具有涉水桥梁的河床防护装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020142097.0 (22)申请日 2020.01.20 (73)专利权人 合肥工业大学 地址 230009 安徽省合肥市屯溪路193号 (72)发明人 邓西平胡甜胡超陈灵蔚 尹艺帆陈清魏松 (74)专利代理机构 合肥和瑞知识产权代理事务 所(普通合伙) 34118 代理人 王挺 (51)Int.Cl. E02B 1/00(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种具有涉水桥梁的河床防护装置 (57)摘要 本实用新型涉及涉水。

2、桥梁基础冲刷防护技 术领域， 具体是涉及一种具有涉水桥梁的河床防 护装置。 包括用于向河水中通入气体以减小在桥 墩处水流对河床冲刷的鼓风曝气系统， 用于检测 水流参数的参数检测单元， 用于依据参数检测单 元获取的数据向鼓风曝气系统发送指令的控制 系统； 参数检测单元的输出端连接控制系统的输 入端， 控制系统的输出端连接鼓风曝气系统的输 入端。 从河床面向河水中通入一定压力的气体， 能够改变桥墩周围水流结构， 阻碍桥墩前水流下 潜或桥墩周边湍流漩涡对河床的冲刷而带走桥 墩周围的泥沙， 来降低水流对桥梁基础的影响， 保证桥梁基础稳定。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 212175671。

3、 U 2020.12.18 CN 212175671 U 1.一种具有涉水桥梁的河床防护装置， 其特征在于： 包括用于向河水中通入气体以减 小在桥墩(10)处水流对河床冲刷的鼓风曝气系统和用于检测水流参数的参数检测单元， 还 包括用于依据参数检测单元获取的数据向鼓风曝气系统发送指令的控制系统(21)； 所述参 数检测单元的输出端连接控制系统(21)的输入端， 所述控制系统(21)的输出端连接鼓风曝 气系统的输入端。 2.如权利要求1所述的河床防护装置， 其特征在于： 所述鼓风曝气系统包括鼓风机(20) 和冲刷防护管网， 所述鼓风机(20)与冲刷防护管网连通； 所述控制系统(21)的输出端与鼓 。

4、风机(20)的驱动端连接。 3.如权利要求2所述的河床防护装置， 其特征在于： 所述冲刷防护管网设置在桥墩(10) 的上游来水侧和/或冲刷防护管网设置在桥墩(10)的四周。 4.如权利要求3所述的河床防护装置， 其特征在于： 所述冲刷防护管网包括与鼓风机 (20)相连通的鼓风曝气管道(27)以及设置在鼓风曝气管道(27)上且与鼓风曝气管道(27) 连通的曝气头(28)， 各个鼓风曝气管道(27)彼此连通。 5.如权利要求4所述的河床防护装置， 其特征在于： 所述曝气头(28)的上部和/或侧面 和/或底部设置有出气孔。 6.如权利要求1或2或3或4或5所述的河床防护装置， 其特征在于： 所述参数。

5、检测单元包 括水压传感器(26)， 所述水压传感器(26)的输出端与控制系统(21)的输入端连接； 或者， 所 述参数检测单元包括流速传感器(24)， 所述流速传感器(24)的输出端与控制系统(21)的输 入端连接； 或者， 所述参数检测单元包括水压传感器(26)和流速传感器(24)， 所述水压传感 器(26)的输出端和控制系统(21)的第一输入端连接， 所述流速传感器(24)的输出端和控制 系统(21)的第二输入端连接。 7.如权利要求6所述的河床防护装置， 其特征在于： 所述水压传感器(26)的外部设置有 外罩(25)， 所述外罩(25)为镂空状。 权利要求书 1/1 页 2 CN 212。

6、175671 U 2 一种具有涉水桥梁的河床防护装置 技术领域 0001 本实用新型涉及涉水桥梁基础冲刷防护技术领域， 具体是涉及一种具有涉水桥梁 的河床防护装置。 背景技术 0002 设置在河道中的桥墩减小了桥位处原河道的过水面积， 桥位处区段的河道水流加 速， 加之墩前下潜水流、 墩周马蹄涡流和垂直管状尾涡等作用， 在桥墩周围形成结构复杂的 湍流漩涡体系， 剧烈扰动的旋涡带走桥墩周围河床泥沙形成一个局部冲刷区， 桥墩基础局 部冲刷将减小桥梁基础的埋深， 造成桥梁基础受损、 桥梁承载力下降， 特别是洪水期间冲刷 剧烈， 严重还会导致桥墩失稳和桥梁倾覆。 虽然人们已就桥墩局部流场结构、 泥沙侵。

