本发明涉及桥梁基础局部冲刷防护技术领域，特别涉及一种装配式桥墩基础。
背景技术：
目前，当天然河道修建桥梁后，因其阻水作用，在桥墩周围形成的马蹄涡系造成的局部冲刷关系到桥梁的结构安全与正常运行。下潜水流作为墩前马蹄涡形成的主要原因，其强度大小与桥墩局部冲刷程度密切相关。因此，如何减弱或消除墩前下潜水流是桥墩防护的重要手段之一。
相关技术中，护圈及扩大基础等防护措施的提出均是利用了减弱或消除墩前下潜水流以减小桥墩局部冲刷的机理。对于护圈防护，需要将其安装于桥墩四周，且其伸出宽度在桥墩桩径2～3倍才能达到一定减冲效果；而扩大基础也需伸出桥墩桩径2～3倍才能达到一定减冲效果；上述护圈或扩大基础防护措施之所以需要伸出较大距离是因为下潜水流虽在底部伸出部分削减，但其紊动强度仍较大，在护圈或扩大基础外部分仍可对河床造成较大冲刷；同时，当护圈或扩大基础一旦失效，尤其扩大基础防护措施，将可能需要更大的维护成本或重新对冲刷坑采取其他防护措施。
因此，有必要设计一种新的桥墩基础，以克服上述问题。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种装配式桥墩基础，以解决相关技术中采用护圈或扩大基础防护措施，在护圈或扩大基础外部分仍会对河床造成较大冲刷，且护圈或扩大基础失效后维护成本高的问题。
第一方面，提供了一种装配式桥墩基础，其包括：桥墩主体；防护部分，其沿水流方向安装于所述桥墩主体的前侧，所述防护部分具有相对设置的顶面和底面，以及连接所述顶面内边缘与所述底面内边缘的内侧面，所述内侧面与所述桥墩主体的外表面贴合，所述防护部分还包括用于扩散及削弱下潜水流的外侧面，所述外侧面连接所述顶面外边缘与所述底面外边缘，且所述顶面外边缘较所述底面外边缘靠近所述桥墩主体。
一些实施例中，所述顶面与所述底面之间的距离小于或者等于河床表面水深h的一半，且所述底面与河床表面贴合或者埋设于河床表面以下。
一些实施例中，所述外侧面为直斜面，所述顶面外边缘与所述顶面内边缘接触，或者所述顶面外边缘与所述顶面内边缘间隔设置。
一些实施例中，所述桥墩主体横截面的两端为大小相同的半圆形，中间为矩形，且两个半圆形的半径为r1，或者所述桥墩主体的横截面为圆形，且圆形的半径为r1，所述顶面沿垂直水流方向的宽度与所述底面沿垂直水流方向的宽度的取值范围均为：
一些实施例中，当所述顶面外边缘与所述顶面内边缘接触时，所述顶面沿垂直水流方向的宽度
一些实施例中，当所述顶面外边缘与所述顶面内边缘间隔设置时，所述顶面沿垂直水流方向的宽度b'3＝r1，所述顶面沿水流方向的长度l'3＝(1/2)r1；所述底面沿垂直水流方向的宽度b3＝r1，所述底面沿水流方向的长度l3＝r1；且所述顶面外边缘与所述顶面内边缘之间的最短距离为
一些实施例中，所述顶面内边缘与所述底面内边缘均为圆弧形，且其圆心角相同，均为α1≤90°。
一些实施例中，所述外侧面为弯曲斜面，所述顶面外边缘与所述顶面内边缘接触，或者所述顶面外边缘与所述顶面内边缘间隔设置。
一些实施例中，所述防护部分还包括位于所述外侧面相对两侧的连接面，所述连接面连接所述顶面与所述底面；所述外侧面包括与所述内侧面正对的第一斜面，以及连接所述第一斜面与所述连接面的圆弧面。
一些实施例中，所述圆弧面的半径自所述顶面朝向所述底面的方向逐渐增大。
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
