CN204097961U - 一种控导河势及稳定河道主流的结构 - Google Patents

一种控导河势及稳定河道主流的结构 Download PDF

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胡健
曹文洪
张国新
商峰
戴清
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Abstract

本实用新型公开了一种控导河势及稳定河道主流的结构,包括:沿河中心主流位置设置的多个桩墩结构组成的双排串列桩墩群;其中,所述双排串列桩墩群为两个桩墩结构为一组,且串列排列若干组的结构。本实用新型公开的结构,通过河道主槽内的桩群与水流的三维交互作用,对桩群周围的河床产生局部冲刷,进一步加深和稳定河道的深泓线,引导更多的水流归顺河道深泓,从而远离河岸或河道内的重要保护区域,实现了河势的控导及河道主流的稳定。

Description

一种控导河势及稳定河道主流的结构
技术领域
[0001] 本实用新型涉及水利工程技术领域,尤其涉及一种控导河势及稳定河道主流的结 构。
背景技术
[0002] 为了稳定河势、确保两岸安全,在河道整治工程中常采用河道护岸控导整治措施。 目前常用的河势控导工程是在堤岸附近或河道浅滩区设置护坡、护岸、丁坝等水工建筑物, 通过两岸的控导工程来实现对河势的控制。在设置堤防的河流,以护坡、护岸、丁坝等水工 建筑物组成护滩控导工程,采用"以坝护弯、以弯导流"的整治模式,主要利用挡水、挑流、 束窄过流等控导水流,用岸滩护导工程改变河道的水流流向,控导水流、稳定河势和保护岸 滩,从而保护河岸或河道内的重点区域。实践证明,在河床稳定性较强的河道,传统技术可 较为直接、有效地实现对河势的控导。护岸控导措施在险工治理工程上的成功地运用,提高 了治河工程的功能效用,有效地保护河岸稳定和防洪堤的安全。
[0003] 但对于频繁发生洪水且河床抗冲性较差的河道,水流对河岸的侵蚀和冲刷极为突 出,常造成河岸崩塌而主流脱溜和河势改变,造成坝岸工程频繁抢险的被动局面,危及堤防 和城镇村庄的安全,常常给沿岸地区的人民生产生活带来严重的灾害与巨大的经济损失。 在新疆地区一些游荡性河道两岸堤防十分薄弱,甚至没有堤防,如何稳定主流是亟待解决 的技术问题。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的是提供一种控导河势及稳定河道主流的结构,通过河道主槽内 的桩群与水流的三维交互作用,对桩群周围的河床产生局部冲刷,进一步加深和稳定河道 的深泓线,引导更多的水流归顺河道深泓,从而远离河岸或河道内的重要保护区域,实现了 河势的控导及河道主流的稳定。
[0005] 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006] -种控导河势及稳定河道主流的结构,包括:
[0007] 沿河中心主流位置设置的多个桩墩结构组成的双排串列桩墩群;
[0008] 其中,所述双排串列桩墩群为两个桩墩结构为一组,且串列排列若干组的结构。
[0009] 由上述本实用新型提供的技术方案可以看出,通过在河中心主流位置设置双排串 列桩墩群,对于河滩宽阔、主流不稳定的河床,利用连续串列的桩墩建筑物与水流对河床地 形的塑造作用,沿顺流方向形成连续的冲刷坑来稳定河道的深泓线位置通过桩墩群加强对 主流的控导作用,并对河床地形再塑造形成连续的冲刷坑来稳定河道的深泓线位置,达到 加强对主流的控导作用,提高主槽的过流与输沙能力、减少泥沙淤积,从而有效控制游荡型 河道主流的流路,实现了河势的控导及河道主流的稳定。
附图说明
[0010] 为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要 使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施 例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图 获得其他附图。
[0011] 图1为本实用新型实施例提供的一种控导河势及稳定河道主流的结构的示意图;
[0012] 图2为本实用新型实施例提供的一种控导河势及稳定河道主流的结构平面布置 示意图;
[0013] 图3为本实用新型实施例提供的双排串列桩群试验中20根桩墩结构的冲深示意 图;
[0014] 图4为本实用新型实施例提供的双排串列桩群试验中中心线纵剖面图。
具体实施方式
