上海长江大桥桥墩冲刷坑深度研究

在对长江口北港水沙条件以及河势进行分析的基础上,采用局部三维泥沙数学模型和局部正态物理模型2种手段预测上海长江大桥桥墩冲刷坑的最大冲刷深度,三维泥沙数学模型和局部正态物理模型的边界条件由大范围的长江口二维水流数学模型的计算结果提供.结果表明,2种手段预测得到的桥墩冲刷深度较为接近,可为桥梁设计提供科学依据.     

阿什河哈尔滨城区段桥墩冲刷计算

桥梁墩台冲刷会大大影响桥梁基础的稳定,威胁桥梁自身安全。该文在简要分析国内外桥墩冲刷研究的基础上,对桥梁一般冲刷和局部冲刷的计算方法进行介绍。根据阿什河哈尔滨城区段河道水文、水流、泥沙、地质特征和桥梁参数,选择了包达尔可夫公式对影响河道行洪较大且等级较高的公路桥梁和铁路桥梁进行桥墩冲刷计算。最后,根据计算结果对不同桥梁提出扩孔和桥墩防护措施建议。     

确定中间桥墩处的局部冲刷

为了确定桥墩底面最低标高,必须在一般冲刷数值上加上水流在中间桥墩环流时所发生的局部冲刷数值。局部冲刷是由于水流环绕桥墩流动时,水流结构局部改变的结果,与一般造床的机械作用无直接关系,这个事实使可能独立地研究局部冲刷,及按着冲向桥墩的水流参数确定局部冲刷数值。确定流近桥墩水流的参数,应考虑到水流与淤积的相互作用,亦即应考虑到造床过程,将局部冲刷与一般冲刷分别来加以计算是合理的,因为局部冲刷的存在,总的说来,不致使水流结构起多大变化,亦即不会引起造床过程的变化。为了研究局部冲刷现象所作详细分析,便可能对局部冲刷的机械作用形成一个清楚的概念,制定出基本原理。根据这些基本原理制出下述确定局部冲刷深度的И·А·亚罗斯拉夫采夫的计算图。当水流的以垂直线上平均流速V_o(图1)冲向中间     

公路水毁防治(8)——桥渡冲刷防护

Ⅱ、桥墩局部冲刷计算在河道中修建桥墩后,桥墩对水流的阻碍,引起桥墩周围水流结构的剧烈变化,在墩头前缘形成一种“下降水流”,垂直向下,猛烈冲刷床面泥沙,在墩前冲刷形成一个漏斗形的冲刷坑,称为桥墩局部冲刷。由床面起算的冲刷坑最大深度,称为桥墩局部冲刷深度。     

典型桥墩局部冲刷深度公式在不同水文地质区的适用性

由于现有桥墩局部冲刷深度计算公式的准确性和普适性不足,对代表性公式进行对比是指导不同地区桥墩基础埋深设计的有效措施。广泛收集了国内外公开的桥墩局部冲刷原型观测数据,对中国规范65-1修正式和65-2式、俄罗斯规范公式及美国规范HEC-18式和S/M式在不同水流、泥沙及桥墩参数条件下的适用性进行分析。结果表明:现有公式在清水冲刷和过渡墩条件下的预测性能较差;中俄规范公式在清水冲刷及床沙相对粒径小于25时,以及中国65-2式及俄罗斯公式在水深小于1 m时应用均不安全;美国规范公式应用于砾石及卵石河床、水深1～5 m、相对粒径小于400、相对水深小于1.4 m等工况将不经济和存在较大不确定性。将所有公式用于柴达木盆地典型桥墩的局部冲刷深度计算并与实测值进行了对比分析,将所有公式用于柴达木盆地典型桥墩的局部冲刷深度的计算并与实测值进行对比分析,发现该地区桥墩的局部冲刷深度小于其他相似水沙条件下的桥梁,最合适依据中国65-2式进行桥墩局部冲刷深度的设计。上述结果可为不同水文地质地区桥墩局部冲刷深度的合理预测提供依据。     

施工期桥梁围堰水流力研究

桥梁围堰水流力的研究对围堰的设计、施工具有重要的理论意义和实用价值。在国内外现有研究成果的基础上,通过数学模型和物理模型试验相结合的方法,对不同形状桥梁围堰在不同工况下(不同水深、不同吃水深度、不同流速、不同水流夹角、围堰单独作用及围堰与桩基共同作用下进行193组工况组合)的水流力进行系统研究,特别是对目前国内外研究较少的水流横向作用力及桩对围堰水流力影响等问题进行详细的分析研究,得出顺向水流力和横向水流力的变化规律及计算方法。     

