[发明专利]一种桥墩或丁坝头部局部冲刷的散粒体防护结构及其施工方法

说明书

本发明公开一种局部冲刷的散粒体防护结构及施工方法，该防护结构主要运用在桥墩及丁坝头部局部冲刷防护方面。对于桥墩局部冲刷防护，该结构为铺设在桥墩周围河床上的圆环形散粒体砂砾层；对于丁坝头部局部冲刷防护，该结构为铺设在丁坝周围河床上的U形环状散粒体砂砾层。砂砾的粒径为当地二十年一遇水流条件下起动泥沙中值粒径的数倍。施工方法如下：1、确定潮流稳定条件下的施工位置。2、在指定河床上从下游到上游依次铺设砂砾，首先在桥墩及丁坝周围0‑6m范围内铺设1.5‑2.5m的砂砾，然后按坡比1:3铺设外围。本发明利用桥墩及丁坝头部局部冲刷机制，在桥墩及丁坝头部冲刷坑未达到平衡时在其周围铺设一定厚度和范围的砂砾层，从而良好的抑制局部冲刷。

技术领域

本发明属于桥墩及丁坝头部防护领域，具体涉及一种桥墩及丁坝头部局部冲刷的散粒体防护结构及其施工方法。

背景技术

大桥桥墩及丁坝头部周围的局部冲刷是一个不可避免的问题。在河流中，桥墩及丁坝的存在将改变其附近的水流结构，使得桥墩及丁坝头部周围湍动加强，在桥墩及丁坝头部周围产生尺度较大的漩涡体系，漩涡的中心形成负压吸起床面的泥沙带入下游，引起桥墩及丁坝头部周围床面的冲刷。历史经验表明，冲刷对结构物的稳定性将造成巨大的威胁。

理论上可以将水流与桥墩的冲刷作用分为三个部分：(1)前进水流漩涡，主要是指前进的水流遇到障碍物产生的漩涡在通过障碍物时，卷动泥沙形成了冲刷坑；(2)下降水流淘底，主要指前进水流撞击桥墩后形成一部分下降水流，对墩底进行淘底；(3)尾流漩涡冲刷，主要指水流绕过障碍物后形成的漩涡，带走了墩后的部分泥沙。

桥墩及丁坝头部局部冲刷过程中，开始阶段冲刷剧烈，冲刷坑发展非常迅速，随着时间的推移，冲刷逐渐减缓，经过一定时间后，冲刷达到平衡，冲刷坑深度基本保持不变。

冲刷坑范围的扩大是由两个作用共同产生的：一是水流作用，泥沙被水流冲刷带走，冲刷坑面积不断扩大；二是冲刷坑边坡上泥沙的失稳塌落，冲刷过程中由于冲刷坑深度不断加大，使得冲刷坑的坡度时而会大于休止角，从而使冲刷坑的边坡不稳定，造成边缘的泥沙塌落，塌落的泥沙或被水流带走，或沉降到坑底，也将导致冲刷坑面积不断扩大。

因此，在桥梁及丁坝设计及施工过程中，必须考虑采用一定的工程防护措施，对桥墩及丁坝头部局部冲刷进行防护。桥梁及丁坝头部的局部冲刷防护措施主要分为两大类，即主动防护措施和被动防护措施。主动防护措施是指减小水流对桥墩及丁坝头部的冲刷能量，即减弱水流冲刷过程中的下冲流和马蹄形漩涡流，例如通过扩大桥墩的基础平面或设护脚等措施以减小水流的冲刷能量。被动防护措施是指通过提高桥墩及丁坝头部附近底床的防冲刷能力，以提高桥墩及丁坝头部底床的抗冲能力，例如在墩基处进行抛石处理或设置抛石灌浆等。本发明采用的散粒体防护结构也是被动防护措施的一种。

但是，传统的桥墩及丁坝头部局部冲刷防护措施具有一定的使用局限性且造价高，施工难度大。例如工程实际中常用的抛石防护，抛石底部的泥沙容易被淘涮，从而引起抛石位置移动，进而削弱防护效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种桥墩及丁坝头部局部冲刷的散粒体防护结构及其施工方法。该防护结构能有效地消减涡流，从而有效地防止涡流引起的局部冲刷、起到有效防护桥墩和丁坝头部局部冲刷的作用，具体技术方案如下：

一种桥墩局部冲刷的散粒体防护结构，其特征在于，该防护结构是铺设在桥墩周围的河床上的圆环形的散粒体砂砾层，所述的散粒体砂砾的粒径为当地二十年一遇水流条件下起动泥沙的中值粒径D的倍，其中D和通过下式求得：