CN101638900B

CN101638900B - 近海桩基冲刷防护装置

Info

Publication number: CN101638900B
Application number: CN2009101008885A
Authority: CN
Inventors: 李强; 刘春花; 邱建英; 董海明; 孙仲健; 张晓�
Original assignee: Zhoushan Mainland And Islands Project Headquarters; Zhejiang Ocean University ZJOU
Current assignee: Zhoushan Mainland And Islands Project Headquarters; Zhejiang Ocean University ZJOU
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-07-15
Also published as: CN101638900A

Abstract

本发明提供的近海桩基冲刷防护装置，有套在桩外的盘状的护圈，所说护圈固定在一可套在桩外的护筒上，所说护筒的四周壁面上开有孔，所说装置不与桩固定。本发明提供的近海桩基冲刷防护装置，护圈可以阻挡和消杀下降水流，以减小马蹄形旋涡强度，而护筒上的镂空结构产生消波作用，对减少冲刷深度有良好的效果。与现有技术相比，本发明装置不与桩固定则总是与床面有大致固定的高度，还因护筒四周壁上都开有孔则不论水流方向如何都能起到消波作用，且安装方便。

Description

近海桩基冲刷防护装置

技术领域本发明涉及的是一种近海桩基冲刷防护装置，属固定建筑物技术领域。

背景技术本发明所说近海桩基主要是桥梁、码头或栈道等的作为支撑而打入海床的桥墩或柱桩的基础部位。桩周围的流场结构主要包括桩前水面涌波、迎水面向下水流和尺度很大的旋涡。旋涡是一个复杂的综合水流结构，它包括迎水面向下水流、两侧绕流在床面附近形成的马蹄涡和两侧边界层分离形成的尾流旋涡在桩两侧和桩台后由床面附近释放的小旋涡。旋涡中心负压将吸起床面泥沙带往下游，伴随旋涡的产生，床面静止的泥沙表现出阵发性随机运动状态，并在桩下游两侧旋涡相汇，从而形成很长的沙脊。迎水面两侧附近绕流流速最大，对海床作用最强，当这里的流速达到泥沙起动速度时，泥沙就开始向下移动，导致柱桩局部冲刷。为保护水上建筑物就要对桩基采取冲刷防护措施。现有冲刷防护方法主要有传统的抛石法、扩大基础防护、护圈防护、桩体开缝防护、桩前排桩防护和淹没槛防护等方法。抛石法需大量石材，适于可以就地取材，且水深不大，易于抛投的工程；扩大基础防护方法需在河床底部干枯或采用特殊施工方法营造出作业环境后才可施工；护圈防护的效果与放置高度、护圈的尺寸和护圈的形式有关，设定后不易调节，且对动床冲刷效果不理想；开缝防护、桩前排桩防护和淹没槛防护受水流流向限制，在海洋中难以实施；上述各种冲刷防护方法主要适于河流中桩墩的冲刷防护，且费力、费时、材料用量大，且在近海环境下防护效果不明显。

发明内容针对上述不足，本发明就是要解决各种现有防护装置不能应用在流场复杂的海洋中的技术问题，设计一种新的近海桩基冲刷防护装置。

本发明提供的近海桩基冲刷防护装置，有套在桩外的盘状的护圈，所说护圈固定在一可套在桩外的护筒上，所说护筒的四周壁面上开有孔，所说装置不与桩固定。

本发明提供的近海桩基冲刷防护装置，护圈可以阻挡和消杀下降水流，以减小马蹄形旋涡强度，而护筒上的镂空结构产生消波作用，对减少冲刷深度有良好的效果。与现有技术相比，本发明装置不与桩固定则总是与床面有大致固定的高度，还因护筒四周壁上都开有孔则不论水流方向如何都能起到消波作用，且安装方便。

