桥墩基础局部冲刷研究

冲刷对桥墩安全性的影响研究摘要：桥墩冲刷是桥墩设计的关键环节，其对桥渡的破坏多突发性和偶然性。

文章通过对桥墩局部冲刷特征及冲刷机理的研究，分析了桥墩特征、流体特征等因素对桥墩局部冲刷的影响，并提出了有效的防冲刷保护措施。

由于桥墩冲刷影响因素众多，难以较准确地预估，加之随着水文现象的变化，其对桥渡的破坏多突发性和偶然性。

所以目前桥墩冲刷研究仍具有重要意义。

研究结果显示，桥墩周围的局部冲刷深度与河床土粒径和墩前行近流速有明确的影响关系，影响曲线还显示当平均粒径较小，或墩前行近流速较大时影响尤为强烈;水下探测的结果显示各墩都发生了不同程度的冲刷破坏，以4#墩最为严重;基底冲刷淘空面积对桥墩各检算项目都有明确的影响，且随着冲刷的加剧，墩顶弹性水平位移和基底合力偏心矩首先达到容许值，此时各墩的冲刷淘空面积占基底总面积的百分比大致都在20%以内，而有限元分析的结论与此基本一致;冲刷防护的理论和实践都在不断取得进展，而现有各种冲刷防护工程措施都有其特点和适用条件，应依据水流条件、河床条件和水下探测结果选择具体防护措施。

关键词：桥墩，水下探测，局部冲刷，冲刷防护1 引言 (2)1.1研究背景 (2)1.2研究必要性 (3)1.3研究内容与意义 (2)2文献综述 (4)2.1局部冲刷及其影响因素 (4)2 .2水下探测方法研究 (7)2.3桥墩冲刷防护研究 (9)3桥墩局部冲刷机理3.1墩周流场的旋涡体系3.2墩前下降水流的冲击作用3.3水流受桥墩的压缩作用4局部冲刷防护措施4.1冲刷防护原理4.2冲刷防护方法5冲刷对桥墩安全性的影响研究 (36)5.1沉降计算理论 (36)5.1.2变换域控制方程..........................，. (38)5.1.3变换域中的解 (41)5.1.4物理域中的解 (42)5.1.5闭合形式的调和函数 (46)5.2横观各向同性条件下的沉降计算 (49)5.2.1计算方法 (49)5.2.2计算过程与结果 (51)5.3冲刷对桥墩安全性的影响分析 (52)5.3.1冲刷对墩顶的弹性水平位移的影响 (52)5.3.2冲刷对桥墩倾覆稳定性的影响 (54)5.3.3冲刷对基底压应力的影响 (55)5.3.4冲刷对合力偏心矩的影响 (56)5.3.5总结 (56)5.4地基参数对桥墩冲刷稳定性的影响分析 (57)5.4.1各向异性比对桥墩冲刷稳定性的影响 (57)5.4.2压缩模量对桥墩冲刷稳定性的影响.......................................，. (58)1 引言1.1研究背景冲刷是引起桥梁墩台失稳破坏的主要因素之一，近年来发生了不少因冲刷而导致的桥梁毁坏事件，造成了巨大的人员和财产损失。

桥墩局部冲刷的机理及防护措施摘要：在我国桥梁建设不断发展的过程中，桥墩的局部冲刷破坏一直是人们关注的重点。

本文从桥墩局部冲刷的机理和防护措施两方面展开论述，对前人的研究成果进行总结并提出自己的一些看法。

关键词：桥墩；局部冲刷；冲刷机理；防护工程Mechanism and protective measures of bridge pier local scourFAN Wenbin WANG Han SHI Dongping(College of River Sea, Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)Abstract: in the process of continuous development of bridge construction in China, the local erosion of bridge piers has been the focus of attention. In this paper, the mechanism and protection measures of bridge pier local scour are discussed, and the previous research results are summarized.Key Words: bridge pier; local scour; scour mechanism; protection engineering引言近年来，不断兴建的大型桥梁在方便人们出行的同时，也因为施工、地震、暴雨洪水等因素发生破坏进而威胁到人们的出行安全。

