基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置

技术领域

本发明涉及桥墩的冲刷防护兼防撞装置领域。更具体地说，本发明涉及一种基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置。

背景技术

随着经济的快速发展，跨海大型桥梁迎来了巨大的建设需求，如跨越琼州海峡、渤海海峡、直布罗陀海峡等的跨海通道工程正在规划研究。跨海桥梁一方面面临着往复性双向水流的环境，在径流与潮流的强弱交替中，严重的冲刷作用会导致桥墩基础埋深不足，承载力不够；另一方面又面临着数十万吨级船舶撞击的风险，导致桩基发生破坏，使桥梁面临垮塌的危险。因此，对桥墩进行防护势在必行。

然而在冲刷方面，目前国内外的传统防冲刷方式主要采用被动防护措施，提升桥墩周围底床抗冲刷能力，例如抛石、四面六边透水框架群等，该类方法存在较大局限性；在防撞方面，采用防撞套箱的传统方法，难以卸除船舶对桥墩的撞击力。

发明内容

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，包括：

至少两个牺牲桩群，其分别设置在桥墩主墩的上游、下游，每个所述牺牲桩群由若干根牺牲桩组成，全部所述牺牲桩呈V型分布；所述V型的底部朝向所述桥墩主墩；

其中，对于任意一个所述牺牲桩群，认定位于V型的顶角处的一个所述牺牲桩为起始桩，所述起始桩与所述桥墩主墩形成直线，剩余的其它牺牲桩对称分布在所述直线两侧。

根据本发明的一优选实施例，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，每个所述牺牲桩群中的所述牺牲桩之间彼此连接，以形成整体。

根据本发明的一优选实施例，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，所述牺牲桩上端套设护舷。

根据本发明的一优选实施例，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，所述起始桩距离所述桥墩主墩的中心的距离为所述桥墩主墩直径的1.5-2倍。

根据本发明的一优选实施例，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，所述牺牲桩群的V型单边直线与水流方向形成来流角度α，且25°≤α≤60°。

根据本发明的一优选实施例，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，所述牺牲桩的顶端高于浅水水位，且低于深水水位。

根据本发明的一优选实施例，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，还包括护圈，其环状套设在所述桥墩主墩上。所述护圈为椭圆形护板或圆形护板。

根据本发明的一优选实施例，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，当所述护圈为圆环状时，所述护圈的宽度为所述桥墩主墩的0.5-1.0倍，所述护圈高度为水深的1/3-1/2。

根据本发明的一优选实施例，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，每个所述牺牲桩外部间隔套设外套管，二者之间形成环形的容纳空间；

所述外套管上还套设固定环，所述固定环上沿其圆周方向间隔设置若干个弧形滑槽，所有所述弧形滑槽拼接形成环形，每个所述弧形滑槽上可滑动设置限位座，所述限位座的长度小于所述弧形滑槽的长度；

所述限位座上还设置有摆轴，所述摆轴由多个轴段拼接而成，相邻两个所述轴段铰接，且沿其长度方向两侧分别设置有第一弹簧，每个所述第一弹簧两端分别连接于两个所述轴段上，当所述第一弹簧处于自然伸长状态时，相邻两个所述轴段呈直线状。

根据本发明的一优选实施例，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，所述外套管与所述牺牲桩之间环向间隔设置若干连接装置，所述连接装置包括两个第二弹簧以及中间套筒，所述中间套筒内平行设置有两个贯通通道，以分别供两个所述第二弹簧通过，且两个所述第二弹簧的一端分别连接于所述外套管的内侧壁、所述牺牲桩的外侧壁，两个所述第二弹簧的另一端分别设置限位块，以将所述第二弹簧卡设限位在所述中间套筒内；其中，所述中间套筒为第三弹簧。

本发明至少包括以下有益效果：本发明的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置充分考虑了跨海桥梁水流的往反特性，能够减小上游来流和潮流对桥墩基础的冲刷能力，结构简单，可作为永久防护，减少维护成本，既适用于新建桥墩的防护与防撞，也适用于已建桥墩的补充性防护与防撞。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一实施例中基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置的结构示意图。

