第七章 桥墩和桥台冲刷

桥墩河床冲刷方案,专家评论
近年来，河流水文变化频繁，导致桥墩河床冲刷问题日趋严重。

为了解决这一问题，专家们提出了多种冲刷方案。

首先，可以采用“护岸+加固”方案。

这种方案需要在桥墩附近
修建护岸，同时在冲刷严重的区域进行岸线加固。

加固材料可以选择
石方、钢板等，使其能够承受水流冲击和水下颗粒物的冲击力。

这种
方案对短期内的桥墩保护效果较好，但需要定期维护和检测，因为长
时间的水流冲刷会使加固材料变形或损坏，从而减弱保护效果。

其次，还可以采用“重构河道+减缓水流”方案。

这种方案通过
对桥墩下游的河道进行重构，增强河道的水文环境，从而减轻水流的
冲击力。

重构工程可以包括河道深度调整、河道加宽、减少河道弯曲
等措施。

此外，还可以在河道中设立一些阻水措施，如铺设防止河床
沉积的材料、设置减速堤坝等，使水流速度逐渐降低，减轻冲刷力。

这种方案对于长期保护桥墩有着良好的效果，但需要在对河道环境影
响分析等前期工作充足的情况下进行施工。

最后，还可以采用“抽水改道”方案。

该方案将水流从原来的河
床中抽离，通过新开辟的排水渠道引导水流，使桥墩附近的水流速度
降低，达到减轻冲刷力的效果。

这种方案最大的优点是对河道环境影
响最小，不会对现有的河床造成损害，适用于挑战较大的河道工程。

综上所述，解决桥墩河床冲刷问题需要综合考虑不同的方案和具
体情况。

无论采用哪种方案，都需要在施工前进行充分的调研和设计，以达到最好的保护效果。

同时，对于长期的工程，定期维护和监测非
常重要，确保保护措施的有效性。

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。

桥墩冲刷实验一、实验目的：桥梁是道路跨越河流的主要形式，它起到保障公路运输畅通和排泄洪水的作用。

但近年来由于城市建设规模的发展，建筑工程的沙石用量剧增，邻近城区的河道采沙对跨河工程的安全造成了很大威胁。

在桥梁的水毁事件中，桥墩冲刷是最主要的原因，冲刷严重影响着桥梁的整体稳定。

本实验旨在通过创新的手段对实际工程中河流冲刷桥墩进行实验模拟，探讨测量桥墩周围冲刷地形的方法，并提出相对比较理想的保护桥墩措施，确保流水经过桥墩时对其周围的泥沙产生较小的影响。

从而为实际防治桥梁水毁提供实验依据，达到保护桥墩基础、维护桥墩稳定的目的。

二、实验原理：1. 本实验为模型砂启动流速试验，模型冲刷历时t=3h。

2. 当桥墩冲刷坑内存在水体时，水体与坑壁上泥砂的交界线即为桥墩冲刷坑与水面高度相对应高程的等高线。

利用这一原理，通过拍摄不同水面高度下的水面与泥砂的交界线，我们可以得到不同高程下的冲刷坑等高线。

3、桥墩的冲刷引起桥墩冲刷的主要原因有两个：一是由于桥墩阻水而在墩前形成壅水产生下移螺旋流，立轴漩涡体系向下游传播发展，在桥墩下游形成回流区，该回流区的流动是有旋流动，漩涡的中心形成真空，卷起泥沙带往下游，从而导致河床下切；二是由于桥墩阻水形成侧向绕流产生马蹄形螺旋流淘刷两侧地形，从而导致桥群周围床面的冲刷，在马蹄形漩涡的作用下，桥墩周围河床上的泥沙被冲起带向下游，逐渐形成冲刷坑。

当冲刷坑发展到一定深度时，水流能量减弱，冲刷逐渐停止。

因此，冲刷坑的形成是由局部水流条件的改变引起的。

三、实验内容和步骤（一）实验前准备1．矩形、圆柱桥墩模型的制作。

2、在槽的中部填入实验沙，两端用挡板固定，适当捣实使沙平整且挡板和沙坑高度一致。

调节升降轮9使10水位控制板升高到与水平线成60°左右位置。

3、流量调节与控制。

插上电源，先用阀2控制流量，保持水流平稳缓慢上升，让水流慢慢浸过沙坑。

同时仔细观察沙坑在水流下平整度，对局部不平稳处应及时调整。

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。

建筑桥梁墩台冲刷计算建筑桥梁墩台冲刷计算是一个重要的工程设计计算，它主要用于评估墩台在河流、河道或其他水体流动条件下受到的冲刷影响，并确定相应的护坡或护岸措施，以保证墩台的安全和稳定。