据D.W.Smith[1]和易仁彦[2]统计，在所有的桥梁事故中，由洪水冲刷引起的桥梁破坏约占1/3～1/2。

在过去，人们对于桥墩防冲刷防护基本都在用铺设碎石堆这一类传统的被动防护措施。

桥墩局部冲刷的机理及防护措施现状综述摘要：桥墩局部冲刷及防护措施是关注度很高的课题，属于航道建设中的重要环节。

多年来，国内外众多学者对桥墩局部冲刷机理及防护措施的研究取得了很大的进展。

本文采取综述的方法客观地列举了近几年国内外学者在桥墩冲刷和防护问题上采取的研究方法、研究内容和研究成果。

关键词：桥墩；局部冲刷；防护；文献综述引言：桥墩是支撑桥跨结构并将恒载和车辆活载传至地基的亚建筑、桥台设在桥梁两侧。

其多数建造于地基之上，部分结构埋在岩土中，部分置于流体中，因其阻碍、妨碍、扰乱、改变了原有的流体结构和状态，而变得晃动、紊动和涡旋等，并因之承受流体较为复杂和强烈的作用力，且进一步加剧流体结构和状态的变化。

继而，一方面使桥墩部分墩身磨损和侵蚀及消蚀;另一方面，使桥墩埋置于岩土中墩身周围的泥沙因流体运动的剧烈改变导致所在底床原有地形发生变化的现象和过程，被人们称为桥墩的局部冲刷。

1.桥墩局部冲刷研究历史我国桥梁建设历史悠久，早在一千四百多年前就建造有如赵州桥等一定规模的桥梁，对于桥梁的建设早具丰富经验，但对于桥墩局部冲刷问题的研究始于河流动力学和泥沙理论得到创建后的年代。

在此之前一般只是套用苏联或美国的科研成果;我国早期对于桥墩局部冲刷的研究只是在于单纯的现场观测，1959年国家交通部组织各省对已建桥渡的桥墩所在底床进行了局部冲刷观测研究，并形成一定的数据表以供交通管理部门和设计部门决策参考。

20世纪五六十年代和十年“文革”期间因为政治原因，一些科研工作者被错误打倒或下放到农村或基层改造，从而在河流动力学和泥沙理论等方面的研究一度被停滞和徘徊不前，只是20世纪70年代末期这些科学家们得到重用后，才得到大力推动和发展。

桥墩的局部冲刷的研究也是如此，20世纪80年代，开始有了对桥墩局部冲刷研究的模型试验。

其后，桥墩局部冲刷研究因改革开放时代要求，开始大量借鉴国外研究成果和资料，也有在对国内外观测资料整理分析和归纳及总结，如朱炳祥所为。

桥墩局部冲刷机理及防护措施摘要：桥墩的局部冲刷造成墩周泥沙被侵蚀掏空，桥墩埋深降低，是导致桥梁水毁的主要因素之一。

从而，桥墩局部冲刷及其防护的研究极为重要和必要。

文章通过对桥墩局部冲刷特征及冲刷机理进行了探讨，并提出了有效的防冲刷保护措施。

关键词：局部冲刷；防护措施；冲刷机理；影响因素0引言桥墩作为桥梁的主要组成部分，是支承桥跨结构并将恒截和车辆活载传至地基的构筑物，其建造于地基上，部分埋置于岩土(包括泥沙和淤泥等) 之中，部分置于流体中，因其阻碍、妨碍、扰乱、改变了原有的流体结构和状态，而变得晃动、紊动和涡旋等，并因之承受流体较为复杂和强烈的作用力，且进一步加剧流体结构和状态的变化。

继而，一方面使桥墩部分墩身磨损和侵蚀及消蚀(这一过程极为缓慢和不易观测显现) ; 另一方面，使桥墩埋置于岩土中墩身的泥沙( 广义岩土的一部分) 因流体(主要指水流) 运动的剧烈改变而产生“掏起”“冲刷”“搬运”“甩抛”“沉落”等，而导致所在底床原有地形发生变化的现象和过程，被人们称为桥墩的局部冲刷。

