CN105908687B - 海洋构筑物防冲刷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海洋构筑物防冲刷方法，包括：在目标海洋构筑物桩基周围的预设海底位置铺设软性防护装置；该软性防护装置与对应桩基固连，用以防止桩基周围的海底基面被波浪或水流冲刷。本发明充分利用冲刷的力学机理，通过在海域构筑物桩基周围的海底基面铺设软性防护装置，从而增加构筑物周围抵抗波浪、水流的冲刷能力。

Description

海洋构筑物防冲刷方法
技术领域
本发明涉及一种海洋构筑物防冲刷方法，尤其是一种针对桩基结构构筑物周围的防冲刷方法，属于海洋构筑工程领域。
背景技术
据申请人所知，海洋构筑物基础结构处于波浪、潮流动力综合作用的恶劣环境中，基础结构冲刷严重危及建筑物安全，因此，进行海洋构筑物基础结构冲刷防护是很有必要的。
对于防止海洋构筑物基础结构的冲刷，传统防护措施主要有消能减冲和护底抗冲两种（参见：高正荣、黄建维、卢中一，长江河口跨江大桥桥墩局部冲刷及防护研究研究，海洋出版社，2005.8）。消能抗冲措施主要是减少构筑物附近波、流；护底抗冲措施主要是利用块石、沙枕、沙袋、软体排等进行结构防护。这些工程措施具有造价高、施工工序复杂、周期长、投资大等特点，且这些工程措施在大浪作用下极易毁坏，修补困难。
上述两种措施主要是加强构筑物附近的抗冲刷能力。近年来，又出现了新的抗冲刷方法。一种是针对构筑物本身，如对构筑物本身结构进行防护设计（参见：成兰艳、牟献友、文恒、郝拉柱，环翼式桥墩局部冲刷防护试验，水利水电科技进展，2012.3）；另一种是用相对环保的抗冲刷结构物，如生态防护措施，主要立足水草防护，适用于河流边坡（参见：李志刚、钱七虎、陈云鹤，土工构造物边坡冲刷临界坡度研究，土木工程学报，2004，2），但对于海域海水环境，由于海水高盐特性，有腐蚀，生态防护措施并不适宜海域环境。
经检索发现，专利号CN200620009393.3、授权公告号CN200971485Y的中国实用新型专利，提出了“海底设施防冲刷加固仿生草垫”；申请号CN201110224985.2、申请公布号CN102297289A的中国发明专利申请，提出了“一种利用仿生水草覆盖治理海底管道悬空的方法”；专利号CN201320809921.3、授权公告号CN203821306U的中国实用新型专利，提出了“一种柔性防冲护垫”。以这些专利为代表的现有技术，并未提出结构简单、施工方便，且能针对海洋构筑物起到良好防冲刷作用的技术手段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种海洋构筑物防冲刷方法，能起到良好的防冲刷作用。
本发明解决其技术问题的技术方案如下：
一种海洋构筑物防冲刷方法，其特征是，包括以下步骤：
实施步、在目标海洋构筑物桩基周围的预设海底位置铺设软性防护装置；该软性防护装置与对应桩基固连，用以防止桩基周围的海底基面被波浪或水流冲刷。
本发明进一步完善的技术方案如下：
优选地，所述方法在实施步之前还包括：
试验步、根据目标海洋构筑物附近海域的水文条件，按预定算法确定模型比尺，并建立水槽正态物理模型；按模型比尺建立目标海洋构筑物桩基的微缩桩基模型，并将该微缩桩基模型安置于水槽正态物理模型内；在水槽正态物理模型中模拟目标海洋构筑物附近海域的波流运动，并在微缩桩基模型周围的海底基面形成冲刷坑，测量该冲刷坑的参数；在冲刷坑上铺设软性防护装置，调整软性防护装置铺设参数并监测冲刷坑的参数变化，以能防止冲刷坑加大加深的软性防护装置铺设参数作为备用参数；将备用参数换算后作为实施步采用的软性防护装置铺设参数。
更优选地，所述预定算法为：模型比尺，其中，λ d 为泥沙粒径比尺，即；λ s-1为泥沙容重比尺，即；模型比尺λ h0 包括垂直比尺λ h 和水平比尺λ l ，且λ h0 =λ h =λ l 。
