本發(fā)明屬于水利水電工程中使用的泄洪消能設(shè)施領(lǐng)域，特別涉及應(yīng)用在低佛氏數(shù)、大單寬流量下的攔水建筑物的閘墩以及橋墩。

背景技術(shù)：

閘墩或橋墩設(shè)計的不合理，會增加過水建筑物對水流的阻力，降低泄水建筑物的泄流能力，更有甚者造成墩前雍水和墩后水翅等惡劣水力學(xué)現(xiàn)象，加劇對墩座基礎(chǔ)的沖刷，可能造成支撐基礎(chǔ)破壞導(dǎo)致工程失事。

傳統(tǒng)的閘墩或橋墩，其墩體為全實體結(jié)構(gòu)，墩體的上游端通常為半圓形或橢圓形、下游端通常為流線形或圓弧曲線。相關(guān)研究表明，傳統(tǒng)閘墩或橋墩雖然可以使水流受到的阻力減小到一定程度，但墩前會產(chǎn)生明顯的雍水現(xiàn)象，墩后會出現(xiàn)水翅。一旦遭遇超標(biāo)洪水，傳統(tǒng)的閘墩或橋墩的阻水效應(yīng)大大增加，會加劇墩前與墩后的繞流沖刷，沖刷嚴重時將會破壞墩體附近的地基基礎(chǔ)，極大可能造成工程失去穩(wěn)定性而發(fā)生事故。因此，傳統(tǒng)的閘墩或橋墩無法保證工程實際的安全運行，有必要對其進行改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供分縫式閘墩和分縫式橋墩，以進一步降低水流受到的來自閘墩或橋墩的阻力，增加過水建筑物的泄流能力，降低工程失事的風(fēng)險。

本發(fā)明提供的分縫式閘墩或橋墩是在傳統(tǒng)閘墩或橋墩基礎(chǔ)上進行的改進，分為縱向分縫式、橫向分縫式和十字分縫式三種類型，這三種類型屬于一個總的發(fā)明構(gòu)思。

本發(fā)明所述縱向分縫式閘墩或橋墩，由墩體組成，所述墩體具有頂面、底面、上游端面、下游端面、前側(cè)面和后側(cè)面，墩體上設(shè)置有一條縱向分縫，該縱向分縫貫穿墩體的頂面及上游端面和下游端面，其中心線與墩體的縱向中心線重合；

當(dāng)為閘墩時，縱向分縫的寬度b1＝(0.05～0.3)B，式中，B為墩體的寬度，縱向分縫的深度h1＝(0.8～0.9)H，式中，H為墩體的高度；

當(dāng)為橋墩時，縱向分縫的寬度b1＝(0.05～0.3)B，式中，B為墩體的寬度，縱向分縫的深度h1＝(0.5～0.8)Y，式中，Y為河流最大水深。

上述縱向分縫式閘墩或橋墩，所述墩體的寬度B與長度L之比為1︰(3～10)。

本發(fā)明所述縱向分縫式閘墩或橋墩適用于比較順直河道處過水建筑物閘室的中間墩體，或順直河道處的大橋橋墩。

本發(fā)明所述橫向分縫式閘墩或橋墩，由墩體組成，所述墩體具有頂面、底面、上游端面、下游端面、前側(cè)面和后側(cè)面，墩體上設(shè)置有一條橫向分縫，該橫向分縫貫穿墩體的頂面及前側(cè)面和后側(cè)面，其中心線與墩體的橫向中心線重合；

當(dāng)為閘墩時，橫向分縫的寬度b2＝(0.2～0.5)B，式中，B為墩體的寬度，橫向分縫的深度h2＝(0.8～0.9)H，式中，H為墩體的高度；

當(dāng)為橋墩時，橫向分縫的寬度b2＝(0.2～0.5)B，式中，B為墩體的寬度，橫向分縫的深度h2＝(0.5～0.8)Y，式中，Y為河流最大水深。

上述橫向分縫式閘墩或橋墩，所述墩體的寬度B與長度L之比為1︰(3～10)。

本發(fā)明所述橫向分縫式閘墩或橋墩適用于處于彎曲河道處的過水建筑物閘室中間墩體，或彎曲河道處大橋橋墩。

本發(fā)明所述十字分縫式閘墩或橋墩，由墩體組成，所述墩體具有頂面、底面、上游端面、下游端面、前側(cè)面和后側(cè)面，所述墩體上設(shè)置有一條縱向分縫和一條橫向分縫，所述縱向分縫貫穿墩體的頂面及上游端面和下游端面，其中心線與墩體的縱向中心線重合，所述橫向分縫貫穿墩體的頂面及前側(cè)面和后側(cè)面，其中心線與墩體的橫向中心線重合，使縱向分縫與橫向分縫形成相互貫通的十字形結(jié)構(gòu)；

