一種底床原位粗化防沖刷保護裝置及方法

本公開涉及水利工程防護，具體地，涉及一種底床原位粗化防沖刷保護裝置及方法。

背景技術：

1、在波、流的作用下，底床泥沙往往會發生沖刷，導致底床降低。在結構物和建筑物基礎附近，沖刷導致的沖刷坑隨處可見，并且，沖刷坑的形成導致激流中的橋梁、大海中的風電平臺傾斜、倒塌情況年年可見。

2、目前，對于沖刷問題，已研究出被動防護措施和主動防護措施，但是這些措施的實施，不僅需要大量人力物力和時間成本，還具有一定的局限性。隨著新材料的出現，會催生一些新的工程技術。因此，需要不斷發展新的防沖刷保護技術以解決河流和大海中結構物周圍的局部沖刷問題。

3、根據對國內外相關文獻、報道和水中樁墩周圍局部沖刷防護工程情況的調研，目前的防沖刷方法種類較多，包括：采用環翼、開縫等改變樁墩結構的主動防護方法；采用拋石、水草墊、砂被、混凝土連鎖排、固化土的被動防護方法。其中，固化土法是將固化材料和水攪拌后澆注到需要保護的水下底床面，但這種方法主要存在三個缺陷：

4、1)當工程區發生整體沖刷(普遍侵蝕)或者存在較大沙波時，固化漿料固結后形成的固結層邊緣會首先發生沖刷，一旦侵入固結層底部，底部掏空速度加劇，形成大范圍的懸空；

5、2)固化漿體與橋墩等結構物基礎會固結在一起，一旦固化土底部掏空，則容易發生傾斜和傾倒，嚴重危及結構物安全；

6、3)當底部流速較大時，由于固化漿體的流動性較好，施工過程中的流失量較大；

7、其它防沖刷方法也有各自的不同的缺陷，當今仍不斷出現橋梁因沖刷而垮塌、樁基因沖刷而傾倒的事故。因此，研發新的防沖刷保護方法具有十分重要的現實意義。

技術實現思路

1、針對現有技術中的缺陷，本公開的目的是提供一種底床原位粗化防沖刷保護裝置及方法。

2、根據本公開的一個方面，提供一種底床原位粗化防沖刷保護裝置，包括：

3、母船、高壓注漿泵、牽引部件、耙形框架、犁刀、高壓管道、噴頭、混合部件；

4、所述母船通過牽引部件與所述耙形框架連接，所述高壓注漿泵設置在所述母船上，所述犁刀設置在所述耙形框架的底部，所述噴頭設置在所述犁刀的一端，所述高壓管道的一端與所述高壓注漿泵連接，所述高壓管道的另一端與所述噴頭連接，所述混合部件設置在所述犁刀的一端，所述犁刀用于貫入底床，所述高壓注漿泵用于將固化材料通過所述高壓管道輸送至所述噴頭噴出，所述混合部件用于混合所述固化材料和所述底床原位泥沙。

5、可選地，還包括定位裝置，所述定位裝置設置在所述母船上，所述定位裝置用于定位所述母船所在的位置坐標。

6、可選地，還包括傳感器組件，所述傳感器組件包括壓力傳感器、水深傳感器、兩軸傾角傳感器、三軸傾角傳感器，所述壓力傳感器設置在所述犁刀上，所述水深傳感器設置在所述耙形框架上，所述兩軸傾角傳感器設置在所述牽引部件的一端上，所述三軸傾角傳感器設置在所述犁刀的另一端上。

7、可選地，所述壓力傳感器用于檢測所述底床的壓力，所述水深傳感器用于檢測所述耙形框架所在位置的水深，所述兩軸傾角傳感器用于檢測所述牽引部件的傾斜角度，所述三軸傾角傳感器用于檢測所述犁刀的傾斜角度。