7、蚀输运 特性、 局部冲坑演变特征等进行了深入研究， 但由于湍流漩涡体系复杂， 目前仍难于全面掌 握局部冲刷演变机理， 采用一定的工程措施进行桥梁基础局部冲刷防护是常用方法。 由于 局部冲刷受水流状态、 桥墩墩形、 床沙组成、 河床形态等因素影响， 已有的桥梁基础局部冲 刷防护效果均有不足之处。 0003 剧烈扰动的旋涡带走桥墩周围河床面泥沙形成桥梁浅基， 桥梁浅基即由于桥墩周 围的泥沙被带走而导致桥墩周围的泥沙减少。 浅基桥梁不但使汛期行车安全受到威胁， 严 重还会导致桥墩失稳和桥梁倾覆。 0004 因此， 亟需解决河水冲刷带走桥墩周围的泥沙以降低冲刷对桥墩的影响。 发明内容 0005 为解决。

8、上述技术问题， 本实用新型的目的是提供了一种具有涉水桥梁的河床防护 装置， 通过向河水中鼓入气体， 局部改变水流结构， 消减水流的冲刷作用， 降低水流对桥梁 基础的影响， 保证桥梁基础稳定。 0006 为实现上述目的， 本实用新型采用了以下技术方案： 0007 一种具有涉水桥梁的河床防护装置， 包括用于向河水中通入气体以减小在桥墩处 水流对河床冲刷的鼓风曝气系统， 用于检测水流参数的参数检测单元， 用于依据参数检测 单元获取的数据向鼓风曝气系统发送指令的控制系统； 所述参数检测单元的输出端连接控 制系统的输入端， 所述控制系统的输出端连接鼓风曝气系统的输入端。 0008 进一步， 所述鼓风曝气。

9、系统包括鼓风机和冲刷防护管网， 所述鼓风机与冲刷防护 管网连通； 所述控制系统的输出端与鼓风机的驱动端连接。 0009 进一步， 所述冲刷防护管网设置在桥墩的上游来水侧和/或冲刷防护管网设置在 桥墩的四周。 0010 进一步， 所述冲刷防护管网包括与鼓风机相连通的鼓风曝气管道， 设置在鼓风曝 气管道上且与鼓风曝气管道连通的曝气头， 各个鼓风曝气管道彼此连通。 0011 进一步优选的， 所述曝气头的上部和/或侧面和/或底部设置有出气孔。 0012 进一步， 所述参数检测单元包括水压传感器， 所述水压传感器的输出端与控制系 说明书 1/4 页 3 CN 212175671 U 3 统的输入端连接；。

10、 或者， 所述参数检测单元包括流速传感器， 所述流速传感器的输出端与控 制系统的输入端连接； 或者， 所述参数检测单元包括水压传感器和流速传感器， 所述水压传 感器的输出端和控制系统的第一输入端连接， 所述流速传感器的输出端和控制系统的第二 输入端连接。 0013 进一步优选的， 所述水压传感器的外部设置有外罩， 所述外罩为镂空状。 0014 本实用新型的有益效果如下： 0015 (1)当河水从上游流至桥墩处， 河水在自身向下的重力和桥墩对其水平作用力的 共同影响下， 河水在桥墩周围形成漩涡， 漩涡带动河床上的泥沙运动， 使得桥墩所在的位置 处的泥沙减小形成漩涡凹坑， 这会影响桥墩的稳固性。 。

11、0016 向河水中通入气体， 能够改变桥墩周围水流结构， 阻碍桥墩前水流下潜或桥墩周 边湍流漩涡对河床的冲刷， 来降低水流对桥梁基础的影响， 保证桥梁基础稳定。 0017 (2)在动态的河水中， 水位越深和水的流速越大， 水压越大， 在水位不变的前提下， 通过检测水压可以获知水的流速， 依据水压的大小， 自动控制鼓风机的工作状态， 能够实现 自动控制， 实时监控。 0018 (3)水压传感器安装在河床与河水的交界处， 这是因为该处的河水是形成漩涡的 主要影响因素， 检测该处的水压， 能够提高准确性。 0019 (4)水压传感器安装在桥墩背水侧河床与河水的交界处， 检测该处的水压可以代 表冲刷水。