深海条件下海燕大桥墩柱防冲刷技术与分析研究

深海环境修建桥梁墩柱会影响该区域原有的海水运动特征,造成桥梁墩柱局部冲刷破坏。为研究和解决这一问题,以海燕大桥3~#和7~#桥墩为研究对象,在分析其基本地质和水文工程地质条件的基础上,结合现场监测方案,分析了桥梁墩台施工过程中的局部冲刷机理和冲刷深度,并且对照几种普遍的局部冲刷理论公式,提出了对应的防护技术手段。研究发现:深海条件下桥墩主要受上游径流和潮汐两种水力作用影响,并在桥墩两侧产生尾流旋涡和冲刷坑;监测结果表明在桥墩施工期间水流规律紊乱,施工后期水力对河床冲刷速率基本稳定在4mm/d,在监测周期8个月内,3~#、7~#桥梁平均冲刷深度分别为2.23,1.82 m,仅达到理论冲刷深度的8%~10%,说明在桥梁运营中河床还会受到局部冲刷作用;此外,本文提出了针对深水环境下结合主动防护和水流动能减速两类防护技术方案,以期为深海环境下桥梁墩柱的防冲刷技术提供一定参考和数据支撑。     

跨海桥梁承台波流力计算方法与合成系数研究及应用

为研究跨海桥梁承台波流力计算方法与合成系数取值的适用性,给跨海桥梁承台波流力计算提供指导,基于承台波浪力和水流力计算理论,以平潭海峡公铁大桥SR54号桥墩为研究对象,通过物理模型试验,得到承台波流力与波浪力、水流力之和的比值(合成系数)。试验结果表明:对于桥梁基础承台波流力最大值可简化地取波浪力最大值与水流力最大值之和的1.04(合成系数)倍,在计算时可忽略桥墩和桩基的影响。将该方法应用于港珠澳大桥、平潭海峡公铁大桥以及某输变电工程电塔基础承台结构波流力计算,结果表明采用该方法的波流力计算值与模型试验值符合较好,具有较高的精度,可推广应用于同类跨海桥梁承台波流力计算。     

江顺大桥河床演变及冲刷研究

研究江顺大桥所处河道河床演变及桥墩冲刷,为工程建设方案的实施提供依据。通过原型实测资料来分析江顺大桥附近水域的水沙特点,在此基础上进行河床演变分析,针对江顺大桥工程所处河道的设计水文组合条件,采用《公路工程水文勘测设计规范》推荐的公式计算桥墩冲刷深度,并按断面平均流速、墩前行近流速和主槽流速建立动床物理模型进行桥墩的局部冲刷试验,研究桥墩极限冲刷坑的深度和范围。结果表明江顺大桥桥址处河床会缓慢回淤,物模试验与理论计算基本吻合,理论计算结果偏安全。上述研究可为江顺大桥基础设计及冲刷防护提供依据。     

串列双圆柱桥墩局部冲刷精细化模拟

为研究不同墩心距下沿流向串列布置的双圆柱桥墩局部冲刷坑形态的变化规律，提出1种平衡湍流边界层模型以获得稳定的湍流来流边界条件；利用雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型求解河床上双圆柱桥墩周围的复杂绕流场；基于能考虑河床面任意斜坡和泥沙坍塌效应的泥沙输运模型和动网格技术模拟双圆柱桥墩局部冲刷的动态演化过程，得到平衡冲刷坑形态，揭示冲刷发展过程的流动特征和冲刷机理。模拟结果与中美规范局部冲刷预测结果比较表明：串列双圆柱桥墩之间存在干扰效应；受下游桥墩施扰，最大冲刷都发生在上游桥墩，冲刷深度比单圆柱桥墩大，当墩心距L与桥墩直径D之比L/D=4时，达到最大值；而下游桥墩受上游桥墩遮挡的影响，最大冲刷深度在L/D=2时达到最小值，随着墩心距的增大，下游冲刷深度增大；当墩心距大于5倍桥墩直径后，下游桥墩可不考虑遮挡效应；获得的串列双圆柱桥墩最大冲刷深度值与美国规范预测值较为接近，而中国规范公式预测值偏小，提出的下游桥墩冲刷深度遮挡因子可为桥梁抗冲刷设计提供参考。     

国内桥墩局部冲刷研究的主要成果

桥墩周围的局部冲刷是一个有建筑物条件下水流的旋涡系与土质相互作用的结果。许多科技工作者从现场实测资料、模型试验资料建立经验公式;从研究桥墩周围冲刷坑水流结构,力图从理论上建立计算公式。近年来,桥墩周围局部冲刷的理论研究、模型试验及现场实测资料的分析,不同河床质的桥墩局部冲刷计算方法,国内都有新的进展,新的计算方法。     

