CN101892651A - 空心园台护岸结构体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于河岸和海岸护岸防冲的混凝土结构体。其结构为一个空心圆台或在空心圆台上插接混凝土平板。通过撕裂、分散、挑拨水流，增加局部水流的能量消耗，削弱水流的冲刷强度，以达到防冲护岸的目的。具有较优的力学性能，不易被破坏，且在水中有较好的稳定性，又有较大的架空率，可节省用料。较之以往的各种防冲结构体，本发明具有更好的消能防冲效果。不仅可用于护岸防冲，还可以在进行堵口截流时用于辅助消能。

Description

空心园台护岸结构体

技术领域：

本发明属于水利工程技术领域，特别涉及一种用于河岸、湖岸和海岸的护岸结构体

背景技术

洪水是对人类造成最大的自然灾害之一，而河岸(海岸)冲刷和崩塌是造成洪灾的最主要的直接原因之一，因而护岸防冲是防洪的最重要内容之一。最古老的护岸方法是抛石，因为石块可以取自天然，成本较低，操作又极为简便，所以至今仍是应用最为广泛的一种护岸方法。石块可以视为一种“实体”护岸材料，当水流作用于实体的石块时，常会产生绕流、淘刷，从而使其陷入河床的淤泥之中，因而在出现较强的水流冲刷时，石块的防冲效果较差。古代人民发明的用绳索将薪柴(秸、苇、柳等)和石块捆绑联结成一体的“透水”防护材料(在我国许多地方称之为“埽”)，弥补了“实体”防冲材料的不足，在几千年的防洪史上发挥了巨大的作用。但是，这种以薪柴为主体的结构物有个致命的缺点，就是易腐烂，给岸堤工程造成隐患。另外，它自身比重较轻，易被大水冲走，而且需要砍伐很多树木，不合乎环保理念。

随着科技的发展，新的护岸材料和工艺不断涌现，目前比较实用的新型护岸材料(或结构体)是用混凝土制成的扭工字、扭王字异性块体和四边六边体透水框架，它们的工作原理都是通过改变局部水流流态，降低岸边流速，以达到防冲的目的。他们的缺点主要是造价高，另外，相对于用薪柴和石块等天然材料捆绑而成的“透水”防冲构件，如“埽”等，它们的消能防冲效果都不够好。

发明的内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的状况提供一种环保低耗且消能防冲效果好的空心圆台护岸结构体。

本发明的空心园台护岸结构体是以混凝土为材料通过模板浇筑而成的空心园台。其园台的底面直径＞园台的顶部直径。

为了在环保低耗的前提下进一步加强消能防冲的效果，本发明可以进一步采用下列措施中的一种或多种：

1、在空心园台的园周面上插接垂直园台曲面的混凝土平板，其平板数量为三块且均匀分布为最优。

2、混凝土选择用竹筋混凝土或钢筋混凝土。

3、空心园台的孔壁厚度和混凝土平板的厚度选择≥5cm。

作为本发明的一种实际应用，可在混凝土平板上由下向上开插接槽，通过插接槽的下端开口由上至下将混凝土板插接到空心园台的孔壁上，并用混凝土封堵插接槽口。

本发明结构体的尺寸大小可根据水流条件和施工条件来决定。

本发明通过撕裂、分散和挑拨水流，增大局部水流的能量耗损，削弱水流的冲刷能力，以达到防冲护岸的目的。相对于现有的混凝土透水消能防冲的“杆”结构体，本发明结构体为“面”结构。方向各异的面的组合体能够比“杆”结构体更有效地切割、分裂和挑拨水流，从而有更好的消能效果。另一方面，本发明本身的力学性能更优，不容易造成应力集中，因而不容易受破坏。而且本发明在水中的稳定性较好，不易被水流冲走；本发明还具有很大的架空率，可节省制作用料。

本发明结构体的核心部件是空心圆台。在工艺条件较差的情况，可单独使用而不加混凝土平板。但加上平板有三个方面的好处：①增强消能的效果；②增强结构体在水中的稳定性；③增大架空率，节省混凝土材料。

