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。     

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。     

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。     

某跨海大桥桥墩基础冲刷试验研究

桥梁水毁的最重要原因是桥墩冲刷,正确预测桥梁的冲刷深度能为基础埋置深度的确定提供理论依据。目前国内外对于复合桥墩在实际海洋潮流和不规则波浪联合作用下冲刷深度的计算精度还有待提高,因此进行物理模型试验来确定桥墩冲刷深度就显得尤为重要。根据数值计算提供的水流边界条件,利用正态模型试验的方法,测量往复流及不规则波和往复流共同作用下跨海大桥桥墩基础最大冲刷深度,通过对比试验的方法研究了水流与桥墩不同夹角对不同型式桥墩冲刷的影响以及波流共同作用下的桥墩最大冲刷深度,从而为工程建设的安全性和经济性提供有力的技术支撑,同时也可为同类型其他桥梁冲刷物理模型试验提供参考。     

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。     

公路水毁防治(9)——桥渡冲刷防护

Ⅲ、桥墩冲刷防护桥墩冲刷防护,主要是在河床的演变过程中,防护桥墩的局部冲刷以保证桥墩的安全。一、桥墩局部冲刷坑范围的确定根据笔者在桥墩局部冲刷模型试验中进行的观测,墩前“下降水流”沿墩头前缘向下冲刷床面泥沙时,沿墩壁冲刷形成一个狭窄的沟槽。随着沟槽的不断加深,沟槽外侧的泥沙也不断坍塌下滑,因而在墩前逐渐形成一个漏斗形的局部冲刷坑。局部冲刷坑的     

圆柱形桥墩周围局部冲刷的三维数值模拟

为预测圆柱形桥墩周围的局部冲刷坑形态和发展,基于计算流体动力学和泥沙运动理论开展了桥墩周围局部冲刷的三维数值模拟。首先使用雷诺时均Navier-Stokes方程和标准K-ε湍流模型对圆柱形桥墩周围三维复杂流场进行数值模拟,将床面瞬时切应力作为泥沙起动及运输的水动力学条件,计算出床底泥沙的单宽体积输沙率,以此为基础得到河床高程坐标的瞬时变化;再采用边界自适应网格技术修改动边界计算域网格,计算得到圆柱形桥墩周围局部冲刷坑的演化过程。结果表明:桥墩周围局部冲刷三维数值模拟结果与试验结果基本一致,数值模拟方法能用来预测圆柱形桥墩周围的局部冲刷情况。     

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.     

S219永定线大林淮河桥桥墩冲刷分析及加固

针对省道S219永定线大林淮河桥的桥墩冲刷问题,按一般冲刷和局部冲刷叠加计算冲刷深度,确定桥墩冲刷对桩基础竖向承载力的影响,并对单桩承载力进行了验算,计算证明需加固河床。根据现场实际情况,考虑石笼耐冲刷和浆砌片石不容易被人为破坏的优点,抗冲刷加固的综合效果较好,推荐采用石笼和浆砌片石的加固方案。从近年实践情况来看,防护效果较好。     

海水环境下桥墩抗冲刷技术研究

我国跨海大桥的数量越来越多,桥墩位于海水中会对海水的运动产生影响,同时海水又会对桥墩造成冲刷。为了研究海水环境下桥墩抗冲刷技术,从桥墩基础局部冲刷机理的研究入手,基于A跨海公路大桥主跨桥墩防冲刷工程,对桥墩的主动和被动综合防冲刷技术及其应用效果进行了研究。研究成果表明:根据海水运动是否带动机床泥沙运动可将海水对桥墩的冲刷分为清水冲刷和动床冲刷,当海水行近流速很小时,河床几乎不受海水冲刷,当行进流速大于v_0′时,河床受到清水冲刷作用;当行近流速大于v_0时,河床受动床冲刷;桥墩受海水的冲刷与海水行近流速和河床泥沙粒径等均呈正相关性;依据抗冲刷技术的原理不同可将桥梁墩柱的防冲刷技术分为主动防护和被动防护;对A跨海公路大桥河床的监测成果表明,基于主动防护(墩前牺牲桩)和被动防护(抛石)的综合治理方案能非常有效地对桥墩起到防护作用。     

