CN111560917A - 一种可拆装快速溃口修复结构物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可拆装快速修复溃口的结构物。该结构以带切角及扎丝孔的钢筋混凝土三棱柱为单元，多个单元通过铁丝束经过扎丝孔绑扎集联成框架结构，单独或集联形成溃口快速修复结构物。本发明提出的溃口封堵可拆装快速修复结构物既能利用钢筋混凝土材料的强度特性，增加溃口底部的抗冲刷能力，又能利用框架结构自身的特点在高速水流中稳定下来，消减溃口水流动能，降低溃口流速，形成溃口稳定的骨架，然后在溃口处投入沙袋或松散沙石土料，实现堤坝溃口的快速封堵。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种可拆装快速溃口修复结构物。是防洪减灾领域的一项发明。
背景技术
世界各地有数量巨大的堤防保护人们的生命财产安全。仅我国的堤防总长就超过41万公里。堤坝溃口引起洪涝灾害，对于人民生命财产安全威胁很大。
传统堤坝溃口封堵采用在溃口处打桩形成稳定结构，抵御溃口水流，然后抛投沙包或砂石土料的方法。这种方法需要使用大型机械在溃口处打桩，以稳定松散的砂石土料；传统封堵方法对溃口区域地形、交通、承载能力和施工运输条件要求较高；封堵溃口对所用的桩和料石有一定规格尺寸要求，溃口现场附近不一定有足够量的材料。此外，块石等封堵材料都不可再生，过度开采会对环境造成一定的破坏。近些年来，多面体混凝土预制块已经成为一种新型的防汛堵口材料，在溃口抢险中正逐步得到应用，并取得了较好的应用效果。
混凝土四面体作为人工预制材料在施工截流、溃口封堵中应用广泛，集联起来的混凝土四面体在水中有更好的稳定性，可以有效拦截水流，抵抗水流冲击。混凝土四面体人工预制块具有重度大、体积可控、取材方便、可统一制作加工、可在施工现场集联进一步加大重量，能够有效封堵溃口等诸多优点。
二十世纪五十年代，前苏联水利学家研究截流的时候提出了骨架式抛投体。提出的骨架式抛投体有很多种，四面体框架是其中的一种。当时的四面体透水框架是由前苏联水电设计研究院设计制作的，它制作了混凝土框架、钢筋混凝土框架和钢框架。虽然这种四面体透水框架是为了截流而设计的，但是后来主要运用在河道中，用来护岸和防冲促淤。
四面体透水框架的流场特性研究成果比较少，在一个对比四面体透水框架和实体正四面体水流特性的实验中，通过对尾流场的平均流速和紊动强度等水力参数的垂线分布进行定量和定性分析，得出四面体透水框架和实体四面体在防冲时的最优布置方向为迎流面；正四棱锥实体混凝土块与四面体透水框架相比所诱导的在近床面区域绕流场的流速损失和紊动强度明显更高，所以容易导致局部冲刷的发生；四面体透水框架的阻力系数随着雷诺数的增加不会一直增加，而是达到峰值后趋于一个常数值。这说明透水四面体框架抛入水中后，因为通过多个框架杆件消能降低了水流的速度，从而降低了水流对河床泥沙的冲刷。而透水四面体良好的透水性降低了自身所受的行进水流作用力，增加了自身的抗滑性和抗倾覆性。四面体透水框架兼具透水和阻水作用，把集中消能变成了分散消能，拥有减速促淤的作用。四面体透水框架通过内部空隙和六条边的混凝土杆件，改变溃口流场特性，实现消能降速，快速形成松散沙石的支撑骨架。
已有的模型试验结果证明了上述观点，通过对比四面体透水框架和四棱锥实体混凝土块的抗冲特性发现，水流条件相同时，相同尺寸四棱锥实体混凝土块的起动流速比大多数四面体透水框架的要小；四棱锥实体混凝土投入水中后，水的动能转化为尾部涡旋的能量，增大了对周围水流的干扰，容易导致冲刷。但是水流通过四面体透水框架时，因为杆件的绕流作用，使得流场重新分布，降低了底面河床的水流流速，有利于泥沙的淤积。大量随机堆积的四面体透水框架在溃口处形成骨架，错落结合，降低水流速度，防止溃口底部冲刷，其减速促淤的机理在于随机排列杆件的阻流、折冲、绕流产生的尾部涡旋耗散水流能量，从而能实现溃口的快速封堵。
溃口封堵结构物需要能在高速水流中稳定下来，能够减小溃口流速，防止溃口水流对河床泥沙的冲刷，快速形成骨架，支撑松散沙石土料，实现溃口封堵。
传统的抛投松散砂石土料的溃口封堵方法，要用到打桩机械，对桩和料石有一定规格尺寸要求，料石不可再生，溃口封堵慢，土石料流失多；实心混凝土四面体预制块重量大、存储运输不便，工厂生产预制不便，集联不便，抛投入溃口抗冲击能力较差，会造成溃口底部冲刷，不易快速形成支撑骨架；四面体透水框架存储运输不便，工厂生产预制不便，不便形成多种集联结构。
发明内容