近30年桥梁基础冲刷研究进展及关键问题

近年来，基础冲刷导致的桥梁灾害频发，冲刷已成为威胁涉水桥梁安全的重要原因。基于前人已有的成果，对近30年来桥梁基础冲刷领域的相关研究进行了系统分析。首先采用信息量化分析技术给出了近30年桥梁基础冲刷研究的创新研究成果参数，呈现了冲刷研究领域的知识结构体系，探索了其研究热点。研究结果表明：①桥梁基础冲刷研究论文数量呈现上升趋势，特别是最近几年论文数量增速加快，研究热度提高，其中一些主要文献表现出很高的被引用频率，受到研究人员的重点关注；②研究成果主要集中于桥梁基础冲刷机理、冲刷深度预测、现场监测方法和冲刷防护措施等方面；③研究的新兴热点涉及复杂桥梁基础周围的三维流场特性分析、基于不同算法和随时间演变的冲刷深度预测。此外，对跨海桥梁基础冲刷研究的进展进行了分析，总结了不同条件（水力特性、沉积物条件、基础结构形式及空间布置方式等）对跨海桥梁冲刷的影响；阐述了现有冲刷深度分析方法应用于跨海桥梁冲刷深度预测时存在的问题；对比分析了几种冲刷监测方法的优点、不足及精度影响因素；指出跨海桥梁基础冲刷需要加强对复杂海域环境下桩基冲刷机理、冲刷深度预测及冲刷安全监测评估方法的研究。最后提出：桩-土-潮流相互耦合作用的局部冲刷机理研究、排除水流及悬浮泥干扰的实时监测设备研发、考虑围垦等人类活动对跨海桥梁基础冲刷影响及包括冲刷在内的多灾害分析将是今后研究发展的趋势。     

基于动力特性识别的桥墩冲刷状态分析

为提高桥墩冲刷深度监测的经济性与便利性,提出一种基于动力特征识别的桥墩冲刷状态分析理论。该理论首先基于结构自振频率与振型,对其合理筛选后转换得到能反映桥梁状态的结构柔度矩阵,基于该结构柔度矩阵得到反映关注方向结构刚度的"计算结构位移差",将其作为桥墩冲刷识别参数。进而利用参数分析得到该冲刷识别参数与不同桥墩冲刷深度之间的理论定量关联,同时利用桥梁检测时获得的结构实际动力特性和实际取值,以及预先得到的"计算结构位移差"与冲刷深度之间的关系进行反演计算,得到了桥墩冲刷此时的反演深度。最后以简支梁桥为示例,基于American Petroleum Institute(API)规范所推荐的计算公式建立多方向的桩土弹簧模型,利用逐步移除相应弹簧单元模拟桥墩冲刷行为,演示了所提出的基于动力特性识别的桥墩冲刷状态分析理论的具体应用方法与步骤,并给出该方法的应用前提。研究结果表明:反演得到的桥墩冲刷深度具备一定的准确性,而多桥墩之间的耦合性可利用拟合公式进行修正;该方法可借助常规桥检项目对桥墩冲刷状态进行定性及定量分析,具备计算逻辑严密准确、监测设备便利经济的优点,在动力特征准确识别的基础上,可准确预测桥墩冲刷深度。     

受冲刷桥梁墩台基础地基承载力试验与墩台稳定性研究

结合依托工程进行墩台基础地基的承载力试验,研究冲刷对桥梁墩台基础稳定性的影响。冲刷是引起桥梁水毁的一个重要因素,前人研究大多致力于对局部冲刷深度和一般冲刷深度的计算分析。因其因素复杂,研究大多采用了半理论半经验的方法。围绕着湘黔铁路线上的资水大桥受冲刷后的稳定性展开研究,进行受冲刷墩台基础的地基承载力试验,从基底被冲刷淘空后引起的墩台地基不均匀沉降人手,应用弹性半空间地基模型和Matlab编制的计算程序分析计算了基底不同冲刷淘空面积对桥墩墩顶弹性水平位移和基底压应力的影响,从而得到了在不同冲刷程度下桥梁的整体稳定情况。根据计算结果,用最小二乘曲线拟合法找出了影响曲线表达式并绘出了图形。计算结果显示,在发生小面积冲刷时,墩顶弹性水平位移率先达到允许值。此外还将该方法分析计算得到的数据于有限元方法分析得到的数据进行了比较,2种分析方法所得的结论相互验证。结果表明该分析方法是一种解决此类问题的有效方法,检算项目的影响曲线可以作为其它类似问题的参考依据。     