12、流的特征值， 也可避免河道水流的直接顶冲。 0020 (5)曝气头固定在河水中， 能够将外界的气体直接扩散在河水中， 减少气体扩散的 时间， 以便及时减小水流形成的漩涡， 达到保护桥墩的目的。 曝气头固定在河床中， 能够防 止河水中携带的物体砸中曝气头而导致其损坏。 0021 (6)本实用新型通过水压传感器采集水压传感器处压强， 判断系统根据水压信号 将指令发给控制系统， 控制系统根据指令控制曝气鼓风机的启闭和输出功率， 气动系统的 曝气头所产生的气流或气泡上行能改变河床面防冲刷区域水流结构， 阻碍墩前水流下潜或 桥墩周边湍流漩涡对河床的冲刷， 降低水流对桥梁基础的影响， 达到保护的目的。 附。

13、图说明 0022 图1和图2为本实用新型的整体结构图； 0023 图3为本实用新型的冲刷防护管网的结构图。 0024 图中标注符号的含义如下： 0025 10-桥墩 11-系梁 12-锚杆 20-鼓风机 21-控制系统 22-外壳 0026 23-导气管道 24-流速传感器 25-外罩 26-水压传感器 0027 27-鼓风曝气管道 28-曝气头 具体实施方式 0028 以下结合实施例和说明书附图， 对本实用新型中的技术方案进行清楚、 完整地描 述。 基于本实用新型中的实施例， 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， 都属于本实用新型保护的范围。 0029 实施。

14、例1 说明书 2/4 页 4 CN 212175671 U 4 0030 一种具有涉水桥梁的河床防护装置， 包括用于向河水中通入气体以减小在桥墩10 处水流对河床冲刷的鼓风曝气系统， 用于检测水流参数的参数检测单元， 本实施例中， 鼓风 曝气系统从下往上向河水中通入气体， 用于依据参数检测单元获取的数据向鼓风曝气系统 发送指令的控制系统21； 参数检测单元的输出端连接控制系统21的输入端， 控制系统21的 输出端连接鼓风曝气系统的输入端。 0031 如图1所示， 鼓风曝气系统包括固定安装在桥梁的系梁11上的鼓风机20， 鼓风机20 出风口处的导气管道23， 与导气管道23连通且固定在河床中的鼓。

15、风曝气管道27， 固定安装 在鼓风曝气管道27上的曝气头28。 鼓风曝气管道27可以只固定在桥墩10的来水侧， 来水侧 即迎水侧， 如图2所示， 也可以在桥墩10的四周都固定有鼓风曝气管道27。 曝气头28可以位 于河床中， 也可以伸入到河水中。 0032 如图1所示， 导气管道23包括三段管道， 端部的两段分别与鼓风机20和鼓风曝气管 道27相连接， 中间段固定在桥墩10中， 能够增加导气管道23的牢固性。 0033 控制系统21和鼓风机20的外部设置有外壳22， 能够防止外界因素影响它们的正常 工作。 0034 鼓风曝气管道27的数量为若干个， 如图3所示， 各个鼓风曝气管道27构成矩形管。

16、网 或环形管网， 曝气头28均匀分布在矩形管网， 盘式的曝气头28曝气气泡直径小， 气液界面直 径小， 气液界面积大， 气泡扩散均匀， 不会产生孔眼堵塞， 耐腐蚀性强， 鼓风曝气管道27的下 方连接有锚杆12， 锚杆12固定在沙石中， 能够增加鼓风曝气管道27的牢固性， 防止被水流冲 走， 该矩形管网垂宽度不小于桥墩10的宽度/或环形宽度不小于桥墩10的最大外缘尺寸。 0035 参数检测单元可以为水压传感器26， 也可以为流速传感器24， 或者， 水压传感器26 和流速传感器24共同使用， 本实施例中， 参数检测单元为水压传感器26， 型号为WMY-BQ。 水 压传感器26固定在桥墩10的背水。

17、侧， 水压传感器26的外部设置有外罩25， 外罩25为镂空状， 能够防止临水侧的水流冲击水压传感器26。 采用水压传感器26能够避免因为水流比较大， 不易防护的问题， 也能够避免因泥沙容易把检测仪器冲走的问题。 0036 控制系统21包括控制器和判断器， 判断器用于判断水压是否达到设定值， 控制器 用于向鼓风机20发送指令。 0037 实施例2 0038 在实施例1的基础上， 一种使用河床防护装置的防护方法， 包括如下步骤： 0039 S1， 将水压传感器26固定在桥梁的桥墩10的上游来水侧， 且水压传感器26的底部 位于河水与河床交界处， 以此获取河水与河床交界面处的水压。 0040 S2，。