本发明可用于河岸、湖岸和海岸的防护，可用于护坡和护脚，以护脚为主。一般为群体投放。

附图说明

附图1为本发明空心园台示意简图；附图2为本发明混凝土平板示意简图；附图3为本发明结构体的整体结构示意简图；附图4为测点1的流速垂线分布图；附图5为测点2的流速垂线分布图。

附图中：1-园台；2-园台顶面；3-园台底面；4-空心；5-混凝土平板；6-插接槽口；7-插接槽；8-圆台立放小口朝上时的流速分布；9-圆台侧卧小口迎流时的流速分布；10-圆台侧卧大口迎流时的流速分布；11-四面六边体框架时的流速分布；12-块石时的流速分布；13-无障碍时的流速分布。

具体实施方式

下面以空心园台插接混凝土平板结构体为例对本发明的制作方法和工作原理等作进一步介绍。

1、结构体组成及加工方法

结构体由一空心圆台和三块平板拼装而成。圆台和平板都以竹筋为骨架，混凝土为基本材料，两者分开浇筑，平板中部由下往上开槽，组装时将三块平板对称地垂直插入圆台后用混凝土封住下部开口处即可。见附图1～附图3。

2、结构尺寸

结构体的尺寸可根据用途需要和施工条件按比例放大或缩小，但考虑到混凝土结构的强度要求，建议空心圆台和平板的厚度至少为5cm。若是人工投放，重量最好限制在60kg内，此时应控制圆台顶面直径不超过36cm、底面直径不超过54cm。

3、结构特点

圆台和平板的巧妙组合使结构体具有以下特点：

①消能防冲效果好

圆台的空心结构以及平板的架空作用使结构体具有透水性，在允许水流透过的同时将水流切割分离，破坏原有水流结构，促使局部水流的分散和能量损耗，从而使受保护区域水流冲刷能力极大地减弱，以达到减冲甚至促淤的效果。

②避免基础被淘刷

结构体具有透水消能的作用，给水流以出路，同时消减水流能量，避免绕流的产生，从而解决了基础被淘刷问题，同时保证工程自身的安全。

③稳定性好

圆台上下面不等径，在外力作用下可能会原地绕轴旋转，但旋转时与周围水流以及其他构件的相互作用又可约束这一运动，使结构体很快恢复稳定；三块平板形成稳定的三角形架构，有利于结构在动水中的稳定，而且一旦泥沙开始发生淤积，结构体就会更加稳固。

④力学性质好

结构体采用圆台面与平板平面的巧妙组合，减少甚至可避免应力集中，不易发生破坏，可以节省钢筋。

⑤环保

一方面，改传统的沉柳法用树木、树枝等易腐的有机材料为混凝土的结构体，十分环保；另一方面，作为一种架空率很高的护岸结构体，在防冲的同时为水生物留下较大的栖息空间，有利于环境保护。

⑥制作简单，使用方便，成本低。

4、工作原理

河岸冲刷的根本原因是局部水流流速过大，因此防冲护岸最好的方法是降低冲刷区域水流的冲刷流速。空心圆台插板组合结构体通过撕裂分散作用破坏水流结构，消耗水流能量，降低河底或近岸流速，使受保护区域的冲淤态势发生变化，改局部冲势为不冲甚至淤势，从而起到消能减冲、促淤护岸的作用。

与现有的各种透水消能结构物相比，本结构体采用曲面与平面的组合代替杆件的组合，对水流的破坏作用更加明显；圆台面和平板平面相互垂直，这样不管哪个方向的水流遇到结构体后，都会被充分地撕裂和分散；在遭到圆台和平板的破坏后，水流结构发生很大的变化，由原来的一股水流撕裂分散为大小不一、流动方向各异的涡体或细小流束，水流内部能耗增大，从而导致冲刷能量极大地消减，同时水流挟沙能力变小。原来冲刷的区域冲刷程度将减弱，甚至变成淤积，原来淤积的区域将淤积更多。本发明结构体因此可起到护岸、固脚的作用。

当结构群迎向顶冲水流时，不强迫水流完全改变方向，而在透水的同时逐级消减水流的动能，改变局部水流流态，减缓主流的顶冲作用，水流偏向主槽集中，使岸滩或坡脚处的流速降低，从而达到减冲促淤、护底保滩的目的。

