流速對比，樁前底床流速本例比單獨(dú)護(hù)圈抗沖刷時最大可降低30%。
2、 另有一近海樁基沖刷防護(hù)裝置，如圖4所示，結(jié)構(gòu)與上例同，樁徑為2100mm,護(hù)圈41外徑為4500mm,護(hù)圈內(nèi)徑為2100mm，護(hù)筒51高度為1000mm，護(hù)筒直徑為2400mm。護(hù)筒上孔為楔形孔b， 4安軸線為中心8等分縱向開在壁面上，每處一個，楔形高700mm，下寬為筒周長的16等分，上寬為下寬的一半。
3、 本例是用于樁上建筑已經(jīng)安裝的情況下的近海樁基沖刷防護(hù)裝置，以如上兩例縱向分成兩部分的結(jié)構(gòu)形式，在分割處安裝有連接襻13。本例是以徑線為分割線的，有對稱的兩片半環(huán)護(hù)圈42、兩片半柱護(hù)筒52，兩條半環(huán)定位圈102用連接塊112和支撐塊122裝配成兩個半邊的防護(hù)裝置。安裝時用連接襻將兩者連4妻為一體。其中樁徑為1800mm,定位圈內(nèi)徑為2100mm，護(hù)圏外徑為4500mm，護(hù)圈內(nèi)徑為2100mm,護(hù)筒高度為1000mm,護(hù)筒直徑為2400mm。護(hù)筒壁上均布直徑為200mm的圓孔，開孔率達(dá)到11%。
4、 同上例，但其中開孔為4列楔形孔和8列圓孔按中心軸對稱分布，總開孔率為35%。
權(quán)利要求
1、一種近海樁基沖刷防護(hù)裝置，有套在樁外的盤狀的護(hù)圈，其特征是所說護(hù)圈固定在一可套在樁外的護(hù)筒上，所說護(hù)筒的四周壁面上開有孔，所說裝置不與樁固定。
2、 如權(quán)利要求l所述的近海樁基沖刷防護(hù)裝置，其特征是所說護(hù)圈直徑 與樁徑之比為2.0 3.5: 1。
3、 如權(quán)利要求1所述的近海樁基沖刷防護(hù)裝置，其特征是所說護(hù)筒的高 度與所防護(hù)的樁的直徑之比為1 : 1~2.5。
4、 如權(quán)利要求1所述的近海樁基沖刷防護(hù)裝置，其特征是所說護(hù)筒的高 度與所防護(hù)的樁的直徑之比為1 : 1.5。
5、 如權(quán)利要求1所述的近海樁基沖刷防護(hù)裝置，其特征是所說護(hù)筒的直 徑與樁徑的比是1.2-1.4 : 1。
6、 如權(quán)利要求1或3或4呀5所述的近海樁基沖刷防護(hù)裝置，其特征是 所說護(hù)筒上的孔為圓孔和/或楔形孔，孔沿筒周均布，開孔率為10% 40%,其 中所說楔形孔是縱向開的上端比下端窄的長條孔。
7、 如權(quán)利要求5所述的近海樁基沖刷防護(hù)裝置，其特征是所說護(hù)筒上的 孔為圓孔時，孔徑在100mm 200mm，開孔率為10%~20%,為楔形孔時，最 寬處為筒周長的16等分開孔率為20%~40%。
8、 如權(quán)利要求5所述的近海樁基沖刷防護(hù)裝置，其特征是在所說護(hù)圏或 護(hù)筒上安裝孔壓計，在樁高于最高水位的位置上安裝無線信號發(fā)送器，孔壓 計與無線信號發(fā)送器之間有電纜相連接。
全文摘要
本發(fā)明提供的近海樁基沖刷防護(hù)裝置，有套在樁外的盤狀的護(hù)圈，所說護(hù)圈固定在一可套在樁外的護(hù)筒上，所說護(hù)筒的四周壁面上開有孔，所說裝置不與樁固定。本發(fā)明提供的近海樁基沖刷防護(hù)裝置，護(hù)圈可以阻擋和消殺下降水流，以減小馬蹄形旋渦強(qiáng)度，而護(hù)筒上的鏤空結(jié)構(gòu)產(chǎn)生消波作用，對減少沖刷深度有良好的效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明裝置不與樁固定則總是與床面有大致固定的高度，還因護(hù)筒四周壁上都開有孔則不論水流方向如何都能起到消波作用，且安裝方便。
文檔編號E02D31/00GK101638900SQ200910100888
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者劉春花, 孫仲健, 曉 張, 強(qiáng) 李, 董海明, 邱建英 申請人:浙江海洋學(xué)院;舟山市大陸連島工程指揮部