CN108166446A - 江河边岸孔管式消能护坡 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种江河边岸孔管式消能护坡，包括平行于河道边岸布置在岸坡前方河床上的两排管体，两排管体之间平行间隔设置；靠近河床中心线的前排管体突出河床高度低于远离河道中心线后排管体突出河床的高度；在每个管体侧壁上分别开设有多个消能孔。本发明优点在于设置的前、后两排管体既起到消能作用，又分解了河道边岸顶冲水体的流量，通过对水流适度影响，达到防护河道岸坡目的，且对河流水环境影响较小。开设在管体侧壁上的多个消能孔增加了防护工程的消能作用，使防护由被动变为主动，改善了防护工程周围的水流边界条件，形成落淤区防护基底河床和边岸；同时管状结构体受力条件好，材料普遍，管体轻、方便施工、施工快，造价低。
Description
技术领域
本发明涉及江河边岸防护工程，尤其是涉及江河边岸孔管式消能护坡。
背景技术
江河治理工程中，人们结合不同时期的生产条件，对水流斜冲、顶冲边岸、水流束窄段需采取一定的工程防护措施，达到使河道岸坡安全、水流平稳输送目的。目前，按江河边岸防护体结构约束性质可分为刚性和柔性两种防护结构。通常在河道平顺段多采取刚性防护结构，在河道弯曲变形段采用柔性防护结构。刚性防护结构有现浇混凝土、预制混凝土、模袋混凝土、钢筋混凝土墙、浆砌石墙等；刚性防护结构整体性好，抗冲能力强，在约束水流、稳定岸坡、美化环境方面效果明显，主要缺点是适应变形能力差，受河底冲刷变形、背坡土基变形影响，破坏多为断裂、局部垮塌、滑移等，对河道边岸结构特性改变较大，不利于自然生态延续。柔性防护结构主要特点是有一定变形空间，防护材料单体间约束小，常见的有散抛石、笼石、柳石枕、多脚混凝土预制块等；柔性防护结构优点是适应变形能力强，易施工；缺点是抗冲能力弱，在较大洪水时易损坏，受到的破坏多为局部塌落、夹带走失等，为加强防护的整体性，工程上大多用笼石小单元结构弥补。
无论是刚性防护结构或柔性防护结构，其防护原理都是依靠自身抵抗冲击或挑流离岸，较少考虑模仿自然土坡土质特性进行主动改变近岸水流流态和能量，达到稳定防护基底河床、维持总体流势目的。因此，如何模拟自然岸坡特点来主动消减近岸水能，达到安全防护目的和统筹上、下游河势自然演变，是本领域技术人员研究的课题。
发明内容
本发明目的在于提供一种江河边岸孔管式消能护坡，实现模拟自然岸坡特点来主动消减近岸水能。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述的江河边岸孔管式消能护坡，包括平行于河道边岸布置在岸坡前方河床上的两排管体，所述的两排管体之间平行间隔设置；靠近所述河床中心线的前排管体突出河床的高度低于远离河道中心线的后排管体突出河床的高度；在每个管体的侧壁上分别开设有多个消能孔。
所述前排管体突出河床的高度低于或等于所述后排管体突出河床高度的二分之一。
所述后排管体突出河床的高度低于所述河道边岸0.5m～1m。
开设在所述每个管体侧壁上的多个消能孔分布于该管体的迎水面和背水面90°弧线区域内，开孔率≤所述90°弧线区域的30%；每个管体侧壁上的多个消能孔分布密度自下而上逐渐增大。
所述前、后排管体均为管径相同的PE管，后排管体的顶端布置有直流安全电压标示灯。
本发明优点在于设置的前、后两排管体既起到消能作用，又分解了河道边岸顶冲水体的流量，通过对水流适度影响，达到防护河道岸坡目的，且对河流水环境影响较小。开设在管体侧壁上的多个消能孔增加了防护工程的消能作用，使防护由被动变为主动，改善了防护工程周围的水流边界条件，形成落淤区防护基底河床和边岸；同时管状结构体受力条件好，材料普遍，管体轻、方便施工、施工快，造价低。
附图说明
图1是本发明的平面布置示意图。
图2是图1的Ⅰ-Ⅰ向结构示意图。
图3是图1的Ⅱ-Ⅱ向结构示意图。
图4是图1的Ⅲ-Ⅲ向结构示意图。