局部有两方面的含义: 其一，将范围局限于桥墩底部周围附近，不考虑在空间上无限地延展扩散，其原因在于床底质在流体的动力作用下必将发生冲淤变化，该冲淤变化的空间范围是较宽广的，无法全面进行分析研究，也没有必要; 其二，局部将时间的范围限定在一定的时期内，指剧烈冲刷变化到相对平静缓和之一时段范围内。

桥墩的局部冲刷将减少桥墩埋置河(海)床底质深度，危及桥墩基础的安全，有损桥梁的安全使用寿命。

进而对桥墩的防护措施研究至关重要。

1桥墩冲刷机理1.1桥墩周围水流结构研究目前国内外学者们对于墩周水流结构的研究普遍认为桥墩水流结构主要包括墩前下降水流、墩周马蹄形漩涡、墩侧边界分离层和墩后尾涡4个部分。

Dargahi[1]在试验中采用氢气泡流动显示技术和热膜测量的方法对圆柱体周围的流场进行了测量，发现在圆柱上游的水流特征主要是三维边界层的分离，在柱体两侧分离区域内形成准周期性脱落的马蹄形漩涡，且涡的数量与雷诺数相关。

开放实验报告明渠恒定流作用下桩基的局部冲刷实验学生姓名：班级：学号：指导老师：日期：一、实验背景桥梁是跨越河流、峡谷和海域等天然障碍的重要建筑物，也是线路中断时跨越障碍的重要承载结构。

但是，由于受到桥梁墩台的阻碍作用，河流的过水面积减小，导致桥墩周围的水流结构改变，泥沙状况也发生改变，这就促使桥墩周围产生局部冲刷的情况，桥梁本身的安全与稳定就会受到影响。

本实验根据实际工程背景，选取山东省临沂市平邑县银花大桥作为实体研究对象。

银花大桥概况：银花大桥桥梁起点为K0+649，终点桩号为k1+095，桥长446米，桥宽31米，桥轴线与水流方向交角为90°，大桥主体为22、20m后张预应力混凝土空心桥梁板。

为增加桥梁的城市美观效果，大桥设置装饰性双塔斜拉索，索塔为空心矩形钢板结构组成的H形索塔，全桥共有72根拉索，拉索布置为平行双索面，每个索面对称分布9根拉索。

为保证拉索美观，索内设计张拉力为240kN。

大桥详情如下图：图1 银花大桥侧面图本实验按照重力相似准则计算出模型尺寸，做出实体模型。

将单根桥墩做成桩基模型，其中外径6cm，壁厚2mm，高50cm。

试验模型分为以下三种：图2 单根桩实体模型正视图图3 单根桩实体模型俯视图图4 两根桩实体模型正视图图5 两根桩实体模型俯视图图6 三根桩实体模型正视图图7 三根桩实体模型俯视图二、实验目的选取桩基冲刷为研究课题，利用多普勒流速测量仪，进行物理模型试验。

冲刷时模型的布置形式分为三种，每种情况进行3个不同水位的冲刷，每次冲刷持续时间为不定。

通过试验现象及试验数据分析，对冲刷时间以及水位对冲刷坑的影响进行分析，测出冲刷坑的尺寸。

三、试验仪器及设备（1）设备准备本次试验在山东交通学院港航水动力实验室的波流水槽内完成。

试验使用开放矩形直线水槽，长64m，宽1.2m，高1.5m，并配有独立的供回水系统。

上游端为进水口，下游端为出水口，以调节水槽中水深。

水槽如图8所示：图8 试验用水槽图9 Vectrino Profiler小威龙剖面流速仪本试验用到的设备主要包括：① Vectrino Profiler小威龙剖面流速仪：是一种高精度三维点式流速仪，应用范围广泛，包括实验室测量，河道测量以及海洋测绘。

桥墩局部冲刷的机理及防护措施发布时间：2022-09-25T06:05:04.553Z 来源：《中国科技信息》2022年第33卷10期作者：刘港庆1[导读] 桥墩属桥梁基础部分，其整体稳定性与可靠性直接影响着桥梁质量。