18、 若水压大于第一设定值， 则将外界的气体经鼓风机20形成一定压强的气流输 送至河水中， 鼓风机20形成气流压强需要随河水的水流参数变化， 直至水流参数小于第二 设定值， 则停止输送气体则将外界的气体输送至河水与河床交界处， 气体向上移动且扩散 至河水中， 以减轻河水冲刷河床； 或者， 将外界的气体输送至河水中； 直至水压小于第二设 定值， 则停止输送气体， 具体步骤如下： 0041 水压传感器26获取的水压通过导线传送至控制系统21， 若该水压大于第一设定 值， 则鼓风机20将外界的气体依次通过导气管道23、 鼓风曝气管道27、 曝气头28输送至河水 中， 直至水压小于第二设定值， 则鼓风机2。

19、0停止输送气体。 0042 工作原理： 首先， 按照如图1所示的安装方法安置好装置。 接着， 通过水压传感器26 说明书 3/4 页 5 CN 212175671 U 5 来采集A处压强， 判断系统根据水压信号将指令发给自动的控制系统21， 控制系统21根据指 令控制曝气鼓风机20的启闭和输出功率， 曝气的鼓风机20在相应的输出功率下工作， 使曝 气头28产生一定量气泡或气流， 气泡或气流上行能改变河床面防冲刷区域水流结构， 阻碍 墩前水流下潜或桥墩10周边湍流漩涡对河床的冲刷， 来降低水流对桥梁基础的影响， 保证 桥梁基础稳定。 0043 取曝气头设备上部的一部分水体为研究对象， 令B处的压。

20、强( b+ 气)作用在该水 体的力为F1,该水体上部水压力作用在该水体的力为F2,该水体所受浮力为F3,该水体下潜 的加速度设为a,该水体的质量为m,重力加速度为g。 0044 由牛顿第二定律得： F2+mg-F1-F3ma。 为阻碍下潜水流的下潜， 同时间接阻碍马 蹄形漩涡的形成， 减缓水流对桥梁基础的冲刷， 则需a0,且a越大， 阻碍效果越好， 防冲刷效 果越好。 故可通过控制F1的大小来得到不同的a值。 而鼓风机20在不同输出功率p作用下， 产 生气泡的量不同， 会使得B处压强( b+ 气)不同， 从而得到不同的F1。 从能量的角度来看， 就 是要求鼓风机20在一定功率下所做的功与下潜流。

21、的位置势能之和大于下潜流的动能。 0045 A处压强为 a， 则 b与 a的关系可由曝气头设备与水压传感器26安装的位置关系 来确定， 可设 b a+ 1， 1为某一定值， 则B处的压强可表示为( a+ 气+ 1)。 故可通过水压 传感器26来采集A处压强 a， 判断系统根据水压信号将指令发给控制系统21， 控制系统21根 据指令控制曝气鼓风机20的输出功率为p,使曝气头设备产生一定量气泡， 压强为相应的 气， 则B处压强为( a+ 气+ 1)， 最终使得a0。 0046 当 a达到某个定值 0时， 控制系统21才自动启动鼓风机20， 使其具有一定的功率 P； 若 a 0,则控制系统21会自动。

22、关闭鼓风机20。 0047 A处压强为 a， 此时控制系统21控制鼓风机20输出功率为P： 0048 若 a 0， 当水流增大或减小， A处压强增加或减小 ,压强变为 a ， 水压传 感器26将相应信号传给控制系统21， 控制系统21自动调节鼓风机20的输出功率P变为相对 应的PP,最终使得a0。 即A处不同大小的压强 a,控制系统21都能调节鼓风机20,使其 具有相对应的输出功率P， 使得最终a0。 0049 若 a 0， 当水流增大， A处压强增加 ， 压强变为 0+ ， 则控制系统21自动调 节鼓风机20的输出功率P变为相对应的P0+P， 最终使得a0； 当水流减小， A处压强减小 ， 压强变为 0- ， 则控制系统21会自动关闭鼓风机20。 说明书 4/4 页 6 CN 212175671 U 6 图1 说明书附图 1/2 页 7 CN 212175671 U 7 图2 图3 说明书附图 2/2 页 8 CN 212175671 U 8 。