河床墩台局部冲刷计算公式及其影响因素研究

在介绍国内外桥墩局部冲刷公式的基础上,以泰州长江公路大桥为例,验算了我国现行规范中的桥墩局部冲刷计算公式,分析局部冲刷的影响因素。结果表明:桥墩非黏性土冲刷公式中,65-1修正式计算结果较为合理;影响桥墩局部冲刷深度的因素有潮流作用和偏角大小。     

对计算桥墩局部冲刷65-2原式与修正式的评估

介绍了计算桥墩局部冲刷65-2原式与修正式的结构形式、公式建立的分析方法，简述国内外关于桥墩局部冲刷研究的现状与发展趋势。从不同概念与主要分歧入手，对两个公式进行了评估，用实桥观测资料进行了验证，明确了精度。     

桥墩局部冲刷机理的探讨和65—2公式的改进

一、前言桥墩局部冲刷65-1公式和65-2公式是1964年中国土木工程学会“桥渡冲刷学术讨论会”推荐的生产试用公式。此后两式载入铁路、公路有关规范。多年生产实践表明,两式结构较为合理,基本上反映了冲刷深度与流速间的变化关系,考虑因素较全面,计算结果较为稳定     

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。     

复杂群桩基础冲刷计算方法研究

为研究公路桥梁群桩基础的冲刷计算,根据我国现有公路桥梁群桩基础的现状,详细分析、研究各类群桩布设情况下的河流的阻力特性、流态、流速分布以及泥沙运动性态。研究结果表明,在复杂布设群桩条件时,存在四种冲刷机理:纵向掩蔽作用、纵向冲刷联动作用、横向阻力增大作用和横向冲刷联动作用。并根据该研究结果,修订完善目前我国行业标准《公路工程水文勘测设计规范》中,桥墩非黏性土的局部冲刷计算公式中边界条件不合理部分,在原公式中仅考虑群桩横向排列影响系数的基础上,进一步提出同时考虑群桩横向和纵向排列的综合影响系数。并用实桥数据进行验证后,提出了复杂群桩基础冲刷计算的推荐公式。这一结论使原有冲刷计算公式更加趋于合理,从而能运用于复杂群桩基础的冲刷计算。为非黏性土群桩基础的局部冲刷计算提供有价值的参考依据。     

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。     

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。     

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。     

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     

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。     

桥涵水文计算方法分析探讨

该文结合实际工作经验,把公路桥涵水文计算方法作为研究对象,分析了桥涵水文计算的内容、基本要求和计算、分析的基本途径.只要是从事桥涵水文有关工作的人员,就应该明白：桥涵水文调查作为公路工程外业调查的基础工作是确定合理的桥涵孔径和控制工程规模的主要依据.并且应从设计流量、桥梁形态断面及洪水位、大中桥孔径和河床冲刷深度四个方面,来讨论水文计算方法的具体应用.     

小桥涵水文分析计算

鉴于小桥涵水文工作面广量大,耗费工时,因此采用地区综合经验公式,简化水文分析,提高功效.以武汉至深圳高速公路武汉段小桥涵为研究对象,推导出小流域水文计算经验公式,计算的结果与长江水利委员会水利水电规划设计科研所为武汉绕城公路东北段区域做的水文分析结果相对比,误差在15％之内,证明经验公式合理.     

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。     

柴达木沙漠公路暴雨流量公式的确定

根据目前国内水文区划的研究,沙漠地区一般被划分为“非产流区”,在公路设计中仅设置少量小桥涵来满足路基排水的基本要求,桥涵设计时不考虑洪峰流量.“非产流区”也不需要提供流量经验公式.然而,在青海省柴达木几条沙漠公路的实际运营中,却发现按照这种理念设计的公路,路基水毁频繁,经济损失严重.针对这种特殊水文现象,从设计理念、路基填料、暴雨、植被覆盖度等几个方面分析了路基水毁的原因,发现暴雨是引发水毁的主要外因.由于柴达木沙漠所在的“非产流区”位于青海省“柴达木水文区”的西北部,使用青海省公路系统2012年“柴达木区”流量经验公式与两种国内小流域暴雨流量公式进行计算比较,并对计算偏差进行了详细分析,结果表明:(1)“柴达木区”流量经验公式和中铁一院公式计算小流域暴雨流量,结果较为接近,最大误差为+54.8％,平均误差为+22.35％,两者变化趋势相似;(2)从设计理念上,沙漠公路桥涵设计时,应重点考虑小流域暴雨引起的洪峰流量,据此确定桥位和孔径;(3)对“柴达木区”流量经验公式修正后得到的“非产流区”流量公式(Q-=1.183 3P0.567 3,Cv=13.502 1F-0.315 7,Cs/Cv=3.0),从工程技术应用的角度,可以用来进行柴达木沙漠小流域暴雨流量的计算.     

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。     

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     

粘性土桥墩局部冲刷计算

从分析实测的粘性土桥墩局部冲刷深度资料及遵循因次和谐的原则出发,得出了粘性土桥墩局部冲刷计算方法,它具有因次和谐及在h_p/b_1=3.0处连续的特点。用既有铁路线的粘性土桥墩局部冲刷深度实测资料验证表明:计算值与实测值基本一致。     

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。     

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     

动员起来 组织起来 向公路科学技术进军 全国公路科学研究工作会议胜利闭幕

交通部召开的全国公路科学研究工作会议已于上月(1958年12月)15日胜利闭幕,会议历时六天。这次会议初步确定了第二个五年计划公路科学研究规划和1959年具体研究项目。在1959年的重点项目中,有:汽车列车化的研究;汽车运输装卸机械化和半机械化的研究;汽车保修机械化及保修工艺的研究;民间运输工具技术改革的研究;汽车列车化对公路路线几何部分要求的研究;桥涵水文计算方面的研究;无砂石地区修筑路面的研究;低级路面及过渡式路面的研究;砖、石、木、竹桥涵的研究;深水中桥梁基础设计和施工方法的研究。为了更好地分工协作、充分利用现有的科学研究设备和人力,会议初