5、效果对比试验

5.1消能试验

①试验布置

为了解本发明结构体的消能减速效果，模型选取体积相近的块石和四面六边体框架两种构件，与本发明结构进行水流特性对比试验。试验在一玻璃水槽中进行，主要测验水流经过试验物后的水流垂线分布。为考虑不同布置方式的影响，对空心圆台插板组合结构体采用如下三种安置方式：①圆台立放小口朝上；②圆台侧卧大口迎流；③圆台侧卧小口迎流。

在试验物后面设置两个测量点，分别为试验物下游5cm(测点1)和60cm(测点2)处。用毕托管分别量测测量点上的流速垂线分布。

附图4和附图5分别为测点1和测点2的垂线流速分布图。

试验结果表明：

a、相对于无障碍而言，在各种障碍物后面的水流流速总体上都被减低。

b、本发明结构体对水流流速的削减作用强于用于对比的两种物体。

c、在靠近结构体的背面处流速的降低作用大，而且越近底部削减作用越大。

d、本发明结构体放置方式不同，对流速的影响效果也不一样，在本试验中，圆台立放小口朝上的消能作用大。

5.2冲淤试验

①试验布置

为了解本发明结构体的减冲促淤效果，选取体积相近的块石和四面六边体框架两种构件，与本发明结构体在相同的水流条件下进行冲淤特性对比试验。

②试验结果及分析

试验中可以看到在块石周围形成明显的冲坑，块石的迎流面基础被淘刷，使块石向一侧倾倒，而四面六边体框架和本发明结构体周围无明显的水流冲刷现象，比较稳定。群抛结构体，可清晰地发现空心圆台插板组合结构体比四面六边体框架具有更好的促淤效果，泥沙在本发明结构体后方大量淤积，并延伸至一定范围。

试验现象表明：

a、采用实体整治建筑物(块石)时水流在实体周围形成绕流和螺旋流，会造成局部冲刷，导致工程自身失稳而破坏；而采用透水整治建筑物(四面六边体框架、本发明结构体)，允许水流透过并消耗水流能量，可避免基础被淘刷。

b、相对于四面六边体框架群，本发明结构体具有更好的消能促淤效果，水流通过四面六边体框架群前后变化很小，只有杆件附近的水流受到一些影响，在结构群后方也没有看到有明显的泥沙淤积现象。而水流通过本发明结构体群时被撕裂、分散、挑走，结构发生很大的变化，内部形成漩涡，能量损耗，经过结构群的逐级消能后，水流变得平顺，流速降低，使结构群内部和后方一定范围内泥沙发生淤积。

由此可见，相对于实体构件，本发明结构体自身稳定，透水消能，因而可避免基础被淘刷；相对于透水构筑物中的四面六边体框架，本发明结构体采用面的组合代替杆的组合，对水流的破坏作用明显加强，消能促淤的效果也因此更加显著，并且力学性质好，不易产生破坏。

Claims (6)

1.一种空心园台护岸结构体，其特征在于：所述的护岸结构体是以混凝土为材料通过模板浇筑而成的空心园台，其园台底面直径＞园台顶面直径。

2.如权利要求1所述的一种空心园台护岸结构体，其特征在于：所述空心园台的园周面上插接有垂直于园台曲面的混凝土平板。

3.如权利要求1或2所述的一种空心园台护岸结构体，其特征在于：所述的混凝土为竹筋混凝土或钢筋混凝土。

4.如权利要求1或2所述的一种空心园台护岸结构体，其特征在于：所述空心园台园周面上插接的混凝土平板有三块，且均匀分布在空心园台的园周面上。

5.如权利要求1或2所述的一种空心园台护岸结构体，其特征在于：所述空心园台的孔壁厚度和混凝土平板的厚度应≥5cm。

6.如权利要求2所述的一种空心园台护岸结构体，其特征在于：所述的混凝土平板上由下向上开有插接槽，通过插接槽的下端开口由上至下插接到空心园台的孔壁上，并用混凝土封堵插接槽口。

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