现有技术中单纯加护圈，则按以往的文献公开的结果为护圈距底床的高度与桩径比越小，对桩周的影响越明显。而本发明中筒高与桩径比越小防护效果越明显，以采用K-ε双方程湍流模型的有限容积法，并假设整个流场为稳态，方程的离散采用一阶迎风格式对本发明进行分析，筒高与桩径比越小对桩柱迎水面的向下水流的减少，对两侧绕流在床面附近形成的马蹄涡的减小，对桩柱两侧边界层分离形成的尾流旋涡的变小越明显。

所说护筒的高度与所防护的桩的直径(本说明书中除明确指定外，所说桩径均指桩的当量直径)之比为1∶1～2.5，同样桩径条件下，护筒高加大有利于降低桩周的冲刷，而且护筒越高，成本越大。因此合理的护筒高可以有一个比较平衡的桩周冲刷防护效果和合理的成本，最好为1∶1.5。

所说护筒的直径与桩径的比是1.2～1.4∶1，护筒内安装有与桩柱截面形状相似且有微小间隙的定位圈，使护筒壁与桩柱面之间有均匀的间隙即保证护筒壁与桩柱面的距离在设计范围内。

所说护筒上的孔为圆孔和/或楔形孔，孔沿筒周均布，开孔率为10％～40％，其中所说楔形孔是纵向开的上端比下端窄的长条孔。开孔率较高时，底床处的向下流越小，但过高影响强度和减少对桩周冲刷的防护。至于孔形，圆孔对降低桥墩迎水面的向下水流的作用比较明显，桥墩两侧边界层分离形成的尾流旋涡变小。楔形孔对减小两侧绕流在床面附近形成的马蹄涡的作用明显。

所说护筒上的孔为圆孔时，孔径在100mm～200mm，开孔率为10％～20％，为楔形孔时，最宽处为筒周长的16等分，开孔率为20％～40％。对于圆孔，圆孔孔径越大，基桩迎水面的向下水流越小，两侧边界层分离形成的尾流漩涡越小，圆孔孔径越小，基桩迎水面的向下水流越大，两侧边界层分离形成的尾流漩涡越大。对于楔形孔，尺寸越大，则两侧绕流流速越小，尺寸越小，则两侧绕流流速越大。

所说护圈直径与桩径之比为2.0～3.5∶1，该比值越大，对向下水流的抑制作用越明显，但该比值对于群桩基础则受制于桩间距的大小。

本发明提供的近海桩基冲刷防护装置，在所说护圈或护筒上安装孔压计，在桩高于最高水位的位置上安装无线信号发送器，孔压计与无线信号发送器之间有电缆相连接。本发明安装所说孔压计及其压力信号无线发送装置后，在具备冲刷防护功能同时具有自动预报冲刷深度的功能。

工程中十分关注实际的冲刷深度，特别是桩周的局部冲刷深度，影响到桩基的动力稳定性，尚缺乏有效的测量手段。主要方法有地形尺测深、测深杆测深、测深锤测深、多波束回声探测法及振弦式水深传感器法。地形尺测深、测深杆测深、测深锤测深方法对于处在水深流急环境中的工程，常受到测量深度的限制；多波束回声探测仪等现代测深手段，对桩台外围区域效果较好，但对桩基础范围内的核心区域，由于基桩的障碍作用，测深往往达不到预期效果，当承台浇注完成后，这些方法同样无法实施。水深传感器需在桩基施工时预先埋设，传感器埋于水下，使用寿命受到限制。

本实用新型采用无线遥感测试技术，利用安设于冲刷防护装置体上的孔压传感器测定实际水深由于该装置自由套在桩外，有冲刷则为随桩基床面的下陷而下沉，从而可以通过孔压计测得的水深变化确定冲刷深度。

附图说明图1为本发明一实施例应用时的示意图，图中：1-无线信号发送器，2-信号电缆管，3-水面，4-护圈，5-护筒，6-护筒底圈，7-桩周海床，8-桩，9-孔压计，a-护筒上圆孔；