更优选地，所述水槽正态物理模型具备的相似条件采用：水流比尺，波速比尺，波周期比尺，水质点运动比尺，波浪折射比尺，波浪破碎比尺，水流、波浪泥沙起动比尺，从而使水槽正态物理模型中的波况与目标海洋构筑物附近海域相似，所述波况包括波浪传播速度及水质点运动、波浪折射及波浪破碎。
更优选地，所述水槽正态物理模型中，模拟的水流流速V型流通过预先采集的目标海洋构筑物附近海域水体最大流速V1按水流比尺λ v 换算得出；模拟水体波动的波高H型波通过预先采集的目标海洋构筑物附近海域最大波高H1按垂直比尺λ h 换算得出。
更优选地，所述冲刷坑的参数包括形状、最大半径；所述软性防护装置铺设参数包括铺设形状、铺设尺寸、软性防护装置的高度；以备用参数换算时，将备用参数的铺设尺寸和软性防护装置高度按模型比尺放大、且备用参数的铺设形状不变，以此作为实施步采用的软性防护装置铺设参数。
优选地，所述软性防护装置包括塑料植被和土工布，两者经软性插销固连，且塑料植被位于土工布的上方；软性防护装置套设于桩基底端的周围。
与现有技术相比，本发明充分利用冲刷的力学机理，通过在海域构筑物桩基周围的海底基面铺设软性防护装置，从而增加构筑物周围抵抗波浪、水流的冲刷能力；工程量不大，施工方便，软性防护装置制作简单，拆装方便；软性防护装置本身材料耐腐蚀，更适合海水环境。
附图说明
图1为本发明具体实施所用软性防护装置的结构示意图。
图2为本发明具体实施所用软性防护装置在模型中的实施示意图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
本发明具体实施的海洋构筑物防冲刷方法包括：
试验步、根据目标海洋构筑物附近海域的水文条件，按预定算法确定模型比尺，并建立水槽正态物理模型；按模型比尺建立目标海洋构筑物桩基的微缩桩基模型，并将该微缩桩基模型安置于水槽正态物理模型内；在水槽正态物理模型中模拟目标海洋构筑物附近海域的波流运动（即波浪及水流的运动），并在微缩桩基模型周围的海底基面形成冲刷坑，测量该冲刷坑的参数；在冲刷坑上铺设软性防护装置，调整软性防护装置铺设参数并监测冲刷坑的参数变化，以能防止冲刷坑加大加深的软性防护装置铺设参数作为备用参数；将备用参数换算后作为实施步采用的软性防护装置铺设参数。
预定算法为：模型比尺，其中，λ d 为泥沙粒径比尺，即；λ s-1为泥沙容重比尺，即。模型比尺λ h0 包括垂直比尺λ h 和水平比尺λ l ，且λ h0 =λ h =λ l 。
水槽正态物理模型具备的相似条件采用：水流比尺，波速比尺，波周期比尺，水质点运动比尺，波浪折射比尺，波浪破碎比尺，水流、波浪泥沙起动比尺，从而使水槽正态物理模型中的波况与目标海洋构筑物附近海域相似，波况包括波浪传播速度及水质点运动、波浪折射及波浪破碎。
水槽正态物理模型中，模拟的水流流速V型流通过预先采集的目标海洋构筑物附近海域水体最大流速V1按水流比尺λ v 换算得出；模拟水体波动的波高H型波通过预先采集的目标海洋构筑物附近海域最大波高H1按垂直比尺λ h 换算得出。
冲刷坑的参数包括形状、最大半径；软性防护装置铺设参数包括铺设形状、铺设尺寸和软性防护装置的高度；以备用参数换算时，将备用参数的铺设尺寸和软性防护装置高度按模型比尺放大、且备用参数的铺设形状不变，以此作为实施步采用的软性防护装置铺设参数。
实施步、在目标海洋构筑物桩基周围的预设海底位置铺设软性防护装置；该软性防护装置与对应桩基固连，用以防止桩基周围的海底基面被波浪或水流冲刷。
如图1所示，软性防护装置包括塑料植被1和土工布2，两者经软性插销固连（图中未示），且塑料植被位于土工布的上方；如图2所示，软性防护装置套设于桩基3底端的周围。
采用该结构的软性防护装置具有造价低，工序简单，耐腐蚀等优点，特别适合海水腐蚀环境。在海洋环境下，土工布兼具消浪和抗水流冲刷的作用，而凹凸不平的塑料植被可以把构筑物附近水流对底床的破坏作用耗散掉。