當(dāng)為閘墩時，縱向分縫的寬度b1＝(0.05～0.3)B，橫向分縫的寬度b2＝(0.2～0.5)B式中，B為墩體的寬度，縱向分縫和橫向分縫的深度相同，且均為(0.8～0.9)H，式中，H為墩體的高度；

當(dāng)為橋墩時，縱向分縫的寬度b1＝(0.05～0.3)B，橫向分縫的寬度b2＝(0.2～0.5)B，式中，B為墩體的寬度，縱向分縫和橫向分縫的深度相同，且均為(0.5～0.8)Y，式中，Y為河流最大水深。

上述十字分縫式閘墩或橋墩，所述墩體的寬度B與長度L之比為1︰(3～10)。

本發(fā)明所述十字分縫式閘墩或橋墩適用于寬闊河流上的中間閘墩，或?qū)掗熀恿魃洗髽?、跨海大橋的橋墩、海洋平臺的樁柱體型。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1.與傳統(tǒng)閘墩或橋墩相比，本發(fā)明所述分縫式閘墩或橋墩對水流的阻礙能力大大降低，水流所受阻力明顯減小，因而有效減輕了墩前的雍水現(xiàn)象，消除或基本消除了墩后的水翅現(xiàn)象，使過水建筑物的泄流能力增加，從而降低工程失事的風(fēng)險，特別適用于工作在低佛氏數(shù)、大單寬流量下的過水建筑物減小閘墩或橋墩對水流的阻力。

2.本發(fā)明所述分縫式閘墩或橋墩，縱向分縫式使得通過縫隙的高速水流由于在墩后產(chǎn)生尾波，引起更大的能量損失，從而減小水流受到的縱向阻力；橫向分縫式使得通過縫隙的的水流在閘墩或橋墩兩側(cè)水面平衡，減小水流受到的橫向阻力，適用于處于彎道水流的水工建筑物；十字分縫式能同時減小水流橫向和縱所受的阻力，適用于寬闊河流上的大橋、跨海大橋的橋墩或者海洋平臺的樁柱體型。

3.本發(fā)明所述的分縫式閘墩或橋墩結(jié)構(gòu)非常簡單，施工容易，檢修方便。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述縱向分縫式閘墩的主視圖；

圖2是圖1俯視圖；

圖3是圖1的側(cè)視圖；

圖4是本發(fā)明所述橫向分縫式閘墩的主視圖；

圖5是圖4的俯視圖；

圖6是圖5的側(cè)視圖；

圖7是本發(fā)明所述十字分縫式閘墩的主視圖；

圖8是圖7的俯視圖；

圖9是圖7的側(cè)視圖；

圖10是本發(fā)明所述縱向分縫式橋墩的主視圖；

圖11是圖10俯視圖；

圖12是圖10的側(cè)視圖；

圖13是本發(fā)明所述橫向分縫式橋墩的主視圖；

圖14是圖13的俯視圖；

圖15是圖13的側(cè)視圖；

圖16是本發(fā)明所述十字分縫式橋墩的主視圖；

圖17是圖16的俯視圖；

圖18是圖16的側(cè)視圖；

圖19是實施例1中橫向分縫式閘墩修筑在河床上的示意圖；

圖20是實施例1中橫向分縫式閘墩在河道中的布置示意圖。

圖中，1—墩體，1-1—頂面，1-2—底面，1-3—上游端面，1-4—下游端面，1-5—前側(cè)面，1-6—后側(cè)面，2—縱向分縫，3—閘門槽，4—橫向分縫，5—基礎(chǔ)，6—閘室底板，7—河道。

具體實施方式

下面通過具體實施方式對本發(fā)明所述分縫式閘墩或橋墩作進一步說明。

實施例1

本實施例所述縱向分縫式閘墩，形狀和結(jié)構(gòu)如圖1-圖3所示，由墩體1組成，所述墩體具有頂面1-1、底面1-2、上游端面1-3、下游端面1-4、前側(cè)面1-5和后側(cè)面1-6，墩體頂面1-1和底面1-2為水平面，前側(cè)面1-5和后側(cè)面1-6為鉛垂面且設(shè)置有閘門槽3，上游端面1-3為圓弧面，下游端面1-4為流線形面，墩體上設(shè)置有一條縱向分縫2，該縱向分縫2貫穿墩體的頂面及上游端面和下游端面，其中心線與墩體的縱向中心線重合。墩體寬度B＝6.0m，墩體高度H＝50m，墩體長度L＝30m，縱向分縫寬度為b₁＝1.8m、深度h₁＝45m。

