江河岸坡仿水草消能防护结构.pdf

本发明公开了一种江河岸坡仿水草消能防护结构，包括沿顺水流方向水平固定在江河护坡坡面上的开缝钢管和置于其内的仿水草柔性消能体，开缝钢管为沿护坡坡面上、下间隔布置的多层；仿水草柔性消能体为间隙套装于开缝钢管内的内钢管，内钢管上沿轴向间隔缠绕有多根仿水草柔性纤绳，每根仿水草柔性纤绳的端部均延伸出开缝钢管的开缝之外并与低密度浮球固定连接；低密度浮球的直径大于开缝钢管的开缝宽度。本发明优点在于消除因防护导致河底冲刷下切加大、破坏防护基础的现象。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，减弱防护基底河床的冲刷变形；仿水草柔性消能体可以灵活调整位置和更换，延长了工程使用年限。

1.  一种江河岸坡仿水草消能防护结构，其特征在于：包括沿顺水流方向水平固定在江河护坡坡面上的开缝钢管和置于其内的仿水草柔性消能体，所述开缝钢管为沿护坡坡面上、下间隔布置的多层；所述仿水草柔性消能体包括间隙套装于开缝钢管内的内钢管，所述内钢管上沿轴向间隔缠绕有多根仿水草柔性纤绳，所述每根仿水草柔性纤绳的端部均延伸出开缝钢管的开缝之外并与低密度浮球固定连接；所述低密度浮球的直径大于开缝钢管的开缝宽度。

2.  根据权利要求1所述的江河岸坡仿水草消能防护结构，其特征在于：所述内钢管为开缝内钢管，所述开缝内钢管内沿轴向间隙插装有卡条，所述卡条的宽度大于开缝内钢管的缝宽，卡条上沿轴向固定有布边，所述多根仿水草柔性纤绳均与所述布边固定连接；所述开缝钢管的两管口分别设置有管堵，所述管堵内端面上设置有定位轴，所述定位轴延伸至开缝内钢管的管口中。