具体实验案例：
某海洋构筑物桩基为圆柱体，直径5.0m，海域水深10.0m，最大流速2.0m/s，波高2.50m，该海域的泥沙中值粒径为0.96mm，泥沙容重。
首先，通过水文测验采集目标桩基附近海域的环境参数，环境参数包括底质柱状取样泥沙中值粒径d50、目标海洋构筑物附近海域水体最大流速V1，波高H1，水深h；即d50=0.96mm，V1=2.0m/s，H1=2.50m。
然后，进行本实施例方法的试验步：
建立的水槽正态物理模型中，采用煤粉作模型沙，其容重，煤粉中值粒径d50为0.14mm。据此计算得到模型比尺=70。
水流比尺=8.367，模拟的水流流速V型流=0.239m/s。模拟水体波动的波高H型波=0.0357m。按此模拟波流冲刷后，冲刷坑的形状似勺形，最大半径为0.15m。
在冲刷坑铺设塑料植被土工布结构的软性防护装置，通过试验发现，铺设形状为圆形、铺设半径为0.15m、塑料植被的高度为0.03m，，这样可有效防护桩基冲刷。（注：潮流强、波浪大则采用较高的塑料植被，潮流弱、波浪小则采用较低的塑料植被，可根据实际情况酌情调整塑料植被的高度）将铺设半径、塑料植被高度按模型比尺λ h0 放大后，应用于实施步。最后，进行本实施例方法的实施步：按得到的软性防护装置铺设参数进行铺设。
结果表明，该方法以简单方式即能对海洋构筑物形成有效防冲刷作用。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种海洋构筑物防冲刷方法，其特征是，包括以下步骤：
试验步、根据目标海洋构筑物附近海域的水文条件，按预定算法确定模型比尺，并建立水槽正态物理模型；按模型比尺建立目标海洋构筑物桩基的微缩桩基模型，并将该微缩桩基模型安置于水槽正态物理模型内；在水槽正态物理模型中模拟目标海洋构筑物附近海域的波流运动，并在微缩桩基模型周围的海底基面形成冲刷坑，测量该冲刷坑的参数；在冲刷坑上铺设软性防护装置，调整软性防护装置铺设参数并监测冲刷坑的参数变化，以能防止冲刷坑加大加深的软性防护装置铺设参数作为备用参数；将备用参数换算后作为实施步采用的软性防护装置铺设参数；
所述预定算法为：模型比尺其中，λd为泥沙粒径比尺，即λs-1为泥沙容重比尺，即模型比尺λh0包括垂直比尺λh和水平比尺λl，且λh0＝λh＝λl,
所述冲刷坑的参数包括形状、最大半径；所述软性防护装置铺设参数包括铺设形状、铺设尺寸、软性防护装置的高度；以备用参数换算时，将备用参数的铺设尺寸和软性防护装置高度按模型比尺放大、且备用参数的铺设形状不变，以此作为实施步采用的软性防护装置铺设参数；
实施步、在目标海洋构筑物桩基周围的预设海底位置铺设软性防护装置；该软性防护装置与对应桩基固连，用以防止桩基周围的海底基面被波浪或水流冲刷；
所述软性防护装置包括塑料植被和土工布，两者经软性插销固连，且塑料植被位于土工布的上方；软性防护装置套设于桩基底端的周围。
2.根据权利要求1所述海洋构筑物防冲刷方法，其特征是，所述水槽正态物理模型具备的相似条件采用：水流比尺波速比尺波周期比尺水质点运动比尺波浪折射比尺λ'h＝λl，波浪破碎比尺λH＝λh＝λl，水流、波浪泥沙起动比尺λvc＝λv，从而使水槽正态物理模型中的波况与目标海洋构筑物附近海域相似，所述波况包括波浪传播速度及水质点运动、波浪折射及波浪破碎。
3.根据权利要求2所述海洋构筑物防冲刷方法，其特征是，所述水槽正态物理模型中，模拟的水流流速V型流通过预先采集的目标海洋构筑物附近海域水体最大流速V1按水流比尺λv换算得出；模拟水体波动的波高H型波通过预先采集的目标海洋构筑物附近海域最大波高H1按垂直比尺λh换算得出。
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