本发明实施例提供了一种装配式桥墩基础，由于防护部分沿水流方向安装于桥墩主体的前侧，当水流冲击到桥墩主体上，且在桥墩主体的前侧形成下潜水流时，下潜水流会沿着桥墩主体的外表面流至防护部分，避免了下潜水流直接向下冲刷河床，并且，由于防护部分的顶面外边缘较底面外边缘靠近桥墩主体，使得顶面外边缘与底面外边缘在水平方向上相隔一定距离，外侧面连接顶面外边缘与底面外边缘，使得外侧面自与顶面的连接处向底面倾斜延伸，当下潜水流向下流至防护部分的外侧面时，倾斜延伸的外侧面能够在竖直方向与水平方向对下潜水流沿程减弱，通过扩散及削弱下潜水流进而抑制桥墩主体周围马蹄涡系的发展，起到减小局部冲刷的效果；且可根据任意桥墩主体的形状，对防护部分进行预制，可针对未冲刷或冲刷较浅桥墩主体进行防护，且后期维护简单，造价可控，有着较高的经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本发明实施例提供的第一种装配式桥墩基础的立体结构示意图；
图2为图1中防护部分的俯视示意图；
图3为本发明实施例提供的第二种装配式桥墩基础的立体结构示意图；
图4为图3中防护部分的俯视示意图；
图5为本发明实施例提供的第三种装配式桥墩基础的立体结构示意图；
图6为图5中防护部分的俯视示意图；
图7为本发明实施例提供的第四种装配式桥墩基础的立体结构示意图；
图8为图7中防护部分的俯视示意图；
图9为本发明实施例提供的第五种装配式桥墩基础的立体结构示意图；
图10为图9中防护部分的俯视示意图。
图中：1、桥墩主体；2、防护部分；21、顶面；211、顶面内边缘；212、顶面外边缘；22、底面；221、底面内边缘；222、底面外边缘；23、外侧面；231、第一斜面；232、圆弧面；24、连接面；25、内侧面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种装配式桥墩基础，其能解决相关技术中采用护圈或扩大基础防护措施，在护圈或扩大基础外部分仍会对河床造成较大冲刷，且护圈或扩大基础失效后维护成本高的问题。
参见图1、图3、图9所示，为本发明实施例提供的一种装配式桥墩基础，其包括：桥墩主体1，本实施例中，桥墩主体1主要为圆墩或者圆墩沉井，当桥墩主体1为圆墩时，其横截面为圆形，且圆形的半径为r1，当桥墩主体1为圆墩沉井时，其横截面的两端为大小相同的半圆形，中间为矩形，其中半圆形的半径为r1，矩形位于半圆形一侧的宽度b1＝2r1，在其他实施例中，桥墩主体1的形状并不限于此两种，也可以是其他任意形状；防护部分2，其可以沿水流方向安装于桥墩主体1的前侧，也就是说，水流从哪个方向冲过来，防护部分2就安装在哪个方向，挡在桥墩主体1的前方，且防护部分2一般是安装在桥墩主体1的底部，并且实际使用时，防护部分2可以安装于未冲刷或冲刷较浅的桥墩主体1上，防护部分2可以具有相对设置的顶面21和底面22，在上下方向上底面22与顶面21平行，顶面21靠近桥墩主体1的一侧为顶面21的内边缘211，远离桥墩主体1的一侧为顶面21的外边缘212，且底面22靠近桥墩主体1的一侧为底面22的内边缘221，远离桥墩主体1的一侧为底面22的外边缘222，防护部分2可以具有连接顶面内边缘211与底面内边缘221的内侧面25，内侧面25可以与桥墩主体1的外表面贴合，本实施例中，由于桥墩主体1的外表面为竖直面，且一般将桥墩主体1的圆弧形侧面对准水流，所以内侧面25也为竖直的圆弧形面；防护部分2还可以包括用于