8、可選地，還包括張弛部件，所述張弛部件設置在所述耙形框架上，并且，所述張弛部件與所述牽引部件的另一端連接，所述張弛部件用于調節所述耙形框架的運動速度。

9、可選地，還包括振動部件，所述振動部件設置在所述犁刀上，所述振動部件用于向所述犁刀提供振動。

10、可選地，還包括閥門，所述閥門設置在所述高壓管道上，所述閥門用于打開或者關閉所述高壓管道。

11、可選地，還包括防陷輪胎，所述防陷輪胎設置在所述耙形框架的底部，所述防陷輪胎用于防止所述耙形框架陷入所述底床。

12、根據本公開的第二方面，提供一種底床原位粗化防沖刷保護方法，包括：

13、根據預設的底床位置信息，控制母船通過牽引部件牽引耙形框架向預設的底床位置運動；

14、當張弛部件以預設頻率停止運動時，控制振動部件振動；

15、控制高壓注漿泵通過高壓管道將固化材料輸送至噴頭噴出；

16、采用混合部件混合所述固化材料和所述預設的底床位置的原位泥沙，形成防沖刷保護層。

17、可選地，所述方法還包括：

18、當所述張弛部件以預設頻率運動時，控制所述高壓注漿泵和所述混合部件停止工作；

19、根據所述預設的底床位置信息、定位裝置和傳感器組件的數據信息，實時控制所述張弛部件調整所述耙形框架的運動方向和運動速度，所述定位裝置和傳感器組件的數據信息包括采用所述定位裝置檢測的所述母船所在的位置坐標、采用壓力傳感器檢測的所述底床的壓力、采用水深傳感器檢測的所述耙形框架所在位置的水深、采用兩軸傾角傳感器檢測的所述牽引部件的傾斜角度以及采用三軸傾角傳感器檢測的犁刀的傾斜角度。

20、與現有技術相比，本公開實施例具有如下至少一種有益效果：

21、通過上述技術方案，采用母船通過牽引部件連接耙形框架的形式，并采用犁刀貫入底床，采用高壓注漿泵、高壓管道以及設置在犁刀上的噴頭將固化材料噴入底床內，采用混合部件混合固化材料和底床原位泥沙，實現利用底床原位泥沙就地制作對底床變化適應性較強的防沖刷保護層，阻止波流沖刷，并且，固化材料直接噴入底床，在施工過程中流失量較少，能夠降低施工成本，所形成的防沖刷保護層不會與樁墩基礎工程固結，受到沖刷下沉時會形成新的粗化層，提高水下基礎工程的安全性和可靠性。

技術特征：

1.一種底床原位粗化防沖刷保護裝置，其特征在于，包括：母船、高壓注漿泵、牽引部件、耙形框架、犁刀、高壓管道、噴頭、混合部件；

2.根據權利要求1所述的底床原位粗化防沖刷保護裝置，其特征在于，還包括定位裝置，所述定位裝置設置在所述母船上，所述定位裝置用于定位所述母船所在的位置坐標。

3.根據權利要求2所述的底床原位粗化防沖刷保護裝置，其特征在于，還包括傳感器組件，所述傳感器組件包括壓力傳感器、水深傳感器、兩軸傾角傳感器、三軸傾角傳感器，所述壓力傳感器設置在所述犁刀上，所述水深傳感器設置在所述耙形框架上，所述兩軸傾角傳感器設置在所述牽引部件的一端上，所述三軸傾角傳感器設置在所述犁刀的另一端上。

4.根據權利要求3所述的底床原位粗化防沖刷保護裝置，其特征在于，所述壓力傳感器用于檢測所述底床的壓力，所述水深傳感器用于檢測所述耙形框架所在位置的水深，所述兩軸傾角傳感器用于檢測所述牽引部件的傾斜角度，所述三軸傾角傳感器用于檢測所述犁刀的傾斜角度。

5.根據權利要求1所述的底床原位粗化防沖刷保護裝置，其特征在于，還包括張弛部件，所述張弛部件設置在所述耙形框架上，并且，所述張弛部件與所述牽引部件的另一端連接，所述張弛部件用于調節所述耙形框架的運動速度。

6.根據權利要求1所述的底床原位粗化防沖刷保護裝置，其特征在于，還包括振動部件，所述振動部件設置在所述犁刀上，所述振動部件用于向所述犁刀提供振動。

7.根據權利要求1所述的底床原位粗化防沖刷保護裝置，其特征在于，還包括閥門，所述閥門設置在所述高壓管道上，所述閥門用于打開或者關閉所述高壓管道。

8.根據權利要求1所述的底床原位粗化防沖刷保護裝置，其特征在于，還包括防陷輪胎，所述防陷輪胎設置在所述耙形框架的底部，所述防陷輪胎用于防止所述耙形框架陷入所述底床。

9.一種底床原位粗化防沖刷保護方法，其特征在于，包括：

10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

技術總結
本公開提供一種底床原位粗化防沖刷保護裝置及方法，其中，底床原位粗化防沖刷保護裝置，包括：母船、高壓注漿泵、牽引部件、耙形框架、犁刀、高壓管道、噴頭、混合部件；母船通過牽引部件與耙形框架連接，高壓注漿泵設置在母船上，犁刀設置在耙形框架的底部，噴頭設置在犁刀上，高壓管道的一端與高壓注漿泵連接，高壓管道的另一端與噴頭連接，混合部件設置在犁刀上，犁刀用于貫入底床，高壓注漿泵用于將固化材料通過高壓管道輸送至噴頭，混合部件用于混合固化材料和底床原位泥沙。通過本公開，采用底床原位泥沙就地制作防沖刷保護層，對底床變動適應性較強，施工過程中固化材料的流失量較小，降低施工成本，提高水下基礎工程的安全性和可靠性。

技術研發人員：張民曦,喻國良,華雨桐,王幼妮
受保護的技術使用者：上海交通大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21