本實用新型屬于工程建設技術領域，具體涉及一種船體倒扣型基礎抗沖刷防護裝置。

背景技術：

我國江河眾多，河流堤防線長，許多市政工程、電力輸電線路不可避免地需要在河床內設立基礎，而河流中基礎的局部沖刷幾乎是一個不可避免的問題；這種基礎附近局部河床床面的下切現象，通常是由橋墩周圍水流的三維邊界層分離所產生的高強度的水流紊動和旋渦體系所引起的，關系到建筑物基礎的穩定。因此，河流中建筑物的設計必須考慮采取一些防護工程對基礎周圍的床面進行護底防護，以保證基礎的安全與穩定。

恒定流作用下，圓柱形基礎周圍的沖刷是一個典型的沖刷問題，最常見的如橋墩周圍局部沖刷問題，在過去的幾十年里已有學者對恒定流作用下樁底部周圍沖刷問題進行了研究。在恒定流作用下，圓柱周圍流場分布如圖1a、1b所示。圓柱的存在，使得基礎周圍的流場發生改變：圓柱的前方，形成馬蹄形漩渦，繞圓柱內側流向下游；圓柱兩側，流線收縮，水流速度加快；圓柱下游，形成尾流漩渦(包括脫落和不脫落兩種，一般是脫落)；流場中水流紊動加強。如果底部基床可侵蝕，水流的整體效應將加速泥沙的運動，導致局部沖刷。研究表明，恒定流作用下，圓柱前的馬蹄形漩渦以及兩側的流線收縮是產生局部沖刷的重要原因。

近年來研究的實體抗沖防護工程措施，主要包括拋石防護、擴大橋墩基礎防護、混凝土鉸鏈排防護、填充混凝土模袋防護、四腳混凝土塊防護等；另一類減速不沖防護工程措施，指在堤岸附近設計一些裝置來改變水流，以削弱或抑制水流沖刷力，主要包括護圈防護、橋墩的部分或整體開縫防護、墩前排樁防護、墩前淹沒翼墻防護、墩前淹沒底檻防護和墩前淹沒角檻防護等。本實用新型實體抗沖防護工程措施，因而主要對現有的實體抗沖防護工程措施進行論述與比較，如表1所示。

表1.防護方式的優缺點對比

綜合現有的防護方式，沒有一種能夠做到“施工簡單、造價低、防護效果好”三者兼顧的防護措施。

技術實現要素：

針對上述現有河流中基礎防護措施存在的問題，本實用新型提供了一種新型的船體倒扣型基礎抗沖刷防護裝置，船底的流線型造型可有效的破壞基礎前的馬蹄形漩渦，抵御兩側的流線收縮引起的淘刷，并且造船工藝成熟、運用廣泛，鋼筋混凝土材質的船體工程量與造價均較小。

為實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案：

一種船體倒扣型基礎抗沖刷防護裝置，該防護裝置采用倒扣的船體，所述船體部分或完全埋至河床介質內，所述船體將環繞基礎的沖刷坑包圍在內；其中，船頭的方向與來水方向頂沖。

優選的，倒扣的船體內部設有填充物，填充物采用河床介質。

優選的，所述船體采用鋼筋混凝土材質。

進一步的，所述船首、船尾及船舷均采用鋼筋網，其中，船底板、船舷厚度10cm，船體高度1m，船舷外表面沿切向與船底板呈48°夾角，船舷內表面與船底板呈62°夾角。

進一步的，以船首為中心的2m范圍處，鋪設厚度在0.5m內的拋石防護。

本實用新型的有益效果在于：

本實用新型將倒扣的船體應用在基礎抗沖刷防護裝置中，不僅因為現如今造船工藝成熟、運用廣泛，鋼筋混凝土材質的船體工程量與造價均較小，而且，基礎抗沖刷防護裝置可有效的破壞基礎前的馬蹄形漩渦，抵御兩側的流線收縮引起的淘刷。從而本實用新型在確保有效防護河流中建筑物基礎，抵御沖刷的前提下，兼具施工工藝成熟，易于處理，且造價和工程量小的優勢，能更好的應用于工程實踐，適合推廣運用。