削弱下潜水流的外侧面23，外侧面23连接顶面外边缘212与底面外边缘222，且顶面外边缘212较底面外边缘222靠近桥墩主体1，从而使得顶面外边缘212与底面外边缘222在水平方向上相隔一定距离，外侧面23自与顶面21的连接处向底面22倾斜延伸，当下潜水流冲击至外侧面23上后，不能顺利下潜且下潜水流的能量在斜面处开始扩散，造成其下潜到底层后竖直方向的流速大大减弱，且其部分水平方向水流的扩散也减小绕墩水流对两侧的冲刷，从扩散下潜水流入手，避免下潜水流直接作用于河床面，而是使其在垂向与横向沿程减弱，从而抑制了桥墩主体1周围马蹄涡系的发展，从而起到减小局部冲刷的效果。
参见图1所示，优选的，为保证防护部分2固定于桥墩主体1底部，可以将防护部分2采用绳索固定于桥墩主体1，在其他实施例中，也可以采用其他方式进行固定，固定方式不做限制。
参见图1所示，在一些实施例中，防护部分2的顶面21与底面22之间的距离可以小于或者等于河床表面水深h的一半，且底面22与河床表面贴合或者埋设于河床表面以下，具体的，可以将防护部分2完全安装在河床表面，使其底面22与河床表面接触，也可以将部分防护部分2埋设于河床表面以下，最高可埋至防护部分2的顶面21。
参见图1和图2所示，在一些可选的实施例中，外侧面23可以为直斜面，也就是说，通过平面将顶面外边缘212与底面外边缘222连接，且顶面外边缘212与顶面内边缘211接触，当下潜水流下流至防护部分2顶面21时，紧接着直接从顶面21流向外侧面23，并在外侧面23进行扩散。
参见图5和图6所示，在一些实施例中，外侧面23为直斜面，且顶面外边缘212与顶面内边缘211间隔设置，也就是说，防护部分2的顶面21向远离桥墩主体1的方向伸出台阶，当下潜水流流至防护部分2时，先在防护部分2顶面21的台阶上进行缓冲，将下潜水流向下的冲击力转变为水平力，并能够对该冲击力进行一定程度的削弱，然后再从顶面外边缘212下流至外侧面23上，并通过倾斜的外侧面23对下潜水流进一步削弱。
参见图1和图5所示，在一些实施例中，为避免增大桥墩主体1在垂直于水流方向的厚度，且避免增大水流流速，可以将顶面21沿垂直水流方向的宽度的取值范围设计为：
参见图2和图6所示，优选的，顶面内边缘211与底面内边缘221均为圆弧形，且其圆心角相同，均为α1≤90°，主要考虑角度不能大于90度，防止绕墩水流在45度处进一步增大。
参见图1和图2所示，优选的，当外侧面23为直斜面，且顶面外边缘212与顶面内边缘211接触时，取顶面21沿垂直水流方向的宽度
参见图5和图6所示，优选的，当外侧面23为直斜面，且顶面外边缘212与顶面内边缘211间隔设置时，取顶面21沿垂直水流方向的宽度b'3＝r1，顶面21沿水流方向的长度l'3＝(1/2)r1；底面22沿垂直水流方向的宽度b3＝r1，底面22沿水流方向的长度l3＝r1；且顶面外边缘212与顶面内边缘211之间的最短距离为
参见图3、图7、图9所示，在一些可选的实施例中，外侧面23可以为弯曲斜面，也就是说，连接顶面外边缘212与底面外边缘222的斜面可以时向外凸的弯曲弧面，同时，顶面外边缘212可以与顶面内边缘211接触，当下潜水流下流至防护部分2顶面21时，紧接着直接从顶面21流至弯曲斜面上，并在弯曲斜面上进行扩散，由于弯曲斜面较平滑，几乎没有尖锐的拐角，可以减小防护部分2锐角对水流产生不必要的加速，且弯曲斜面还具有挑流的作用；在其他实施例中，也可以是顶面外边缘212与顶面内边缘211间隔设置，防护部分2的顶面21向远离桥墩主体1的方向伸出台阶，当下潜水流流至防护部分2时，先在防护部分2顶面21的台阶上进行缓冲，将下潜水流向下的冲击力转变为水平力，并能够对该冲击力进行一定程度的削弱，然后再从顶面外边缘212下流至弯曲斜面上，并通过弯曲斜面对下潜水流进一步削弱。