3.  根据权利要求1或2所述的江河岸坡仿水草消能防护结构，其特征在于：所述开缝钢管的长度为6米-9米，沿顺水流方向相邻的开缝钢管上、下交错布置。

江河岸坡仿水草消能防护结构
技术领域
本发明涉及江河岸坡结构，尤其是涉及江河岸坡仿水草消能防护结构。
背景技术
江河治理工程中，对河道水流斜冲、顶冲边岸、水流束窄段，需要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，修建防护工程使用的主要材料概括可分为四大类：土木结构，砖石结构，混凝土结构，混合结构。土木结构材料以夯土、木桩和植物枝蔓为主；砖石结构以烧制砖、块石为主，主要以砌护结构体抵抗水流冲刷；混凝土结构有整体现浇护坡、膜袋混凝土护坡、钢筋混凝土透水桩坝结构等；混合结构综合土木和砌体联合利用。
按防护体结构约束性质可分为刚性结构和柔性结构两种，通常，在河道平顺段，多采取刚性结构；在河道弯曲变形段，采用柔性结构。刚性防护多采用现浇混凝土、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。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，常见工程措施有散抛石、笼石、柳石枕、多脚混凝土预制块等，优点是适应变形能力强，易施工；缺点是抗冲能力弱，遇较大洪水时易损坏。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。
通常，在大江大河的治理中，较多采取砌石和混凝土结合的刚性结构边岸防护，近些年来较多采用钢丝网笼石柔性结构，应用较广。但无论哪一种防护结构，其防护的原理都是依靠自身抵抗冲击或挑流离岸，偏重于被动适应河床变形，较少主动改变近岸水流流态和能量来达到稳定防护基底河床。如何通过利用江河岸坡防护自身结构达到主动消减近岸水能以达到安全目，目前还未见诸有关报道。
发明内容
本发明目的在于提供一种江河岸坡仿水草消能防护结构。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述的江河岸坡仿水草消能防护结构，包括沿顺水流方向水平固定在江河护坡坡面上的开缝钢管和置于其内的仿水草柔性消能体，所述开缝钢管为沿护坡坡面上、下间隔布置的多层；所述仿水草柔性消能体为间隙套装于开缝钢管内的内钢管，所述内钢管上沿轴向间隔缠绕有多根仿水草柔性纤绳，所述每根仿水草柔性纤绳的端部均延伸出开缝钢管的开缝之外并与低密度浮球固定连接；所述低密度浮球的直径大于开缝钢管的开缝宽度。
所述内钢管为开缝内钢管，所述开缝内钢管内沿轴向间隙插装有卡条，所述卡条的宽度大于开缝内钢管的缝宽，卡条上沿轴向固定有布边，所述多根仿水草柔性纤绳均与所述布边固定连接；所述开缝钢管的两管口分别设置有管堵，所述管堵内端面上设置有定位轴，所述定位轴延伸至开缝内钢管的管口中。
所述开缝钢管的长度为6米-9米，沿顺水流方向相邻的开缝钢管上、下交错布置。
本发明优点在于消除因防护导致河底冲刷下切加大、破坏防护基础的现象。将仿水草柔性材料和刚性措施相结合，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，减弱防护基底河床的冲刷变形；仿水草柔性消能体可以灵活调整位置和更换，延长了工程使用年限。
附图说明
图1是本发明所述开缝钢管布置于江河护坡坡面上的示意图（图中隐去仿水草柔性纤绳和低密度浮球）。
图2是图1的A-A向断面结构示意图。
图3是图2的B-B向剖面图。（图中隐去江河护坡）。
图4是本发明所述开缝钢管和置于其内的仿水草柔性消能体的装配示意图。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明所述的江河岸坡仿水草消能防护结构，包括沿顺水流方向1通过预埋锚栓水平固定在江河护坡坡面2上的开缝钢管3和置于其内的仿水草柔性消能体，根据江河岸坡的高程，开缝钢管3可以沿护坡坡面2上、下间隔布置两层、三层或多层，开缝钢管3的长度根据不同坡段在6米-9米之间选择，相邻坡段的开缝钢管3上、下层交错布置，这样便于更换开缝钢管3内的仿水草柔性消能体。
如图3-4所示，仿水草柔性消能体为间隙套装于开缝钢管3内的开缝内钢管4，开缝内钢管4内沿轴向间隙插装有卡条5，卡条5的宽度大于开缝内钢管4的缝宽以避免卡条5自缝中穿出，卡条5上沿轴向固定有布边6，布边6上沿长度方向间隔固定有多根仿水草柔性纤绳7，仿水草柔性纤绳7采用PET-PP聚酯/聚丙烯材料制成，仿水草柔性纤绳7的长度根据防护水流情况确定，布边6和多根仿水草柔性纤绳7缠绕在开缝内钢管外周面，每根仿水草柔性纤绳7的端部均延伸出开缝钢管3的开缝之外并与低密度浮球8固定连接，低密度浮球8的直径大于开缝钢管3的开缝宽度，以避免低密度浮球8进入开缝钢管3的内腔；开缝钢管3的两管口分别设置有管堵9，管堵9内端面上设置有定位轴10，定位轴10延伸至开缝内钢管4的管口中以起到定位开缝内钢管4作用。
本发明消能防护原理简述如下：         
江河边岸复杂水流由于涡动叠加，使得防护工程底部河床水流漩涡更有利搬移河床土粒，使得根部出现下切淘挖现象。减弱回流及漩涡强度，则可削减水流对河床的不利作用。
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。紊流场能量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，因此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，沿坡面2传播，靠近底部附近紊动强度最大，靠近水面紊动强度最弱，且由边岸向内逐渐减弱。
仿水草柔性消能防护改变了水流涡动空间，低密度浮球8和仿水草柔性纤绳7漂浮于水中对水流起到拖拽作用，阻止了涡体的输送，起到加速分解大涡体为小涡体、减小水流涡动速度作用，使水位局部壅高，动能降低，从而达到对江河岸坡消能防护目的。