涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置的制作方法

1.本实用新型涉及水利工程技术领域，具体涉及涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置。


背景技术：

2.涉水工程(如桥梁、海上风电)的桩基础改变了局部水流结构，造成迎水面泥沙淘刷，河床或海床下切，威胁桩基础稳定乃至整个工程的结构安全。为了解决问题，现有技术中的涉水工程会在桩柱周围的床面上布置大量的抗冲刷实体材料，比如大型块石、混凝土结构等。但是大量铺设抗冲刷实体材料使得工程成本高、施工难度大、且材料使用寿命有限。同时要求对河/海床地形有精准的掌握，工程量尤其是水下作业的工作量大。并且一旦经历高强度洪水或恶劣海况之后，工程的抗冲防护功能将大幅降低，需要持续投入人力、财力进行后期维护。


技术实现要素：

3.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的涉水工程中抗冲刷实体材料成本高，施工难度大，使用寿命有限的缺陷，从而提供涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置。
4.为了解决上述问题，本实用新型提供了涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，适于铺设在桩柱外围的床面上，包括多个透水单元，透水单元包括多个连接杆，多个连接杆的端部连接并形成多面体框架结构，相邻的透水单元或相邻的连接杆可任意转动并形成具有柔性的透水排。
5.可选地，透水单元包括六个连接杆，六个连接杆连接形成正四面体结构。
6.可选地，多个透水单元中，相邻的透水单元的顶角处可转动地连接并形成透水排。
7.可选地，连接杆包括杆体以及设置在杆体两端的连接环，相邻的杆体的连接环连接，以使相邻的杆体的端部铰接并可沿任意方向转动。
8.可选地，连接环为固定圆环或者锁扣圆环。
9.可选地，杆体和连接环之间设置有转动结构。
10.可选地，转动结构为滚轮碗组或万向节等其他可转向的结构。
11.可选地，桩柱的直径与杆体的长度的比例在4至16范围内。
12.可选地，透水排铺设区域的平面形状呈圆形或者椭圆形。
13.可选地，透水排铺设区域的平面形状的直径与桩柱的直径的比例在3至6的范围内。
14.可选地，透水排环绕铺设在桩柱的周向的至少部分床面上。
15.可选地，透水排沿水深方向布置单层或者多层。
16.本实用新型具有以下优点：
17.利用本实用新型的技术方案，涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置包括由多个透水
单元形成的透水排。相邻的透水单元可转动地连接，每个透水单元包括六个连接杆且相邻的连接杆之间也是可转动地连接，并由六个连接杆形成四面体框架结构。上述结构中，透水排一方面能够避免高速水流与床面直接接触，减缓水流的冲击作用，抑制床面泥沙的输移和河床/海床下切；另一方面能够降低水流的运动速度，促进水体携带泥沙的沉降、落淤，促进河床/海床的抬升。同时，透水排整体由连接杆安装构成，因此对工程材料的消耗小、作业难度低，有效降低了工程成本与工程难度。由于相邻的连接杆或相邻的透水单元可转动地连接，因此透水排整体自由度较高。即使河床/海床被冲刷，透水排在其自身重力作用下始终紧密贴合在河床或海床表面，保证抗冲防护的效果，因此无需担心因床面变形造成的工程失效，既降低后期维护的成本又能保证工程价值的长效发挥。因此本实用新型的技术方案解决了现有技术中的涉水工程中抗冲刷实体材料成本高，施工难度大，使用寿命有限的缺陷。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1示出了本实用新型的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置的剖视图；
20.图2示出了本实用新型的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置的实施例一的俯视图；
21.图3示出了图1中涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置的多个透水单元的连接示意图；
22.图4示出了图1中涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置的单个透水单元的结构示意图；
23.图5示出了图1中连接杆的结构示意图；以及
24.图6示出了本实用新型的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置的实施例二的俯视图。
25.附图标记说明：
26.1、桩柱；10、透水单元；11、连接杆；111、杆体；112、连接环；113、转动结构；20、透水排。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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实用新型中的具体含义。
30.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
31.实施例一