附圖說明

圖1a、1b為恒定流狀態下基礎周圍水流結構的簡示圖。

圖2a、2b、2c分別為本實用新型的正視圖、后視圖、俯視圖。

圖3為本實用新型鋪設拋石防護的結構簡式圖。

圖4為本實用新型應用實施例中船體底部的具體參數(單位：cm)。

圖5為本實用新型應用實施例中船體后視圖中的角度參數。

圖中標注符號的含義如下：

1-船體 2-基礎

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。

如圖2所示，為一種船體倒扣型基礎抗沖刷防護裝置，該防護裝置采用倒扣的船體1，所述船體1部分或完全埋至河床介質內(圖2a、2b為部分、圖3為完全)，所述船體1將環繞基礎2的沖刷坑包圍在內；其中，船頭的方向與來水方向頂沖。應當注意的是，對于無明確流向的河流(如江蘇圩區大部分河流受人工控制，雙向流動)不在本實用新型的適用范圍內。

倒扣的船體1內部設有填充物，填充物采用河床介質。本實用新型中船體1采用鋼筋混凝土材質。

并且，作為一種優選的實施例，在以船首為中心的2m范圍處，鋪設厚度為0.5m的拋石防護。

應用實施例

220kV姚湖-萬匹送電線路跨越新沂河，且需在河灘上立3基鐵塔，采用鋼筋混凝土灌注樁基礎，每一鐵塔4條分拉腿分別建1根鋼筋混凝土灌注樁，樁徑1.8m。以其中一個鐵塔為例對本實用新型做進一步說明。

1、倒船形防護體的主要參數

塔基處土的物理性質指標見下表2，依據《公路工程水文勘測設計規范》(JTG C30-2015)，新沂河行洪50年一遇7800m³/s、100年一遇8600m³/s工況下，送電線路處無一般沖刷發生，局部沖刷深度分別為2.79m、2.85m，具體計算參數及成果見表3。

表2.土的物理性質指標

表3.鐵塔灌注樁沖刷計算參數表

室內模型表明，沖刷初期，樁前的行近水流受樁體阻擋分向兩側，迎水面樁前兩側首先沖刷，然后再向樁前沿擴展，并逐漸刷深，范圍擴大；此時，樁兩側也在同步刷深、拓寬。由于馬蹄形漩渦的作用，泥沙從沖刷坑內搬運到坑外時呈螺旋形上升，一部分被帶向下游掩護區內形成沙埂，一部分則被主流帶走。迎水面樁體前沖刷坑在沖刷開始后很快成形，并在較短時間內趨于穩定，當樁前的沖刷達到基本平衡時，兩側沖刷坑仍在繼續刷深、拓寬。隨時間推移，下游淤積逐漸增多，導致阻力增大，輸沙能力減弱，加上沖刷坑的沖刷深度和范圍逐漸增加，使得坑內泥沙越來越難于搬運出坑外，僅在沖刷坑內進行局部調整。坑外淤積體的形態變化漸趨穩定，沖刷坑內的局部調整也逐漸停止，最后樁體基礎2周圍的沖刷坑在一定深度和范圍下基本定型，為典型的馬蹄渦形。通過實驗得到樁體周邊沖刷坑的平面形成尺寸，樁體前端的沖刷影響范圍約為2.34倍的樁徑，兩側的影響范圍約為2.86倍的樁徑，后端約5.57倍樁徑的距離可見沙埂。船體1的尺寸需大于沖刷坑，將沖刷坑包圍在內，具體的布置和尺寸以沖刷坑的形態為而定。

針對本實施例的上述分析計算及室內實驗，確定倒扣型船體的尺寸如圖4所示，為確保安全，各個方向上的尺寸的閾度均增加。

2、施工實施方案

①采取圍堰的方式進行水下施工。圍堰設置，平整場地后，按照灌注樁的施工方式(灌注樁施工工藝不作詳述)，將灌注樁施工完成，作為樁體基礎1；

②根據樁體的位置，適當對河床進行開挖，以便將船體倒扣于河床。在樁體周圍，與河床齊平處，按照上述尺寸采用鋼筋網的形式編制船底板。按照圖5所示，編制船首、船尾及船舷。船底板、船舷厚度10cm，船體高度1m，船舷外表面沿切向與船底板呈48°夾角，船舷內表面與船底板呈62°夾角(此處經室內試驗，當船舷外表面沿切向與船底板呈48°夾角時，破壞馬蹄形漩渦的效果最好，而船舷內表面與船底板呈62°夾角有利于結構穩定且節省材料)；

③澆筑水泥。待水泥船體成形后，用清水泥抹平，確保船底平面的光滑、平順；

④在船首、船尾采用河床介質填平夯實，將船首、船尾埋于河床內。以船首為中心的2m范圍處，厚度0.5m內，鋪設拋石防護，形成如圖3所示的防護。

⑤撤去圍堰。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本實用新型的保護范圍。