图2为图1中I区域放大图，图中：2-信号电缆管，4-护圈，5-护筒，8-桩，10-定位圈，11-连接块，12-支撑块，a-护筒上圆孔；

图3为图1中A——A处剖视图，图中：4-护圈，5-护筒，8-桩，10-定位圈，11-连接块，12-支撑块，a-护筒上圆孔；

图4为本发明另一实施例的示意图，图中：41-护圈，51-护筒，b-护筒上楔孔；

图5为本发明另一实施例的示意图，图中：42-护圈，52-护筒，102-定位圈，112-连接块，122-支撑块，13-连接襻。

具体实施方式 1、有近海桩基冲刷防护装置，如图1、2、3所示，桥墩(桩)8打入海床7中，有以护圈4和护筒5构成的防护装置套在桩外。桩为圆柱桩，桩径为1800mm，护圈外径为4500mm，护圈内径为2100mm，护筒高度为1000mm，护筒直径为2400。护筒上下端内用连接块11安装定位圈10，有支撑块12将护圈与护筒上端连接。护筒壁上按轴线为中心16等分开有16列圆孔a，沿筒高布置4排孔，孔径为100mm。护筒下端外安装有底圈以降低护筒对床面的压强。在护筒底圈上对称地安装有两件振弦式孔压传感器9，桩上段，高于水面3的位置上安装两件无线信号发送器1，孔压计分别用信号电缆与无线信号发送器连接，电缆外有护套管2保护不受损伤。

经计算，按同样条件下的底床流速对比，桩前底床流速本例比单独护圈抗冲刷时最大可降低30％。

2、另有一近海桩基冲刷防护装置，如图4所示，结构与上例同，桩径为2100mm，护圈41外径为4500mm，护圈内径为2100mm，护筒51高度为1000mm，护筒直径为2400mm。护筒上孔为楔形孔b，按轴线为中心8等分纵向开在壁面上，每处一个，楔形高700mm，下宽为筒周长的16等分，上宽为下宽的一半。

3、本例是用于桩上建筑已经安装的情况下的近海桩基冲刷防护装置，以如上两例纵向分成两部分的结构形式，在分割处安装有连接襻13。本例是以径线为分割线的，有对称的两片半环护圈42、两片半柱护筒52，两条半环定位圈102用连接块112和支撑块122装配成两个半边的防护装置。安装时用连接襻将两者连接为一体。其中桩径为1800mm，定位圈内径为2100mm，护圈外径为4500mm，护圈内径为2100mm，护筒高度为1000mm，护筒直径为2400mm。护筒壁上均布直径为200mm的圆孔，开孔率达到11％。

4、同上例，但其中开孔为4列楔形孔和8列圆孔按中心轴对称分布，总开孔率为35％。

Claims

1.一种近海桩基冲刷防护装置，有套在桩外的盘状的护圈，其特征是所说护圈固定在一可套在桩外的护筒上，所说护筒的四周壁面上开有孔，所说装置不与桩固定。

2.如权利要求1所述的近海桩基冲刷防护装置，其特征是所说护圈直径与桩径之比为2.0～3.5∶1。

3.如权利要求1所述的近海桩基冲刷防护装置，其特征是所说护筒的高度与所防护的桩的直径之比为1∶1～2.5。

4.如权利要求1所述的近海桩基冲刷防护装置，其特征是所说护筒的高度与所防护的桩的直径之比为1∶1.5。

5.如权利要求1所述的近海桩基冲刷防护装置，其特征是所说护筒的直径与桩径的比是1.2～1.4∶1。

6.如权利要求1或3或4或5所述的近海桩基冲刷防护装置，其特征是所说护筒上的孔为圆孔和/或楔形孔，孔沿筒周均布，开孔率为10％～40％，其中所说楔形孔是纵向开的上端比下端窄的长条孔。

7.如权利要求5所述的近海桩基冲刷防护装置，其特征是所说护筒上的孔为圆孔时，孔径在100mm～200mm，开孔率为10％～20％；为楔形孔时，最宽处为筒周长的16等分，开孔率为20％～40％。

8.如权利要求5所述的近海桩基冲刷防护装置，其特征是在所说护圈或护筒上安装孔压计，在桩高于最高水位的位置上安装无线信号发送器，孔压计与无线信号发送器之间有电缆相连接。