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。     

散粒体泥沙、粘性土和岩石河床桥墩局部冲刷计算的通用公式

本文根据水力学和河流动力学的基本原理,通过对桥渡水文观测、桥梁水毁调查和桥墩冲刷模型试验等资料的分析,依据桥墩局部冲刷的现象和成因,以及散粒体泥沙、粘性土及岩石河床不同的特性,抓住互为影响的几个主要因素,采用相关分析法,建立了散粒体泥沙、粘性土和岩石河床桥墩局部冲刷计算的通用公式。基本式为: h_B=K_ηK_ξb_1~0h_p~(60.15)V_s~n其中:1.散粒体泥沙河床 K_(η1)=(0.25/d_(cp)~(0.7)+0.0004d_(cp)~(1.8))~(1/2) n_1=0.46(V_0~'/V_0)~(-0.5) 2.粘性土河床 K_(η2)=0.57I_L~(0.9) n~2=1.0 3.岩石河 K_(η3)=0.12(σ·f)~(-0.37) n~3=1.0通用公式经过实桥观测和调查资料检验,结果尚为满意。     

台阶型沉井水动力特性及局部冲刷影响研究

为了解台阶型沉井附近水动力特性及沉井台阶位置对局部冲刷的影响,以优化沉井结构,以某桥大型台阶型沉井为背景,通过流体计算软件C FD建立三维定床水动力模型,分析该沉井台阶设置对水流流速和流速矢量、湍流动能、床面切应力等沉井附近水动力特性的影响规律;通过物理模型动床试验,分析台阶位置对最大局部冲刷深度的影响.结果表明:通过...     

桥梁墩台局部冲刷的数值模拟分析

依托实际工程,应用数值模拟的方法分析圆形和矩形沉井在不同流速、流向等条件下桥墩周围流场分布情况,并与物理模型试验结果进行对比。结果表明,数值计算结果与物理试验结果吻合良好;交角不同,局部冲刷坑的外形轮廓也发生相应的变化。     

路桥结合部位水毁破坏规律研究

为进一步揭示公路桥梁工程中路桥结合部位水毁破坏规律,依据Fr相似准则,采用正交试验设计方法,着重探析模型伸入水流长度、与水流方向夹角、坡比及有无防护措施对模型水毁破坏的影响程度;ADINA有限元数值计算与模型试验对比分析,两者相吻合。研究表明:模型伸入水流长度分别设为20,40 cm和60 cm工况条件下,水流冲刷或浸泡作用对模型结构体造成的破坏程度逐渐加深,亦即模型伸入水流长度越长,水流对模型结构体破坏程度越严重;模型与水流方向夹角分别设为45°,90°和135°工况条件下,当模型与水流方向夹角为135°时,模型结构体受水流冲刷或浸泡作用后在其周围形成的堆积物体积量大且分散,冲刷深度显著,模型几乎完全破坏;设有一定坡比的模型,坡面能使水流流速产生有效分解,具有较强的抗冲刷能力;采取注浆层或围堰防护措施可对模型结构体起到完全的保护作用。     