基于上述溃口封堵方法的不足之处，本发明提出了一种溃口封堵可拆装快速修复结构物。它是以工厂预先生产好的钢筋混凝土三棱柱预制件为基本单元，根据堤坝溃口类型，预制件单元可以在堤坝溃口现场任意组合成如四面体透水框架、三杆六脚框架等各种结构，把组合好的结构物单个或集联投入溃口形成骨架，然后投入沙石土料，实现堤坝溃口的快速封堵。
由于四面体透水框架、三杆六脚框架等结构物受到的水流阻力比较小，可以快速地下沉到水流底部，其在动水中具有良好的稳定性，形成松散沙石土料的支撑骨架；由于自身良好的流场特性，能够抵御溃口水流的冲击；可以降低水流对对河床泥沙的冲刷；同时该结构物生产、运输、存储方便，无需动用大型施工机械，有利于各种地形条件堤坝溃口修复使用。
本发明提出的溃口封堵可拆装快速修复结构物既能利用钢筋混凝土材料的强度特性，增加溃口底部的抗冲刷能力，又能利用框架结构自身的特点在高速水流中稳定下来，消减溃口水流动能、降低溃口流速，形成骨架。然后投入松散沙石土料，实现堤坝溃口的快速封堵。
附图说明
为了更清楚地说明本发明设计的溃口修复结构物，以下通过附图来对实际操作中的各项使用进行简要说明介绍。通过附图展示了本发明的各项组件，然而，该附图仅示出部分实施例，并非限于所公开的特定方法范围。就本领域的普通技术人员而言，基于不进行创造性劳动的前提，可根据附图获得其他相关附图。在下述附图中：
图1展示了根据本发明实施提供的带切角的三棱柱结构单元示意图；
图2显示了三棱柱单元纵向受力钢筋及箍筋示意图；
图3A-B是以三棱柱为结构单元的空心四面体结构示意图；
具体实施方式
如图1、2所示，这种可拆装快速溃口修复结构物，用于溃口的快速修复，所述结构包括三棱柱单元1、扎丝孔2以及箍筋3。
实施例1
在如图3所示实施例中，空心正四面体由六根带有切角的三棱柱单元组成，每三个单元顶端切角处利用铁丝通过扎丝孔2绑扎成标准正四面体。三棱柱单元用C25混凝土浇筑制成，横截面为边长30厘米的等边三角形；三棱柱单元长度为300厘米。每个带切角的三棱柱单元1在浇铸之前预留三组Y型扎丝孔2，扎丝孔2直径3厘米。溃口修复结构每三个单元顶端切角处扎丝孔2选用1～2根直径为9mm的绑扎铁丝并作一根穿过孔2进行绑扎，形成空心正四面体溃口修复结构物。
实施例2
本实施例为实施例1的扩展。将一个空心正四面体混凝土结构物与其它一个或数个空心正四面体混凝土结构物，使用上述绑扎铁丝在相邻的任意单元中部的扎丝孔2进行绑扎，使结构具有联结能力，以抵御更大的溃口流速。
实施例3
本实施例为实施例1的变形。将每两根三棱柱单元1带有切角的顶端与一根三棱柱单元1中间扎丝孔2相联结，共计六根三棱柱单元形成三杆六脚结构，单独或集联形成溃口修复结构物。
实施例4
本实施例是对实施例1的变形改进。将三根三棱柱单元1通过扎丝孔2进行中间连接，形成立体交叉状带有六个端部的结构，单独或与实施例1、实施例3 集联形成溃口修复结构物。
实施例5
本实施例是对实施例4的变形，主要抛投于溃口底部，防止溃口底部冲刷。将三棱柱单元1通过扎丝孔2与另一个三棱柱单元顶端联结，共计四个三棱柱单元，形成平面四脚结构，单独或与实施例1、实施例3集联形成溃口修复结构物。
Claims (7)
1.一种可拆装快速修复溃口的结构物，用于抛投于堤坝溃口处，防止溃口底部冲刷，降低溃口水流流速，形成溃口支撑结构，以利于最终用沙石散料封堵堤防溃口。所述结构包括：C25混凝土浇筑的带切角的钢筋混凝土三棱柱单元，所述三棱柱单元在两端切角处及单元中部带有三组Y型互通的扎丝孔；三棱柱单元在两端切角呈边长30厘米的等边三角形；如图1。三棱柱单元按结构要求布置Ф12纵向受力钢筋和Ф8横向箍筋，如图2。
2.根据权利要求1所述的溃口修复结构物，其特征在于，所述三棱柱具有两端切角特征。
3.根据权利要求1所述的溃口修复结构物，其特征在于，所述三棱柱单元在两端切角及单元中部具有扎丝孔，每根三棱柱单元共有三组Y型互通的扎丝孔。
4.根据权利要求1所述的溃口修复结构物，其特征在于，在三棱柱单元按结构要求布置纵向受力钢筋和横向箍筋。
5.根据权利要求1所述的溃口修复结构物，其特征在于，每个正四面体混凝土结构物(如图3)与其它一个或数个正四面体混凝土结构物，可以在相邻的任意单元中部的扎丝孔2进行绑扎，使正四面体结构集联，抛投于堤坝溃口处，以抵御更大的溃口流速。
6.根据权利要求1所述的溃口修复结构物，其特征在于，根据使用目的的不同，可以组合产生多种变形结构，单独或集联形成溃口修复结构物。
7.根据权利要求1所述的溃口修复结构物，其特征在于，单独或集联形成溃口修复结构物在复堤后可拆解为三棱柱单元回收利用。
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