但是桥梁在实际使用过程中，刘港庆1(1. 重庆交通大学河海学院，重庆 400041)摘要：桥墩属桥梁基础部分，其整体稳定性与可靠性直接影响着桥梁质量。

但是桥梁在实际使用过程中，桥墩必然会受到水流的冲刷，从而使其功能与性能受到影响，甚至会出现结构受损的情况。

本文阐述桥墩局部冲刷的研究现状、机理，总结了局部冲刷的研究方法内容和相关防护措施，为今后对于桥墩局部冲刷的研究提供参考。

关键词：桥墩局部冲刷；机理；防护措施桥墩在桥梁建筑物中起着一个支承桥跨结构的作用。

但桥墩的涉水部分必然会导致泥沙与水流产生相互作用，进而影响桥梁建筑物本身的安全与稳定。

对桥梁桥墩局部冲刷的机理研究和防护措施的采取是保证桥梁安全运行的必要手段。

我们必须足够重视桥墩局部冲刷的机理以及防护措施。

1、研究现状由于桥墩的阻碍作用，水流会在桥墩周围产生涡流而引起冲刷现象。

按照冲刷的水流现象，一般将冲刷分为：单向流冲刷；潮汐往复流冲刷；潮汐河口混合水流冲刷。

但我们普遍研究单向流作用下引起的桥墩局部冲刷。

经过一个世纪的国内外学者的研究，对于单向流作用下的桥墩局部冲刷问题已经取得相对成熟的研究结果[1]。

从以前的基于小缩尺比的水槽实验到现在的流体动力学模拟，方法在不断的发展。

中国学者刘振卿在CFD计算软件Fluent中使用标准K-ε湍流模型对圆柱形墩的周围三维复杂场做了数值模拟方法[2]；Jain等人提出了桥墩局部冲刷的计算公式；高冬光等学者也提出了较为代表性的与桥墩局部冲刷相关的公式[3]。

张胡等人建立FLOW-3D洪流共同作用下的三维桥墩冲刷及防护数学模型[4]；卢中一等人采用正态冲刷模型的研究成果应用于桥墩的冲刷和防护[5]；梁森栋等人运用HEC-18公式研究复合桥墩的冲刷[6]。

桥墩局部冲刷的机理及防护措施摘要：作为拥有多种复杂地形的人口大国，建设桥梁无疑是方便交通的不二选择。

桥墩对于桥梁的安全至关重要。

桥墩如果在河道中进行建设，其附近的水流形态将会发生很大变化，继而引起河床与桥墩的局部冲刷，对河道通航与桥梁安全等可能产生不利影响。

探讨并总结了桥墩局部冲刷的机理问题，介绍几种使用较为广泛的防护措施，比较其各自特点，从不同的为桥墩局部冲刷研究提供新的思路。

关键词：桥墩；局部冲刷；机理；防护措施1冲刷现象在河道中建桥后,河床的冲刷过程非常复杂。

既有河床自然演变引起的冲刷,也有桥墩建设引起的一般冲刷和局部冲刷,桥墩冲刷是河床自然冲刷、桥墩一般冲刷及桥墩局部冲刷互相叠加的结果。

河床在水力作用及泥沙运动等因素影响下自然形成的冲刷现象, 称为自然冲刷。

桥墩压实河道过水断面,引起桥下河床全断面发生的冲刷现象,称为桥墩一般冲刷。

水流受桥墩阻挡,流速、流向发生改变,产生漩涡,在桥墩周边局部造成的冲刷,称为桥墩局部冲刷。

2冲刷机理2.1引起桥墩局部冲刷的原因关于引起桥墩局部冲刷的原因，众多研究成果表明只要为以下三种：①墩前下降水流的冲击；②桥墩漩涡体系的作用；③桥墩对桥下水流的压缩作用。

Kwan 研究认为桥墩局部冲刷是由墩前下降水流和马蹄形漩涡共同作用导致的；Dargahi通过试验研究冲刷坑的发展过程发现马蹄形漩涡、墩两侧的集中加速水流和下游的尾流漩涡是引起局部冲刷的主要原因；张显辉[8]则认为是由于桥墩对水流的压缩作用使得墩前下降水流和墩侧水流加速区的形成，而此两者的共同作用导致了马蹄形漩涡的形成，三者之间相互作用共同影响。