對比例1

該對比例為全實體閘墩，除墩體上沒有縱向分縫外，形狀及其余結(jié)構(gòu)和尺寸與實施例1相同。

將實施例1和對比例1所述閘墩進行1:100模型試驗，分別模擬用作順直河道處泄水建筑物閘室中間墩體，模擬閘前水深為30m，模擬行進流速為2.0m/s。

試驗結(jié)果：相同水力工況下，對比例1所述全實體閘墩墩前有比較明顯的雍水現(xiàn)象，閘室內(nèi)水面有很明顯的側(cè)收縮現(xiàn)象，墩后出現(xiàn)了水翅；實施例1所述縱向分縫式閘墩墩前基本沒有雍水現(xiàn)象，墩后未出現(xiàn)水翅，閘室內(nèi)水流平穩(wěn)。相同來流條件下，對比例1所述全實體閘墩的阻力系數(shù)約為0.85，實施例1所述縱向分縫式閘墩的阻力系數(shù)約為0.46，相對于比例1所述全實體閘墩，阻力系數(shù)下降45％。

實施例2

本實施例中所述橫向分縫式閘墩的如圖4-圖6所示，由墩體1組成，所述墩體具有頂面1-1、底面1-2、上游端面1-3、下游端面1-4、前側(cè)面1-5和后側(cè)面1-6，墩體頂面1-1和底面1-2為水平面，前側(cè)面1-5和后側(cè)面1-6為鉛垂面且設(shè)置有閘門槽3，上游端面1-3為半圓形面，下游端面1-4為流線形面，墩體上設(shè)置有一條橫向分縫4，該橫向分縫4貫穿墩體的頂面及前側(cè)面和后側(cè)面，其中心線與墩體的橫向中心線重合。墩體寬度B＝6.0m，墩體高度H＝50m，墩體長度L＝30m，橫向分縫寬度為b₂＝3.0m，深度h₂＝40m。

對比例2

該對比例為全實體閘墩，除沒有橫向分縫外，形狀及其余結(jié)構(gòu)和尺寸與實施例2相同。

將實施例2和對比例2所述閘墩進行1:100模型試驗，分別模擬用作彎曲河道處泄水建筑物閘室中間墩體，在河床上的修筑示意圖和在河道中的布置圖分別見圖19、圖20，模擬閘前水深為30m，模擬行進流速為2.0m/s。

試驗結(jié)果：相同水力工況下，對比例所述全實體閘墩墩前有比較明顯的繞流現(xiàn)象，閘室內(nèi)一側(cè)水面有很明顯的降低現(xiàn)象，出閘水流有比較嚴重的脫壁現(xiàn)象；實施例2所述橫向分縫式閘墩墩前的繞流現(xiàn)象減輕，閘室內(nèi)左右兩側(cè)水深基本相等，出閘水流沒有脫壁現(xiàn)象，大大減輕了橫向環(huán)流對水流的影響作用。相同來流條件下，對比例2所述全實體閘墩的阻力系數(shù)約為1.0，實施例2所述縱向分縫式閘墩的阻力系數(shù)約為0.7，相對于對比例2所述全實體閘墩下降30％。

實施例3

本實施例所述十字分縫式橋墩結(jié)構(gòu)如圖16-圖18所示，由墩體1組成，所述墩體具有頂面1-1、底面1-2、上游端面1-3、下游端面1-4、前側(cè)面1-5和后側(cè)面1-6，墩體頂面1-1和底面1-2為水平面，前側(cè)面1-5和后側(cè)面1-6為鉛垂面，上游端面1-3和下游端面1-4為圓弧形面，墩體上設(shè)置有一條縱向分縫2和一條橫向分縫4，所述縱向分縫2貫穿墩體的頂面及上游端面和下游端面，其中心線與墩體的縱向中心線重合，所述橫向分縫4貫穿墩體的頂面及前側(cè)面和后側(cè)面，其中心線與墩體的橫向中心線重合，使縱向分縫與橫向分縫形成相互貫通的十字形結(jié)構(gòu)。墩體寬度B＝6.0m，墩體長度L＝30m，墩體高度H＝120m，縱向分縫寬度為b₁＝1.2m，橫向分縫寬度為b₂＝1.2m，縱向分縫和橫向分縫的深度相同，均為60m。

對比例3

該對比例為全實體橋墩，除沒有縱向和橫向分縫外，形狀及其余結(jié)構(gòu)和尺寸與實施例3相同。

將實施例3和對比例3所述橋墩進行1:200的波浪水池模型試驗，分別模擬用作跨海大橋橋墩，模擬海水水深為100m。

試驗結(jié)果：相同水力工況下，當(dāng)波浪傳播到對比例3所述全實體橋墩上時會發(fā)生比較明顯的波浪繞射現(xiàn)象，且迎波面有明顯的爬壁現(xiàn)象，其對海洋水流的阻礙作用明顯；實施例3所述十字分縫式橋墩大大減弱了波浪繞射現(xiàn)象，波浪從槽縫中穿過，迎波面基本無爬壁現(xiàn)象。實施例3所述十字分縫式橋墩的阻力系數(shù)相對于對比例3所述全實體橋墩下降60％，所受到波浪力相對于對比例3所述全實體橋墩下降50％以上，增加了橋墩的安全穩(wěn)定性，提高了大橋的抗風(fēng)浪等級。