图5是本发明所述消能孔的开孔区分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1-4所示，本发明所述的江河边岸孔管式消能护坡，包括平行于河道边岸1布置在岸坡前方河床2上的两排管体3、4，两排管体3、4之间平行间隔设置；靠近河床中心线5的前排管体3突出河床2的高度为远离河道中心线5的后排管体4突出河床2高度的二分之一，后排管体4突出河床2的高度低于河道边岸1高度0.5m～1m；在每个管体3、4的侧壁上分别开设有多个消能孔6、7。前、后排管体3、4之间的间距及后排管体4与河道边岸1之间的间距，视河流大洪水水深及防护区地形确定；空间关系主要指管体3、4高度、大洪水水深和河道边岸1高之间的参照关系。
如图5所示，开设在每个管体3、4侧壁上的多个消能孔6、7分布于该管体的迎水面和背水面90°弧线区域内，开孔率≤90°弧线区域的30%。
如图3、4所示，每个管体3、4侧壁上的多个消能孔6、7分布密度自下而上逐渐增大。
前、后排管体3、4均采用管径相同的PE管；后排管体4的顶端根据需要，可以间隔一定距离布置直流安全电压标示灯8，起到安全警示作用。
如图2所示，两排管体3、4之间平行间隔设置，促使削减区间形成的涡体能量，使管体3、4前后均形成缓流落淤区9，从而起到保护自身及边岸河床地基作用。前排管体3位于迎水面前方，突出河床2部分高度为后排管体4的二分之一，从而削弱已形成的大涡体向后排管体4推进。
本发明工作原理简述如下：
江河边岸复杂水流由于涡动叠加，使得防护工程底部河床2水流漩涡更有利搬移河床土粒，出现根部下切淘挖现象。减弱回流及漩涡强度，则可削减水流对河床2的不利作用，变近岸强水流区为弱水流区，使河床2由冲刷变为淤积。
天然河道高水位时，斜冲、顶冲部位的水流状态为紊流，具有旋涡性、扩散性和耗散性的特点。紊流场的输送通过旋涡传递，维持紊流的运行，紊流的能量损失主要是在能量级串的末级小尺度旋涡的黏性耗散实现的，小尺度旋涡在能量耗散方面的作用十分显著。紊流旋涡的逐级分裂破碎过程有使紊流运动趋于均匀化和各向同性化的作用，它使小尺度的旋涡各向异性大大减弱以致接近各向同性；小尺度旋涡受流场边界条件的影响也逐渐减弱，直致与流场边界条件无关。
天然河道弯道段的紊流，属剪切紊流中近壁紊流下的边界层紊流，紊动涡流由大到小，沿壁面传播，靠近底部附近紊动强度最大，靠近水面紊动强度最弱，且由边岸向内减弱。
本发明采取双排孔管式消能防护体（即所述的前、后排管体3、4）改变了水流涡动边界层空间，限制了大涡体形成环境；约束了大涡体的叠加输送，加速分解大涡体为小涡体，减小水流涡动速度，使水位局部壅高，动能降低。
本发明的先进性体现在：
传统河道防护设计，偏重防护，以结构强度抵抗复杂水流作用，不考虑防护对水流的主动消能。本发明采取双排孔管式消能防护体，在坡面河滩布置高、低双排分流消能孔管设施，利用管体透水和反射结构改变涡动水体，分解临近区间涡体，阻止区间大涡形成，起到主动消能、减缓水流对河床2及防护自身的作用，维持水流一定区域的惯性流态。
本发明的创新性体现在：
提出并利用了防护工程（即所述的前、后排管体3、4）自身结构孔流消能的创新技术，发明了具有防护、稳流多功能的孔管式护坡新结构型式，增加了河道治理工程的安全保障途径。本发明在防护结构中增加自身孔洞（消能孔6、7）消能措施，通过改变近岸流速和流量，主动防御，改变了防护工程被动的弱点，从消能量级上考虑了上下游河势稳定。
Claims (5)
1.一种江河边岸孔管式消能护坡，其特征在于：包括平行于河道边岸布置在岸坡前方河床上的两排管体，所述的两排管体之间平行间隔设置；靠近所述河床中心线的前排管体突出河床的高度低于远离河道中心线的后排管体突出河床的高度；在每个管体的侧壁上分别开设有多个消能孔。
2.根据权利要求1所述的江河边岸孔管式消能护坡，其特征在于：所述前排管体突出河床的高度低于或等于所述后排管体突出河床高度的二分之一。
3.根据权利要求1或2所述的江河边岸孔管式消能护坡，其特征在于：所述后排管体突出河床的高度低于所述河道边岸0.5m～1m。
4.根据权利要求1或2所述的江河边岸孔管式消能护坡，其特征在于：开设在所述每个管体侧壁上的多个消能孔分布于该管体的迎水面和背水面90°弧线区域内，开孔率≤所述90°弧线区域的30%；每个管体侧壁上的多个消能孔分布密度自下而上逐渐增大。
5.根据权利要求1或2所述的江河边岸孔管式消能护坡，其特征在于：所述前、后排管体均为管径相同的PE管，后排管体的顶端布置有直流安全电压标示灯。
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