2.2局部冲刷坑演变过程当桥墩阻挡水流时，桥墩周围复杂的三维水流结构会导致墩周产生局部冲刷坑，对于桥墩局部冲刷坑演变过程的研究，赵凯[9]和向琪芪[10]也将冲刷坑的演变过程分为三个阶段：①起始阶段，冲刷坑发展迅速，其最大深度能达到最大平衡冲深的四分之三；②发展阶段，冲刷坑范围和深度仍在不断增大，但发展趋势较起始阶段有所减缓；③平衡阶段，冲刷坑发展极其缓慢，可认为冲刷坑几乎不再发展，达到平衡状态。

现代水文学浅析桥墩局部冲刷摘要: 本文通过对现有的桥墩冲刷防护方法和防护桥墩周围冲刷的方案和辅助措施分析，查阅了关于桥墩局部冲刷特征及冲刷机理的研究方法，分析了桥墩特征、流体特征等因素对桥墩局部冲刷的影响，最后总结出了有效的防冲刷保护措施。

关键词:桥墩冲刷冲刷机理保护措施引言：桥墩冲刷是一种普遍存在的现象，由于桥墩冲刷影响因素众多，对于冲刷研究也是最近几年的热门课题。

一些偶然性的水文现象和水流的不稳定问题对于桥墩破坏都具有决定性影响。

桥墩局部冲刷一直是冲积性河流中桥墩失稳和桥梁水毁的主要原因。

多年来的研究和实践证明，桥墩局部冲刷具有突发性、灾难性，可导致桥墩的移位、沉陷，桥面的断裂、变形，甚至整座桥梁突然坍塌。

一直以来，很多学者都致力于桥墩局部冲刷机理的研究，取得了显著的成果。

因此，结合已有成果对桥墩周围的水流结构、冲刷的发展过程、以及冲刷坑深度的影响因素的研究现状进行了详尽的介绍，并对未来的研究方向进行了展望。

处理桥墩局部冲刷的传统方法目前尚不完善这些方法包括在桥墩基础周围采用铺填块石或柔性沉排。

有些情况下可采用在桥墩固定刚性护圈的方法以减少冲刷的可能。

本文旨在回顾现有方法的有效程度,同时评价冲刷防护的新方法。

1.桥墩局部冲刷的特征桥墩周围水流结构主要包括墩前向下水流、墩前水面涌波和尺度很大的漩涡体系。

漩涡体系是一种综合水流结构，其中包括在墩前冲刷坑边缘形成的绕桥墩两侧流向下游的马蹄形漩涡、桥墩两侧水流分离引起的尾流漩涡。

漩涡体系在墩后及两侧还不断地由床面附近释放出小漩涡，向水面发展[2]。

绕桥墩周围扩散的马蹄形漩涡的两翼，在尾流漩涡释放时，任何一侧每释放一个尾流漩涡，就出现一个低压中心，牵动马蹄形漩涡区内的流体做横向摆动。

当尾流漩涡发展到下游时，马蹄形漩涡体系则向后退入冲刷坑内。

这样，随着尾流漩涡的释放，马蹄形漩涡不断地进行着横向、竖向和前后摆动。

2.桥墩局部冲刷的机理由于水流通过圆柱体时加速,造成平头墩的侧翼形成较高的流速。

桥梁桩基础抗冲刷能力的评估分析发布时间：2021-02-01T06:52:20.007Z 来源：《防护工程》2020年30期作者：余禹岐[导读] 众所周知，当桥墩周围发生局部冲涮问题时，伴随着桥墩、桩基周围土壤的不断减少，实际结构所受的侧向土压力也同样会削弱，同时流水荷载也会因为冲涮深度的不断增加而增加，如果不采取措施对此种情况加以控制，那么必定会导致桥梁桩基础冲涮所造成的问题越变越大，最终形成较大的困难。

四川省交通勘察设计研究院有限公司四川省成都市 610017摘要：桥梁建设工程项目，一直都是我国市政建设工作极为重要的组成，因为它关系着社会大众的出行安全，所以需要引起广大工作人员的高度重视。

但是根据长期的施工建设研究发现，桥梁桩基础因为长期处于水流冲涮的状态，所以抗冲涮能力也成为了较为重要的工程建设衡量标准，必须要注重桥梁桩基础的抗冲刷能力评估工作。