32.如图1至图5所示，根据本技术的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置的实施例一包括多个透水单元10，透水单元10包括多个连接杆11，多个连接杆11的端部通过铰链连接并形成多面体框架结构，相邻的透水单元10或相邻的连接杆11可任意转动并形成具有一定柔性的透水排20。并将透水排20铺设在桩柱1外围的床面上。
33.利用本实施例的技术方案，涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置包括由多个透水单元10形成的透水排20。相邻的透水单元10可转动地连接，每个透水单元10包括六个连接杆11，并由六个连接杆形成正四面体框架结构。上述结构中，透水排20一方面能够避免高速水流与床面直接接触，减缓水流的冲击作用，抑制床面泥沙的输移和河床/海床下切；另一方面能够降低水流的运动速度，促进水体携带泥沙的沉降、落淤，促进河床/海床的抬升。同时，透水排20整体由连接杆11安装构成，因此对工程材料的消耗小、作业难度低，有效降低了工程成本与工程难度。由于相邻的连接杆11或相邻的透水单元10可转动地连接，因此透水排20整体自由度较高，即使河床/海床被冲刷，透水排20在其自身重力作用下始终紧密贴合在河床或海床表面，保证抗冲防护的效果，因此无需担心因床面变形造成的工程失效，既降低了后期维护的成本又能保证工程价值的长效发挥。因此本实施例的技术方案解决了现有技术中的涉水工程中抗冲刷实体材料成本高，施工难度大，使用寿命有限的缺陷。
34.如图4所示，透水单元10包括六个连接杆11，六个连接杆11连接形成正四面体透水框架结构。具体而言，透水单元10的每一个面均为等边三角形，既保证了透水排20的整体结构稳定性，又能通过抑制床面泥沙运动、促进水体泥沙落淤两方面实现桩基础抗冲防护的目的。
35.当然，在一些未示出的实施方式中，透水单元10也可以形成其他形状，例如透水单元10可以由十二个连接杆形成六面体框架单元。本领域技术人员可以根据实际需要来决定透水单元10的具体形状。
36.如图3所示，在本实施例的技术方案中，多个透水单元10中，相邻的透水单元10的顶角处可转动地连接并形成透水排20。具体而言，透水排20由多个透水单元10连接形成，由于透水单元10为正四面体结构，因此其具有四个顶角。相邻的透水单元10的顶角通过铰链连接，因此透水排20具有较高的自由度，能够整体发生变形。
37.随着河床或海床的冲刷，河床或海床的表面发生变化。而透水排20在结构自身重力的作用下，能够始终紧密贴合在河床或海床表面，从而保持最高效的抗冲防护效果。
38.如图5所示，在本实施例的技术方案中，连接杆11包括杆体111以及设置在杆体111
两端的连接环112，相邻的杆体111的连接环112连接，以使相邻的杆体111的端部铰接。
39.具体而言，杆体111为长杆结构，其截面为圆形，杆体111属于搭建透水排20的基础骨架单元。杆体111的两端均设置有连接环112，也即一个杆体111上设置有两个连接环112。结合图4、图5可以看到，相邻的两个杆体111中，两个杆体111的端部通过连接环112进行连接，也即使相邻的杆体111之间可转动地连接。
40.进一步地，在本实施例的技术方案中，连接环112为固定圆环或者锁扣圆环。具体而言，固定圆环为封闭圆环结构，相邻的杆体111的固定圆环连接后，通过焊接或者紧固件等方式封闭固定圆环。锁扣圆环可以通过锁扣将连接环112打开或者关闭，便于装配。
41.本实施例中，若采用固定圆环，则透水排20整体的结构稳定性将得到进一步加强，但从作业难度的角度考虑，不利于大规模进行水下铺设，主要用于单层铺设的透水排20。反之，对于多层铺设透水排20，则在第一层上方的其他层采用锁扣圆环，具有施工方便的优点。
42.如图5所示，在本实施例的技术方案中，杆体111和连接环112之间设置有转动结构113。转动结构使得杆体111和连接环112之间能够沿任意方向扭转，进而保证在多个透水单元10组成透水排20后，透水排20具有较高的自由度。
43.优选地，转动结构113为滚轮碗组。当然，在一些未示出的其他实施方式中，转动结构113也可以为万向节等其他可转向的结构。
44.优选地，杆体111、连接环112和转动结构113之间通过焊接连接在一起。
45.在本实施例中，通过连接环112和转动结构113的配套使用，一旦床面发生冲刷之后，透水排20将在自身重力的作用下，沉降并贴合在新的床面上，保证持续提供最高效的抗冲防护效果。
46.优选地，杆体111可以选择生态友好且具备一定的抗拉、抗压能力材料，能够在实现工程目的之后的未来若干年内自动降解，避免对河流、海洋的环境污染与生态破坏。
47.在本实施例的技术方案中，杆体111的长度与直径根据桩柱1尺寸、水动力条件、泥沙粒径等因素确定，需同时满足杆体111的长度等于1/16至1/4倍桩柱直径、透水排20的孔隙率在0.75左右，具体从保证透水排20的透水性、保证透水排20与桩柱1外轮廓以及河/海床表面贴合性、避免杆体111产生的尾流影响泥沙运动、保证结构承重能力等方面综合考虑后选定。
48.进一步地，可对杆体111的表面进行适当加糙(如，表面刻花、喷砂)，进一步提高透水排20的防冲刷效果。
49.如图2所示，在本实施例的技术方案中，透水排20铺设区域的平面形状呈圆形。具体而言，透水排20在整个周向上环绕桩柱1设置，适用于水流强度大并且运动方向复杂多变的环境，能够在整个周向上对桩柱1提供抗冲刷保护。
50.优选地，本实施例的透水排20铺设区域的平面形状的直径与桩柱1的直径的比例在3至6的范围内。