图2为上述实施例中基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置的侧面示意图。

图3为上述实施例中基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置的侧面示意图的俯视图。

图4为本发明另一实施例中牺牲桩的结构示意图。

图5为上述实施例中外套管的俯视图。

图6为上述实施例中连接装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

如图1-6所示，本发明的一优选实施例提供了一种基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，包括：

至少两个牺牲桩群2，其分别设置在桥墩主墩1的上游、下游，每个所述牺牲桩群2由若干根牺牲桩21组成，全部所述牺牲桩21呈V型分布；所述牺牲桩群采用V型布置方式，且所述V型的底部朝向所述桥墩主墩1，用以阻滞洪水急流或潮流并耗散其能量，通过扰乱桥墩周围水流马蹄形漩涡结构，削弱造成桥墩基础双向局部冲刷的下潜水流，使靠近桥墩的水流减速消能，减小对桥墩基础的冲刷。

其中，对于任意一个所述牺牲桩群2，认定位于V型的顶角处的一个所述牺牲桩21为起始桩211，所述起始桩211与所述桥墩主墩1形成直线，剩余的其它牺牲桩21对称分布在所述直线两侧。这样对称设置，不仅可以减少上游河流的冲刷，也可以减少潮汐的冲刷，简而言之就是抵抗双向流的冲刷。

上述实施例中，本防护兼防撞装置充分考虑了跨海桥梁水流的往反特性，能够减小上游来流和潮流对桥墩基础的冲刷能力，结构简单，可作为永久防护，减少维护成本，既适用于新建桥墩的防护与防撞，也适用于已建桥墩的补充性防护与防撞。

当上游来流或者潮流经过所述桥墩主墩1附近时，位于所述桥墩主墩1上游、下游的牺牲桩群2对水流进行扰动和阻滞，使靠近桥墩主墩1的水流流速减缓、能量减小。当水流穿越牺牲桩群2，靠近桥墩本体时，位于所述桥墩主墩1主流方向的所述护圈4对来流的下潜水流进行阻挡，改变水流大小和方向，降低水流对所述桥墩主墩1底部的冲刷能力，达到防护效果。

具体的来说，所述牺牲桩群2的数量不被具体限制，至少是两个，若超过两个且为偶数个，则所述牺牲桩群2可以是数量对称的分布在所述桥墩主墩1的上游、下游，也可以是数量不对称的分布在所述桥墩主墩1的上游、下游。

另一实施方案中，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，每个所述牺牲桩群2中的所述牺牲桩21之间彼此连接，以形成整体，以提高整个所述牺牲桩群2的稳定性，提高其防冲效果，而且可以有效用以防止船舶或其他航行物的撞击。

另一实施方案中，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，所述牺牲桩21上端套设护舷3，所述护舷的材料采用橡胶。所述护舷3的作用是减缓撞击物(船舶)与桥墩、牺牲桩之间的冲击力，从而减小撞击物对桥墩的损坏。

另一实施方案中，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，所述起始桩211距离所述桥墩主墩1的中心的距离为所述桥墩主墩1直径的1.5-2倍。该距离下，既可以削减水流能量的同时，还可以作用在桥墩主墩附近，对所述桥墩树墩1真正起到防冲刷防护的效果，若距离过近，则来不及削减水流能量，若距离过远，则削减效果不能保证作用在桥墩主墩附近。

另一实施方案中，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，所述牺牲桩群2的V型单边直线与水流方向形成来流角度α，且25°≤α≤60°。该角度下能较好的抵挡大部分的来流，若角度过大或过小，则效果没有此范围好。

上述实施例方案中，当桥梁主墩D＝5.0m，水深为10m，水流流速较大时，牺牲桩的桩径为d＝1m，牺牲桩高度为12，V型牺牲桩半夹角角度α＝30°，起始桩与桥墩主墩的中心连线距离为10m，护舷采用圆筒形护舷结构，护圈宽度为1.25m，护圈至床面的高度为3.30m。

另一实施方案中，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，所述牺牲桩21的顶端高于浅水水位13，且低于深水水位。在浅水位情况下(类似河流水位)，所述牺牲桩21高度高于水深水位14，所述牺牲桩21主要起防冲兼防撞的作用；在深水位情况下(类似深海水位)，所述牺牲桩21高度低于水面，所述牺牲桩21只起防冲的作用。