东海大桥桥墩基础冲刷防护方案研究

受长江、钱塘江来水来沙和人类活动的影响,东海大桥所在水域海床发生普遍冲刷,桥墩周围发生较大局部冲刷。为防止海床进一步冲深,保证该桥运营安全,对桥墩基础冲刷防护方案进行研究。根据自然条件和工程特点,主体防护区采用袋装碎石上层压载袋装混凝土干混料的防护方案;采用失效风险方法进行比选,确定周边防护区采用复合材料勾连体的防护方案。以该桥某桥墩为例,依据相关规范和研究成果,提出桥墩基础具体冲刷防护方案,开展先导性物理模型试验,依据试验结果及工程实际对防护方案进行优化。结果表明:铺设3层复合材料勾连体时防护结构整体稳定性更强,防护区内形成淤积,促进了防护体与海床的结合,对主体防护区稳定起到积极作用;优化后的防护方案总体能够满足桥墩基础冲刷防护要求。     

折板式竖井折板间隔对水流水力特性影响分析

为研究折板间隔对折板式竖井内水流的水力特性影响,采用Realizable k-?模型结合VOF模型对不同折板间隔的竖井进行数值计算。结果表明：折板间隔是竖井较为关键的影响因素;随着折板间隔的增大,折板上水流流态会从往复跌水流逐渐过渡为S型贴壁流,折板或壁面受到的冲击以及冲刷作用也会逐渐增大;无论折板上水流流态为往复跌水流,还是S型贴壁流,竖井消能率基本都在90%以上,受折板间隔影响较小。     

沿河路基局部冲刷深度计算研究

在对沿河路基局部冲刷影响因素如水流条件、河床沙条件和河流几何边界条件等进行分析的基础上，通过野外模型试验，观测了河流各断面的水深、流速、护墙的冲刷深度和冲刷的发展过程及护墙附近的水流形态。针对弯道凹岸沿河路基的冲刷，对比分析了已有的局部冲刷深度计算公式，采用量纲分析和多元线性回归的方法，建立了设置护墙后的沿河路基弯道凹岸局部最大冲刷深度的计算公式。依托模型试验，对护坦的减冲作用进行了定量分析；根据试验观测结果，采用回归分析方法，得到了设置护坦后的路基局部最大冲刷深度的计算公式。研究成果可供在确定路基冲刷防护工程结构形式和基础埋深时参考。     

基于车辆制动激励和小波包能量分析的连续梁桥基础冲刷识别方法

近年来，因基础冲刷引发的桥毁事故频发，冲刷会造成桥梁下部结构周围土体被破坏进而导致基础承载力下降，并且由于冲刷位置隐蔽增加了识别检测的难度。为了精准识别桥梁下部结构的基础冲刷损伤，利用车辆制动作用可引起更为显著的桥梁下部结构纵桥向动力响应这一特点，提出了一种基于车辆制动作用下桥梁动力响应小波包能量分析的连续梁桥基础冲刷识别方法。该方法选择典型三轴车制动作用作为动力激励，利用小波包对冲刷前后的车辆制动作用下桥墩顶纵桥向加速度响应进行分解，提出以小波包能量方差变化率作为冲刷识别指标，实现基础冲刷位置识别；进而通过数值模拟方法建立包含多种冲刷程度与对应测点冲刷指标值的样本库，拟合分析确定冲刷识别指标值与冲刷程度间的函数关系，通过识别出的各测点冲刷指标值基于模式反演方法实现冲刷程度的量化识别。一座混凝土连续梁桥工程实例的分析结果表明，该方法能够实现梁桥基础冲刷的定位和定量识别，抗噪能力强，且识别结果受桥面不平度、制动位置、车质量和初始车速等因素影响较小。该方法在试验过程仅需在桥墩顶安装加速度传感器，可借助常规的桥梁荷载试验项目实现，具有测试简便易行、识别精度好等特点，适于公路梁桥基础冲刷的快速检测。     

挡水墙局部冲刷计算公式

公路路基防水冲刷的挡水墙和桥梁上、下游的导流墙以及护岸墙受洪水冲刷时,挡墙处的水流发生变化,从水面向下直冲河床,水流状况与桥墩附近形成的旋涡相似。所以挡水墙处的局部冲刷与桥墩处的局部冲刷属同一类型。挡水墙(导流墙、护岸墙)处的局部冲刷深度计算公式则可从有关桥墩局部冲刷计算公式衍生而得。 1965年我国铁路和公路部门根据我国的实地观测资料和模型试验资料,提出了桥墩局部     

风浪和水流冲刷作用下湖区路基石笼护坡设计研究

湖区浸水路基受风浪和水流冲刷双重作用，影响石笼护坡的稳定性。按照水利相关规范，通过对湖区风浪要素等的计算，确定石笼护坡的防护范围和厚度，以确保风浪作用下石笼护坡的稳定，并通过计算近岸的冲刷深度，确定石笼基础的埋深和宽度，使水流冲刷作用下石笼基础保持稳定。此外，当软土较厚时，需进行石笼基础的抗滑移、抗倾覆和地基承载力验算和边坡整体稳定性验算，如抗滑移验算和地基承载力不满足，可采取增大基础宽度或基底下抛填块石方式处理。