桥墩附近桥面局部风环境数值研究

桥墩的存在改变了主梁的空气绕流特征,容易使桥面形成局部风场,可能导致桥上运行车辆气动力的突然变化而直接威胁行车安全。然而,目前对于桥墩影响下桥面的局部风环境少有研究。为探明桥墩影响下桥面的局部风场特性,本研究以数值模拟方为基础开展了研究。以某跨海大桥桥墩—主梁侧风绕流为对象,采用CFD数值分析方法建立模型,探究桥墩附近桥面不同行车道上局部风环境特征,通过有无风屏障的模拟分析风屏障对桥面风环境突变效应的影响,考察了桥墩影响下桥面局部风场沿桥轴向的变化。通过与风洞试验结果进行对比,验证了所采用数值模型及计算方法的准确性。通过不同风速条件确定了雷诺数对有无风屏障下桥面风场的影响,以桥墩-主梁绕流的流线明确了局部风场特征,采用风速变化率量化桥墩影响下桥面风环境的突变效应。分析表明:对于所采用的桥墩-主梁对象与风屏障,桥面风环境对雷诺数不敏感;桥墩的出现导致了桥面出现大的漩涡与分离流动从而形成了桥面局部风场,使得车辆高度范围内迎风侧车道风速总体大于背风侧车道;桥墩沿桥轴向对桥面局部风场的影响随车道与高度的不同而存在差异,背风侧车道受影响高度大于迎风侧车道;风屏障弱化了风速在桥墩附近的突变效应,有利于桥面行车安全。     

跨海大桥桥渡设计关键技术探讨

跨海大桥的桥渡设计尚没有可靠的规范可引用,为指导该类桥梁的桥渡设计,在分析、总结已建跨海大桥桥渡设计的基础上,对该类桥梁桥位选择、通航净空宽度确定及跨海桥渡冲刷等关键技术进行研究。研究表明:结合具体桥梁工程地形、航道条件及港口性质等因素,在通过科学论证后可考虑适当放宽安全距离的强制性规定;应科学地选择既能满足船舶航行安全,又能使投资最省的桥梁通航净宽方案,不应一味追求大跨;波浪与水流共同作用下计算大型桥墩局部冲刷时,不应将两种动力条件进行简单的迭加,而应具体问题具体分析。     

曾家岩嘉陵江大桥船撞设防标准研究及防撞方案设计

为判定曾家岩嘉陵江大桥所处的风险等级,以确定桥梁的设防船撞力标准,参考《重庆市三峡库区跨江桥梁船撞设计指南》,对该桥梁在目前、近期和远期的年碰撞频率和倒塌频率进行计算分析,与可接受的风险准则进行了对比,并通过建立桥梁、船舶精细化的三维有限元模型,采用动力数值模拟方法计算桥墩在不利撞击工况下的船撞力,从而确定了桥墩的船撞设防标准。同时为了避免桥墩局部损坏,降低碰撞事故中的船舶损伤,实现对桥梁和船舶的双重保护,提出了设置固定式复合材料防撞护舷的防撞方案。     

常泰长江大桥主航道桥桥塔基础选型研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1176 m公铁合建斜拉桥,桥塔基础采用沉井方案。为降低沉井自重和减少桥墩局部冲刷,采用理论分析、数值模拟与水槽冲刷试验相结合的方式对沉井基础型式进行研究。结果表明:在圆端形、梭形及矩形3种截面型式的沉井中,圆端形截面沉井的水流阻力系数最小;台阶型沉井相比传统沉井可以削弱墩前向下旋辊及减小墩侧高流速区的范围;台阶型沉井台阶宽9.0~10.0 m、台阶顶埋深位于0.6 H(H为沉井周边水深)处、挡墙高度为0.15 H时,可以起到较好的减冲刷防护效果。根据研究结果最终确定该桥采用圆端形截面台阶型沉井基础,其底面尺寸为95.0 m×57.8 m(横桥向×顺桥向),圆端半径28.9 m,台阶宽9.0 m,埋置在床面以下0.6 H处,台阶顶构造采用直角挡墙方案(挡墙高约4 m)。     

土壤压实的基本原理——怎样根据土壤条件选择压实装置

为了用最经济的方法使材料达到所要求的压实度,就必须了解采用振动压实装置压实时的机械参数及其对于压实度的影响,亦即土壤压实的基本原理。掌握这方面的知识是选择适宜的压实装置以及正确使用这些装置的前提。下面,本文将介绍压路机的有关参数及其对于压实度的影响,以及如何选择和使用压实装置等问题,以避免缺点,并保证合理压实工作的进行。一、影响因素在下面的图表中表示了确定相关压路机主