参见图3、图7、图9所示，在一些实施例中，防护部分2还包括位于外侧面23相对两侧的连接面24，连接面24在上下方向上连接顶面21与底面22，且连接面24在水平方向上连接外侧面23与内侧面25，连接面24可以为竖直面，也可以为直倾斜面，还可以是弯曲斜面；外侧面23包括与内侧面25正对的第一斜面231，以及在水平方向上连接第一斜面231与连接面24的圆弧面232，也就是说，第一斜面231与其两侧的连接面24通过圆弧面232圆滑连接，可以防止流至第一斜面231上的下潜水流移动到拐角处产生加速，其中，第一斜面231可以是直斜面也可以是弯曲斜面。
参见图9和图10所示，优选的，圆弧面232的半径可以自顶面21朝向底面22的方向逐渐增大，也就是，靠近顶面21处圆弧面232的半径较小，越向下圆弧面232的半径越来越大，使得下潜水流在靠近上方时，大部分均在第一斜面231上，越向下流动逐渐扩散到两侧的圆弧面232上，进而还可以顺着圆弧面232到达连接面24上，在水平方向增大下潜水流的移动面积，使下潜水流的流路加长，增大了阻力，并且能够扩散底层横向水流的沿程强度(来流水流一般沿纵向)。
参见图3、图4、图8所示，在一些实施例中，当外侧面23为弯曲斜面时，为避免增大桥墩主体1在垂直于水流方向的厚度，且避免增大水流流速，也可以将顶面21沿垂直水流方向的宽度的取值范围设计为：
参见图4和图8所示，优选的，当外侧面23为弯曲斜面时，顶面内边缘211与底面内边缘221均为圆弧形，且其圆心角相同，均为α1≤90°，主要考虑角度不能大于90度，防止绕墩水流在45度处进一步增大。
参见图3、图4、图9、图10所示，优选的，当外侧面23为弯曲斜面，且顶面外边缘212与顶面内边缘211接触时，取顶面21沿垂直水流方向的宽度
参见图7和图8所示，优选的，当外侧面23为弯曲斜面，且顶面外边缘212与顶面内边缘211间隔设置时，取顶面21沿垂直水流方向的宽度b'4＝r1，顶面21沿水流方向的长度l'4＝(1/2)r1；底面22沿垂直水流方向的宽度b4＝r1，底面22沿水流方向的长度l4＝r1；且顶面外边缘212与顶面内边缘211之间的最短距离为
在实际使用时，可以将防护部分2的底部放置于河床的一般冲刷线处及以上，其中，一般冲刷线的位置取一般冲刷深度hp与该河段桥址处断面包络线两者中的最大值；一般冲刷深度hp的计算公式为：
其中，a为单宽流量集中系数，且
本发明实施例提供的一种装配式桥墩基础的原理为：
由于防护部分2沿水流方向安装于桥墩主体1的前侧，当水流冲击到桥墩主体1上，且在桥墩主体1的前侧形成下潜水流时，下潜水流会沿着桥墩主体1的外表面流至防护部分2，避免了下潜水流直接向下冲刷河床，并且，由于防护部分2的顶面外边缘212较底面外边缘222靠近桥墩主体1，使得顶面外边缘212与底面外边缘222在水平方向上相隔一定距离，外侧面23连接顶面外边缘212与底面外边缘222，使得外侧面23自与顶面21的连接处向底面22倾斜延伸，当下潜水流向下流至防护部分2的外侧面23时，倾斜延伸的外侧面23能够在竖直方向与水平方向对下潜水流沿程扩散及减弱，从而抑制桥墩主体1周围马蹄涡系的发展，起到减小局部冲刷的效果，从根本上减小了桥墩主体1局部冲刷；且可根据任意桥墩主体1的形状，对防护部分2进行预制，可针对未冲刷或冲刷较浅桥墩主体1进行防护，且后期维护简单，造价可控，有着较高的经济效益。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
