第六章桥梁墩台冲刷

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。

桥涵水文Hydrology of Bridge and Culvert桥梁墩台冲刷计算及基础埋深第六章（桥涵水力计算）第一节桥下一般冲刷计算第二节桥墩局部冲刷计算第三节桥台冲刷计算第四节基础埋深计算为了使设计洪水在桥下安全通过，不但要有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且桥梁墩台基础还必须有足够的埋置深度。

桥下冲刷直接影响着桥墩台的基础埋置深度，要保证桥梁安全，就必须将墩台基础放置在可靠的地基上。

进行冲刷计算的目的是要找最大冲刷深度，决定不被冲走的地基面的标高。

一、桥下冲刷的组成1.自然演变冲刷z定义：河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下，自然发育过程造成的冲刷现象，称为河床自然冲刷。

z常见自然演变冲刷现象：河床逐年下切、淤积、边滩下移、河湾发展变形及截弯取直、河段深泓线摆动及一个水文周期内，河床随水位、流量变化而发生的周期性变形，以及人类活动(如河道整治、兴修水利等）都会引起河床的显著变形，桥位设计时都应予考虑。

z计算方法：关于河床自然演变冲刷深度，目前尚无成熟的计算方法，一般多通过调查或利用桥位上、下游水文站历年实测断面资料统计分析确定。

对于各种河床的自然演变冲刷，在河流动力学和河道整治的有关书籍中，有一些计算方法可供参考。

但由于影响河床演变的因素很多，又极其错综复杂，难以得到可靠的计算结果。

目前在实际的工作中，主要是通过实地调查或参考类似河流的观测资料，结合河段的特点和整治规划，估计建桥后可能发生的河床变形，作为桥梁墩台的自然（演变）冲刷，进行设计。

具体做法，可以参阅《公路工程桥涵水文勘测设计规范》。

2.一般冲刷建桥后，由于桥孔压缩河床，桥下过水面积减小，从而引起桥下流速的增大，水流携沙能力也随之增大，造成整个桥下断面的河床冲刷。

这一冲刷过程，称为桥下断面的一般冲刷。

3.局部冲刷水流因受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷现象叫局部冲刷。

在桥墩的前缘与两侧形成冲刷坑。

三种冲刷交织在一起，同时进行。

计算时假定它们独立地相继进行，可分别计算，最后叠加。

桥墩冲刷防护分析及措施2019-07-07作者简介：栾正伟（1990—）男，汉族，郑州⼤学⽔利与环境学院，⽔利⽔电⼯程专业马骕（1988—）男，汉族，郑州⼤学⽔利与环境学院，⽔利⽔电⼯程专业摘要：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。

关键词：局部冲刷；冲刷分析；流体特征；防护措施桥墩冲刷是桥墩设计的关键环节，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。

⼀、桥墩局部冲刷特征（⼀）桥墩局部冲刷的概念桥梁建成后，除了河床的⾃然演变外，还有由于桥墩⼲扰⽔流和泥沙的运动⽽引起的河床冲刷，它们交织在⼀起同时进⾏.冲刷过程⾮常复杂。

为了便于研究和计算，常把桥墩的最⼤冲刷深度分为独⽴的三个部分：⾃然演变引起的冲刷、⼀般冲刷和局部冲刷，并假定它们相继发⽣进⾏。

由于桥墩阻流产⽣的⽔流冲击和涡流作⽤，在桥墩周围分离出三维边界层，从⽽产⽣具有⾼紊动和⾼流速特性的局部⽔流，引起旋涡并向下游传播和发展，产⽣很⼤的床⾯切⼒，在桥墩周围形成的局部河床变形称为桥墩局部冲刷。

（⼆）桥墩绕流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（horseshoe vortex）、桥墩两侧⽔流分离引起的尾流漩涡（wake vortex）。

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。

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。