下面将详细介绍建筑桥梁墩台冲刷计算的相关内容。

一、冲刷机理墩台冲刷是指水流通过桥梁墩台时，由于流速过高或水流的冲击力过大，导致墩台周围土壤被冲刷，形成或加剧土壤的流失现象。

墩台冲刷主要有两种形式：基底冲刷和侧面冲刷。

基底冲刷是指水流通过墩台底部的土壤层时，由于流速过快或水流冲击力过大，使土壤颗粒被冲刷带走，导致墩台基础下陷甚至失稳。

侧面冲刷是指水流通过墩台周围土体时，由于流速过快或水流冲击力过大，使土体颗粒被冲刷带走，导致墩台侧面土体破坏、沉降或变形。

二、冲刷计算方法墩台冲刷计算一般采用两种方法：经验公式法和数值模拟法。

1.经验公式法：经验公式法是根据过去实际工程经验总结得出的一些计算公式，可以根据不同的河流水流条件和墩台参数进行冲刷计算。

常用的经验公式有降水法、分步法等。

降水法适用于流速较快、河道比较宽阔、水流较长时间作用于墩台的情况。

计算公式如下：Q=λσg^0.5其中，Q为墩台下方底面单位宽度上的冲刷率（m/s），λ为经验系数，σ为水流浸没高程（m），g为重力加速度（m/s^2）。

分步法适用于流速较慢、河道较窄、水流较短时间作用于墩台的情况。

计算步骤如下：（1）根据水流速度、墩台形状和水流方向确定冲刷机理；（2）根据砂粒的尺寸、密度和流动的渠道形状等参数，计算水流中的最大连续输沙率；（3）根据墩台底面的积水深度和水流方向计算出墩台底面单位宽度上的冲刷率。

2.数值模拟法：数值模拟法是采用计算机模拟的方法，通过建立墩台冲刷的数学模型，利用数值计算方法对水流动力学进行模拟，得出墩台冲刷的影响范围和程度。

数值模拟法可以更准确地预测水流对墩台的冲刷影响，但需要进行大量的现场数据采集和复杂的计算过程。

三、冲刷防治措施墩台冲刷防治措施的选择主要依据冲刷的机理、冲刷程度和周围环境条件等因素。

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。

钢筋混凝土桥墩抗冲刷处理钢筋混凝土桥墩作为交通基础设施中的重要组成部分，承担着支撑桥梁荷载和保障行车安全的重要任务。

然而，由于水流冲刷等因素的存在，桥墩表面易受到破坏，进而影响其强度和稳定性。

因此，钢筋混凝土桥墩的抗冲刷处理显得尤为重要。

桥墩抗冲刷处理的目标是通过采取一系列的措施，使其在水流冲刷等外力作用下保持良好的稳定性和耐久性。

下面将从抗冲刷材料的选择、施工工艺以及日常维护等方面进行论述。

一、抗冲刷材料的选择有效的抗冲刷材料选择是桥墩抗冲刷处理的关键环节。

常用的抗冲刷材料主要包括砂袋、重力式防护块、铺石和植被等。

首先，砂袋是一种经济、易于获得和布置的抗冲刷材料，通过填充砂土，形成一层层的防护层，起到分散冲击力的作用。

其次，重力式防护块是一种常见的抗冲刷材料，其具有较大的重量和抗冲击能力，能够有效减少水流的冲刷力。

此外，铺石和植被也可以用于抗冲刷处理，在增加桥墩稳定性的同时，还具有美化环境的作用。

在选择抗冲刷材料时，需要综合考虑成本、可行性和实际需求，以达到理想的抗冲刷效果。

二、施工工艺桥墩抗冲刷处理的施工工艺直接影响着处理效果和施工质量。

首先，施工前需要对桥墩进行全面的勘测和评估，明确冲刷程度和危害程度，以便采取相应的抗冲刷措施。

其次，根据实际情况，选择合适的抗冲刷材料进行施工，确保材料的合理布置和固定，以充分发挥其抗冲刷的功能。

此外，施工过程中还应注意施工工人的安全，采取必要的安全防护措施，确保施工质量和施工进度的同时，保障工人的身体健康和生命安全。

三、日常维护桥墩的日常维护对于其抗冲刷处理的长期效果至关重要。

日常维护包括定期巡查和维修等，旨在发现问题和及时处理，防止冲刷情况进一步恶化。

定期巡查可以通过人工巡查或利用无人机等现代技术手段进行，发现冲刷、龟裂等问题时，应及时采取相应的维修措施，如补充抗冲刷材料、修补龟裂等，以保障桥墩的长期稳定性和安全性。

综上所述，钢筋混凝土桥墩抗冲刷处理是保障桥梁安全和稳定性的重要一环。

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
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。