[0015] 下面结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实 施例。基于本实用新型的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例,都属于本实用新型的保护范围。
[0016] 本实用新型实施例的方案着眼于河道桩墩引起水流冲刷局部河床、刷深主槽归导 主流,利用多桩与水流之间的相互作用,引起河床冲刷形成的连续冲刷坑,从而增加河道的 深泓点水深。河道内的桩墩冲刷是水流与河床相互作用的结果,桩墩、基桩等建筑物改变了 局部水流运动结构,在建筑物周围一定范围内会发生河床变形,产生冲刷。
[0017] 对于河滩宽阔、主流不稳定的河床,利用连续串列的桩墩建筑物与水流对河床地 形的塑造作用,沿顺流方向形成连续的冲刷坑来稳定河道的深泓线位置通过桩墩群加强对 主流的控导作用,并对河床地形再塑造形成连续的冲刷坑来稳定河道的深泓线位置,达到 加强对主流的控导作用,提高主槽的过流与输沙能力、减少泥沙淤积,从而有效控制游荡型 河道主流的流路。
[0018] 当水流通过桩墩时,水流过流断面颈缩,来流在桩墩的顶冲处水面产生局部壅高、 局部压强增大,在桩柱迎水面前沿产生向下流动冲刷河床。同时,水流沿柱面向河道中心 侧转流,断面上流速发生扭曲,产生很强的剪切作用,从而产生一系列马蹄形旋涡。当水流 绕过柱面两侧后发生分离时又不断释放出尾流旋涡。这些复杂的旋涡结构导致水流强烈脉 动,冲刷桥台附近的床面泥沙,掀起的床沙都被旋涡挟带流走,最终形成桩墩附近局部冲刷 坑。
[0019] 另外,双排桩的左右排列形式利用两排桩之间的相互影响,加深与稳定桩间的冲 刷坑。沿水流方向串列的前后排列形式使水流连续与桩墩作用,将前后桩形成的冲刷坑连 接在一起,形成主流深泓线。
[0020] 实施例
[0021] 图1为本实用新型实施例提供的一种控导河势及稳定河道主流的结构的示意图。 如图1所示,该结构主要包括:
[0022] 沿河中心主流位置设置的多个桩墩结构组成的双排串列桩墩群;
[0023] 其中,所述双排串列桩墩群为两个桩墩结构为一组,且串列排列若干组的结构。
[0024] 进一步的,每一组中两个桩墩结构的间距为3D至6D,串列排列的组与组的之间间 距为4D至8D ;所述D表示桩墩结构的直径或对角线长度。
[0025] 进一步的,所述桩墩结构的横截面形态包括:圆形、正方形或长方形。
[0026] 进一步的,桩墩结构的固定方式包括:深埋式、浅埋式、悬空扰流式。
[0027] 进一步的,所述桩墩结构为塑料、竹子、木头、混凝土桩和/或铁组成。
[0028] 为了便于进一步理解本实用新型,下面结合附图2-4做进一步说明。
[0029] 本实用新型实施例中,双排串列桩墩群的主要特征形式为双排串列的透水建筑物 的形式,桩墩群按一定间隔排列形式设置在河中心主流位置,通过水流刷深桩群局部河床 形成稳定的冲刷带,促进更多水流归槽,稳定主流方向,减少河道内主流的摆动。
[0030] 如图2所示,双排串列桩墩群沿河中心主流位置设置,所述双排串列桩墩群为两 个桩墩结构为一组,且串列排列若干组的结构(图2中的数量仅为便于表示,在实际工作中 可根据情况进行设置)。
[0031] 本实用新型实施例中,从现场施工、结构强度等方面考虑,单个桩墩结构的直径 (或对角线长度)D可以设定以1〜2m。根据模型试验效果验证,桩间距离过大则冲刷坑各 自独立,难以形成带状冲刷;桩间距离过小,则桩间水流流速受到较大阻力,同样冲刷效果 不理想。每一组中两个桩墩结构的间距为3D〜6D,串列排列的组与组的之间间距为4D〜 8D〇
[0032] 另外,天然条件下,河道边界并不是顺直的,主流方向沿河道也是弯曲下行的。因 此,实际施工中可根据天然主流的曲折方向平顺布置。
[0033] 单个桩墩结构横截面形态可以采用圆形、正方形或长方形。通常情况可采用圆形, 一方面可减少局部水流中的能量损失,有利于水流较为平顺地通过桩群,减少桩体所受的 水流冲击力,另一方面从桩体本身的制造工艺、桩体本身抗拉、压、剪力和抗变形方面也更 佳。
[0034] 桩墩结构的材料一般以混凝土为主要材料,也可采用其它材料,可选用的桩体材 料包括塑料桩、竹桩、木桩、混凝土桩、铁桩等。在实际施工中,可利用钻孔、振动、水力冲孔 等工艺将预制或浇注混凝土桩直接插入河床深处。
[0035] 根据河道内的桩墩结构固定方式,桩的形式可分为深埋桩、浅埋桩、悬空扰流桩等 几种形式。深埋桩采用在河床上通过钻孔或打桩等方法的深埋固定在河道床面,其结构稳 定主要依靠桩柱的基础埋深。悬空扰流桩则是桩柱悬浮在水流之中,底部与床面未采用固 定的联接方式,而是通过桩柱上段露出水面的部分与其它固定建筑物联接。浅埋桩介于两 者之间,底部通过较浅的埋深固定,上段则类似扰流桩的固定联接。