51.具体而言，本实施例中首先根据桩柱1的平面形状，确定透水排20的铺设区域。透水排20的铺设应以桩柱1为中心向四周辐射，最终铺设区域的直径应等于3至6倍的桩柱1的直径。
52.进一步地，可以根据水下环境，选择透水排20为单层铺设或者多层铺设。
53.对于水动力条件较强的地区，宜选择较大的铺设面积(如铺设区域的直径等于6倍桩柱1的直径甚至更大)，并且采用多层透水排20叠加铺设；
54.对于水动力较弱的地区，可选择较小的铺设面积(如铺设区域的直径等于3倍桩柱1的直径)，并且采用单层透水排20铺设。
55.实施例二
56.如图6所示，根据本技术的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置的实施例二和上述的实施例一的区别在于，透水排20在桩柱1部分周向上环绕桩柱1。
57.具体而言，实施例二中在桩柱1的迎水面进行透水排20的重点铺设，包括扩大铺设面积、增加铺设层数。在桩柱的侧面，可逐渐降低透水排20铺设的面积、层数。在桩柱1的背水面，可进一步酌情少铺甚至不铺设透水排20。
58.因此在实施例二中，透水排20呈椭圆形结构，并且透水排20在部分周向上环绕桩柱1。
59.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，适于设置在桩柱(1)外围的床面上，其特征在于，包括多个透水单元(10)，所述透水单元(10)包括多个连接杆(11)，多个连接杆(11)的端部通过铰链连接并形成多面体框架结构，相邻的透水单元(10)或相邻的连接杆(11)之间可任意转动并形成具有柔性的透水排(20)。2.根据权利要求1所述的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，其特征在于，所述透水单元(10)包括六个所述连接杆(11)，六个所述连接杆(11)连接形成正四面体框架结构。3.根据权利要求2所述的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，其特征在于，多个所述透水单元(10)或连接杆(11)中，相邻的所述透水单元(10)的顶角处或相邻的所述连接杆(11)的顶端处可转动地连接并形成所述透水排(20)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，其特征在于，所述连接杆(11)包括杆体(111)以及设置在所述杆体(111)两端的连接环(112)，相邻的所述连接杆(11)的连接环(112)连接，以使相邻的所述连接杆(11)的端部铰接。5.根据权利要求4所述的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，其特征在于，所述连接环(112)为固定圆环或者锁扣圆环。6.根据权利要求4所述的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，其特征在于，所述杆体(111)和连接环(112)之间设置有转动结构(113)。7.根据权利要求6所述的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，其特征在于，所述转动结构(113)为滚轮碗组或万向节。8.根据权利要求4所述的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，其特征在于，所述桩柱(1)的直径与所述杆体(111)的长度的比例在4至16范围内。9.根据权利要求1至3中任一项所述的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，其特征在于，所述透水排(20)铺设区域的平面形状呈圆形或者椭圆形。10.根据权利要求9所述的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，其特征在于，所述透水排(20)铺设区域的平面形状的直径与所述桩柱(1)的直径的比例在3至6的范围内。11.根据权利要求1至3中任一项所述的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，其特征在于，所述透水排(20)环绕铺设在所述桩柱(1)的周向的至少部分床面上。12.根据权利要求1至3中任一项所述的涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，其特征在于，所述透水排(20)沿水深方向布置单层或者多层。

技术总结
本实用新型提供了涉水建筑桩基础的防冲刷保护装置，适于铺设在桩柱外围的床面上，包括多个透水单元，每个透水单元均是由连接杆端部铰接形成的多面体框架结构，相邻连接杆或相邻透水单元之间可任意转动并形成具有一定柔性的透水排。透水排一方面能够避免高速水流与床面直接接触，减缓水流的冲击作用，抑制床面泥沙输移和河床/海床下切；另一方面能够降低水流的运动速度，促进水体携带泥沙的落淤和河床/海床的抬升。透水排整体由连接杆安装构成，因此对工程材料的消耗小、作业难度低，有效降低了工程成本与施工难度。透水排整体自由度较高，即使河床/海床被冲刷，透水排在其自身重力作用下始终紧密贴合在河床/海床表面，保证抗冲防护的效果。冲防护的效果。冲防护的效果。


技术研发人员：赵汗青 李婉 张成潇 米博宇 蒋定国 翟俨伟 温栋 刘肖廷 杨宇
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/7/17