另一实施方案中，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，还包括护圈4，其环状套设在所述桥墩主墩1上。所述护圈4为椭圆形护板或圆形护板。所述护圈4的宽度为所述桥墩主墩2的0.5-1.0倍，所述护圈4高度为水深的1/3-1/2。该宽度能较好的抵挡下行水流，若过宽，则所述护圈4承受水流能量过多容易导致所述护圈4破损，若过窄，则较难起到抵挡下行水流的效果。该高度下能较好的减少水流对河床的冲刷，若过高或过低，则减少冲刷效果不明显。

另一实施方案中，所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，如图4-6所示，每个所述牺牲桩21外部间隔套设外套管5，二者之间形成环形的容纳空间；所述外套管5上沿其圆周方向间隔设置若干个弧形滑槽7，所有所述弧形滑槽7拼接形成环形，每个所述弧形滑槽7上可滑动设置限位座8，所述限位座8的长度小于所述弧形滑槽7的长度。

所述限位座8上还设置有摆轴9，所述摆轴9由多个轴段91拼接而成，相邻两个所述轴段91铰接，且沿其长度方向两侧分别设置有第一弹簧92，每个所述第一弹簧92两端分别连接于相邻两个所述轴段91上，当所述第一弹簧92处于自然伸长状态时，相邻两个所述轴段91呈直线状。

所述的基于跨海桥梁的桥墩基础双向局部冲刷防护兼防撞装置，所述外套管5与所述牺牲桩21之间环向间隔设置若干连接装置6，所述连接装置6包括两个第二弹簧10以及中间套筒11，所述中间套筒11内平行设置有两个贯通通道111，以分别供两个所述第二弹簧10通过，且两个所述第二弹簧10的一端分别连接于所述外套管5的内侧壁、所述牺牲桩21的外侧壁，两个所述第二弹簧10的另一端分别设置限位块12，以将所述第二弹簧10卡设限位在所述中间套筒11内；其中，所述中间套筒11为第三弹簧。

上述实施方案中，在所述牺牲桩21与所述外套管5之间设置了连接装置6，其其不止起到连接作用，将所述牺牲桩21与所述外套管5固定起来，而且所述连接装置6包括两个第二弹簧10以及中间套筒11，其可适用于不同距离设计的所述牺牲桩21与所述外套管5，还具有很好的防震防护效果，当所述牺牲桩21遭到外部船只撞击时，连接所述外套管5的所述第二弹簧10将被挤压，从而其将沿着所述贯通通道111向靠近所述牺牲桩的方向移动，直至所述第二弹簧10一端碰到所述牺牲桩21，随着外力的继续挤推，从而两根所述第二弹簧10都会被压缩，在其被挤压的同时，第二弹簧也会产生一个反向作用力将外力顶开，不仅避免了外力对所述牺牲桩21的直接撞击，而且起到很好的缓冲作用。

而且，随着水流的流过，所述摆轴9将随着水流发生摆动，从而将水流导向另外的方向，避免水流直接对牺牲桩群造成冲刷，在此过程中，第一弹簧也会发生相应形变，其中一个所述第一弹簧被拉长，一个所述第一弹簧被压缩，而且本申请中，所述摆轴9由多个轴段91拼接而成，相邻两个所述轴段91铰接，且沿其长度方向两侧分别设置有第一弹簧92，当水流方向发生改变时，在水流作用和已经发现形变的第一弹簧92的的反弹力作用下，所述摆轴9将改变方向，直至其适应新的水流方向，再对水流进行导向改变，避免水流直接对牺牲桩群造成冲刷。

而且限位座8可滑动在所述弧形滑槽7上，所述摆轴9设置在所述限位座8上，随着所述摆轴9随着水流摆动，所述限位座8还沿着所述弧形滑槽7滑动，顺势而行，所述摆轴9本身受到的水流冲击力也会降低，若所述摆轴9是固定设置，不能滑动，那水流的冲击全部打在所述摆轴9的根部，势必降低其使用寿命。而且所述摆轴9沿着所述弧形滑槽7滑动的过程，也是个对水流进行导向的过程，分散冲刷力的过程。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。