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。     

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。     

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。     

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。     

钱江四桥桥墩局部冲刷试验研究

桥墩局部最大冲深和冲刷部位是桥墩墩台设计和施工的重要参数，为此应用系列模型延伸法进行不同比尺的桥墩冲刷深度试验，然后利用试验数据进行回归分析，得到桥墩冲深计算式，经检验与实测基本相符，为桥墩设计和施工提供了科学依据。     

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。     

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。     

桥墩局部冲刷深度的预测

在现有国内外研究成果的基础上，从桥墩局部冲刷机理出发，利用不同国家的实测资料，用量纲分析原理和逐步回归分析，建立一种概念清晰，形式简单的桥墩局部冲刷计算公式。通过１个实例的计算结果表明，该计算方法切实可行，可为公路桥梁设计人员提供有益的参考。     

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     

桥墩局部冲刷防护试验研究

在公路桥梁水毁中，有不少是因为基础埋深不够所致，如能对浅基桥墩进行局部冲刷防护加固，则可以避免或减少水毁，故此需预测桥墩局部冲刷深度和范围。１９９０年作者在西安公路学院水力实验室对陕西省石泉汉江大桥的防护进行了专项试验，对桥墩局部冲刷深度计算和冲帽防护的研究成果进行了试验与完善。     

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。     

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     

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.     

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。     

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。     

沿河公路路基冲刷深度的计算

在沿河公路路基冲刷防护中多采用挡土墙或石砌护坡。确定合理的局部冲刷深度 ,是确定挡土墙基础埋置深度的重要依据。在分析路基局部冲刷的影响因素基础上 ,结合甘肃省陇南地区沿河公路挡土墙的冲刷实测结果 ,探讨和建立新的局部冲刷计算公式 ,公式的计算结果与实测数据基本相符     

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。     

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。     

桥墩局部冲刷扩坦防护的试验研究

分析了桥墩局部冲刷过程，通过在桥墩周围设置护坦以减小桥墩局部冲刷，并对防护效果进行了试验研究和分析，提出了设置护坦桥墩局部冲深的计算方法。     

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。