1.一种装配式桥墩基础，其特征在于，其包括：
桥墩主体(1)；
防护部分(2)，其沿水流方向安装于所述桥墩主体(1)的前侧，所述防护部分(2)具有相对设置的顶面(21)和底面(22)，以及连接顶面内边缘(211)与底面内边缘(221)的内侧面(25)，所述内侧面(25)与所述桥墩主体(1)的外表面贴合，
所述防护部分(2)还包括用于扩散及削弱下潜水流的外侧面(23)，所述外侧面(23)连接顶面外边缘(212)与底面外边缘(222)，且所述顶面外边缘(212)较所述底面外边缘(222)靠近所述桥墩主体(1)。
2.如权利要求1所述的装配式桥墩基础，其特征在于：
所述顶面(21)与所述底面(22)之间的距离小于或者等于河床表面水深h的一半，且所述底面(22)与河床表面贴合或者埋设于河床表面以下。
3.如权利要求1所述的装配式桥墩基础，其特征在于：
所述外侧面(23)为直斜面，所述顶面外边缘(212)与所述顶面内边缘(211)接触，或者所述顶面外边缘(212)与所述顶面内边缘(211)间隔设置。
4.如权利要求3所述的装配式桥墩基础，其特征在于：
所述桥墩主体(1)横截面的两端为大小相同的半圆形，中间为矩形，且两个半圆形的半径为r1，或者所述桥墩主体(1)的横截面为圆形，且圆形的半径为r1，
所述顶面(21)沿垂直水流方向的宽度与所述底面(22)沿垂直水流方向的宽度的取值范围均为：
5.如权利要求4所述的装配式桥墩基础，其特征在于：
当所述顶面外边缘(212)与所述顶面内边缘(211)接触时，所述顶面(21)沿垂直水流方向的宽度
所述底面(22)沿垂直水流方向的宽度
6.如权利要求4所述的装配式桥墩基础，其特征在于：
当所述顶面外边缘(212)与所述顶面内边缘(211)间隔设置时，所述顶面(21)沿垂直水流方向的宽度b3'＝r1，所述顶面(21)沿水流方向的长度l'3＝(1/2)r1；
所述底面(22)沿垂直水流方向的宽度b3＝r1，所述底面(22)沿水流方向的长度l3＝r1；
且所述顶面外边缘(212)与所述顶面内边缘(211)之间的最短距离为
7.如权利要求4所述的装配式桥墩基础，其特征在于：
所述顶面内边缘(211)与所述底面内边缘(221)均为圆弧形，且其圆心角相同，均为α1≤90°。
8.如权利要求1所述的装配式桥墩基础，其特征在于：
所述外侧面(23)为弯曲斜面，所述顶面外边缘(212)与所述顶面内边缘(211)接触，或者所述顶面外边缘(212)与所述顶面内边缘(211)间隔设置。
9.如权利要求8所述的装配式桥墩基础，其特征在于：
所述防护部分(2)还包括位于所述外侧面(23)相对两侧的连接面(24)，所述连接面(24)连接所述顶面(21)与所述底面(22)；
所述外侧面(23)包括与所述内侧面(25)正对的第一斜面(231)，以及连接所述第一斜面(231)与所述连接面(24)的圆弧面(232)。
10.如权利要求9所述的装配式桥墩基础，其特征在于：
所述圆弧面(232)的半径自所述顶面(21)朝向所述底面(22)的方向逐渐增大。
技术总结