[0036] 根据泥沙物理模型冲刷效果论证,双排串列桩宜采用深埋桩的形式,床面以上的 桩既可以是出露水面的高桩,也可以是桩顶低于水面的潜桩形式。
[0037] 另一方面,为了验证本实施例所提供的控导河势及稳定河道主流的结构,而进行 了试验。该试验中采用泥沙物理模型试验技术论证了双排串列桩群的冲刷效果。根据模 型相似设计原则采用正态系列泥沙模型试验,系列模型是一种利用泥沙运动不相似的模型 通过外延取得试验成果的一种方法,通过利用一系列的不完全相似的模型取得相似试验成 果;其作法是借助于不同比尺的正态系列模型,通过延伸系列模型试验结果预测床面附近 的冲刷坑。试验均遵循《河工模型试验规程》SL 99-2012、《水工(常规)模型试验规程》SL 155-2012。
[0038] 本次试验方案考虑的影响因素包括桩墩结构间距、桩墩结构的埋深程度(包括深 埋桩、浅埋桩和悬空扰流桩)、桩群排列方式等,详见表1 :
Figure CN204097961UD00061
[0040] 根据各方案试验结果,得出如下结论:
[0041] (1)悬浮扰流、浅埋和深埋三种桩墩设置形式均能引起局部水流变化,对床面泥沙 局部冲刷的效果以深埋桩最强烈,浅埋桩次之,悬浮桩最弱。
[0042] (2)通过对不同桩距和水流条件的试验,模型得到在天然流速I. 8m/s、桩间距离 为4倍的桩直径时,串列桩的上下游桩墩之间形成的冲刷坑可连成带状冲刷槽,起到局部 刷深主槽、归顺与稳定主流作用。但受上游桩的扰流与荫蔽作用影响,在水流与串列桩的入 流角度为零时,位于上游的部分串列桩附近形成了带状冲刷槽,下游桩墩附近的冲刷强度 明显减弱。
[0043] (3)从不同排列形式的冲刷效果来看,双排串列桩(方案5)的效果要好于单排串 列桩(方案4),在原型控导试验中建议采用双排桩的形式。
[0044] 上述方案5中的试验结果如图3-4所示,图3为20根桩墩结构的冲深示意图;其 中,A、B桩分别为沿河道方向排列的左排、右排串列桩;图4为中心线纵剖面图。
[0045] 本实用新型实施例基于通过刷深主河道内的深泓使水流自动集中的引导水流思 路,利用双排串列桩墩群建筑物主动调节和改变洪水的流动状态,通过设置在河道内主流 区的串列桩墩群建筑刷深局部河床,归顺主流、稳定主河的深泓线,引导河势演变远离沿岸 重要工业和生活区,保护沿岸地区人民的正常生产与生活,是河势控制和河道治理的一种 新思路和新方法。
[0046] 另外,双排串列桩墩群控导主流的技术区别于传统实体坝的控导工程,利用桩墩 建筑物改变洪水的流动状态,主动引导和控制河势演变的新思路和新方法。双排串列桩墩 群具有一次修成、不需抢险、利用水流泥沙相互作用控导河势等优点,同时具有结构简单、 施工机械化程度高、运用安全可靠、不用抢险防守、占地少等优点,在一定程度上可弥补传 统河道整治工程被动防护的缺点。
[0047] 该技术在一定程度上填补了桩群稳定主流和控制河势的研究空白,具有较大的应 用和推广价值。
[0048] 以上所述,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不 局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内,可轻易想到 的变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应该 以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1. 一种控导河势及稳定河道主流的结构,其特征在于,包括: 沿河中心主流位置设置的多个桩墩结构组成的双排串列桩墩群; 其中,所述双排串列桩墩群为两个桩墩结构为一组,且串列排列若干组的结构。
2. 根据权利要求1所述的结构,其特征在于,每一组中两个桩墩结构的间距为3D至 6D,串列排列的组与组的之间间距为4D至8D ;所述D表示桩墩结构的直径或对角线长度。
3. 根据权利要求1或2所述的结构,其特征在于,所述桩墩结构的横截面形态包括:圆 形、正方形或长方形。
4. 根据权利要求1或2所述的结构,其特征在于,桩墩结构的固定方式包括:深埋式、 浅埋式、悬空扰流式。
5. 根据权利要求1或2所述的结构,其特征在于,所述桩墩结构为塑料、竹子、木头、混 凝土桩和/或铁组成。
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