而要想确保桥梁桩基础抗冲涮能力得到加强，那么必须要注重桥墩桩基防磨蚀技术的研究。

本文接下来将会对此展开科学分析。

关键词：桥梁工程；抗冲涮能力；防磨蚀技术；全面分析伴随着近些年来的发展，桥梁工程垮塌问题的发生，在很大程度上都是因为洪水冲涮所形成的，跨河桥梁因为受到流水砂石冲击磨蚀，最终也就导致了桥墩基础承载能力极度下滑，严重情况下还会引起桥墩破坏的问题。

与此同时，桥梁在跨越江河的时候，往往会采用桩基础，但是桩基础又会受到流水的冲击，所以也就会影响到桩基础的承载能力。

由此可见，注重研究桥梁桩基础抗冲涮能力的研究非常必要。

一、关于桥梁桩基础冲涮的影响研究众所周知，当桥墩周围发生局部冲涮问题时，伴随着桥墩、桩基周围土壤的不断减少，实际结构所受的侧向土压力也同样会削弱，同时流水荷载也会因为冲涮深度的不断增加而增加，如果不采取措施对此种情况加以控制，那么必定会导致桥梁桩基础冲涮所造成的问题越变越大，最终形成较大的困难。

从整体角度上展开分析得知，冲涮会分为冲刷前、冲涮至承台裸露以及冲涮至桩裸露三个阶段。

桥墩局部冲刷的机理及防护措施摘要：桥墩局部冲刷及其防护的研究极为重要，是桥梁建设的前提和关键，随着交通事业的发展，桥梁的规模越来宏伟，桥墩形态和尺寸富有变化，桥墩所处环境越来越复杂。

桥墩冲刷是桥墩设计的关键环节，其对桥渡的破坏多突发性和偶然性。

文章通过对桥墩局部冲刷特征及冲刷机理的研究，分析了桥墩特征、流体特征等因素对桥墩局部冲刷的影响，并提出了有效的防冲刷保护措施。

关键词：桥墩；局部冲刷；冲刷机理；防护措施Mechanism of Local Scouring of Bridge Piers and Protection MeasuresZHU HaibinAbstract:With the development of transportation, the scale of the bridge is more and more magnificent, the pier form and size are rich in changes, and the environment in which the bridge pier is located is more and more complex. Bridge pier scour is the key link of bridge pier design, and its damage to the bridge crossing is more sudden and accidental. The article analyzes the impact of pier characteristics, fluid characteristics and other factors on pier local scour through the study of pier local scour characteristics and scour mechanism, and proposes effective anti-scour protection measures.Keywords: bridge pier; local scour; scour mechanism; protective measures桥墩是桥梁的主要组成部分，是支撑桥跨结构并将恒截和车辆活荷载传递到地基的结构。

桥墩局部冲刷的机理及防护措施
桥墩局部冲刷是桥梁中一种比较常见的损坏形式，它可能会严重影响桥梁的稳定性和安全性。

因此，针对桥墩局部冲刷机理以及采取防护措施是十分必要的。

桥梁水流冲刷引起的桥墩局部冲刷，主要由沉积物和腐蚀作用共同引起的，当水的流速较快时，沉积物在此作用下会落入桥墩底部，逐渐形成淤泥，随着时间的推移，淤泥也会逐渐加厚，当厚度到达一定程度的时候，桥墩底部底板会因为地基承载量的减少而受到承压，并产生局部屈曲变形，从而导致桥墩局部冲刷。

针对桥墩局部冲刷，可以采取以下几种技术措施来防护：
①降低桥墩基础底座水位，进行墩台改造；
②在桥墩内安装淤积物排水孔，并定期清洗；
③在淤泥沉积地点安装波浪屏蔽墩，增加墩端的后护距离；
④安装加固墙等护坡结构；
⑤调整船舶航行线路，避免船只运动在墩台底部，切忌超载运行。

综上所述，通过对桥墩局部冲刷机理的分析以及采取多种防护措施，可以有效地减少桥墩局部冲刷，保证桥梁安全稳定可靠地运行。