潮流作用下桥墩局部冲刷研究

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。

世界桥梁2019年第47卷第4期（总第200期）17东海大桥桥墩基础冲刷防护方案研究陈述（中铁大桥勘测设计院集团有限公司，湖北武汉430052）摘要：受长江、钱塘江来水来沙和人类活动的影响，东海大桥所在水域海床发生普遍冲刷，桥墩周围发生较大局部冲刷$为防止海床进一步冲深，保证该桥运营安全，对桥墩基础冲刷防护方案进行研究$根据自然条件和工程特点，主体防护区采用袋装碎石上层压载袋装混凝土干混料的防护方案；采用失效风险方法进行比选，确定周边防护区采用复合材料勾连体的防护方案$以该桥某桥墩为例，依据相关规范和研究成果，提出桥墩基础具体冲刷防护方案，开展先导性物理模型试验，依据试验结果及工程实际对防护方案进行优化$结果表明：铺设3层复合材料勾连体时防护结构整体稳定性更强，防护区内形成淤积，促进了防护体与海床的结合，对主体防护区稳定起到积极作用；优化后的防护方案总体能够满足桥墩基础冲刷防护要求$关键词：东海大桥；桥墩!冲刷；复合材料勾连体；先导性物理模型试验；防护方案中图分类号：U443.2；U442.32文献标志码：A文章编号：1671—7767（2019）04—0017—051引言在需要跨越河流、河口甚至海湾建设桥梁时，桥梁基础受到水流、波浪和潮汐等综合作用，桥墩局部冲刷情况变得非常复杂）12$研究表明，海洋环境中的桥墩局部冲刷机理、冲刷坑形态和冲刷过程与径流作用时有较大区别，最大冲刷深度预测难度较大$韩海骞等3认为径流较潮流条件下的桥墩冲刷深度减少20%〜30%，且最大冲刷深度位置变化较大；Han等4研究表明，最强动力条件一致时，潮汐往复流与径流条件下的最大冲刷深度基本一致，但达到冲刷平衡时间更长；Qi等5发现由波浪引起的向上渗流可能会削弱周围沙土的单位浮力，使砂层更容易受到冲刷$针对跨越河流的桥梁基础冲刷防护，戴荣尧等］6对实测数据和试验资料进行分析，在确定水流底部漩辐影响范围的前提下，建立了局部冲刷防护范围计算公式；蒋焕章7通过试验研究了局部冲刷坑在墩头前缘和两侧的宽度计算，提出了局部冲刷防护范围计算公式$上述成果可作为研究跨海桥梁基础冲刷防护范围的参考$针对桥梁基础局部冲刷防护措施，Chiew等8按防护机理将其分为2类，一类是采用增加周边床面抗冲能力的防护措施进行防护，另一类是减小水流冲刷力的工程措施达到防护目的$Tafarojnoruz 等9研究发现，防护措施不当甚至可能造成负面效果$高正荣等）10*、贾界峰等⑴*及樊俊生通过对苏通大桥防护方案研究，提出拋投袋装沙作预防护和运用下沉护坦原理作为冲刷防护设计理念，以及平面设计分区方法和纵向分层防护结构$近年来，国内外的研究者提出了一些新的空间透水框架防护结构，如房世龙等）13*在对传统防护工程措施进行优缺点比较的基础上，着重对四面体透水框架群防护方法进行了介绍;魏祥等）14*在对国内外岸滩防护工程调研基础上，通过模型试验对勾连体基本结构特性进行系列研究，认为勾连体铺设2层以上时整体勾连效果显著，孔隙率能够达到90%以上$目前，拋石防护因其取材便利、施工简单、造价较低等特点，在跨越河流的桥梁基础局部冲刷防护工程中得到了较广泛的应用，但适用于具备深水、强浪、潮汐、腐蚀等特征的跨海桥梁基础的局部冲刷防护措施则相对少见$本文在对国内外研究成果整理分析的基础上，结合东海大桥工程海域自然条件和防护工程特点，对桥墩基础冲刷防护方案进行研究$2工程概况东海大桥建于2005年，起始于上海浦东新区芦潮港，至浙江省嵊泗县小洋山岛，全长约32.5km，是我国第一座跨海大桥$桥梁下部为高桩承台结构,桩基为PHC管桩和钢管桩$大桥所在海床属于长江口水下三角洲南翼向海延伸部分，地质以粘土质粉砂和粉砂质粘土为主，中值粒径在0.004〜0.018mm之间$根据验潮站和实测资料分析，该收稿日期2018—11—05作者简介:陈述（1983—），男，高级工程师,2004年毕业于武汉大学港口海岸及治河工程专业，获学士学位（E-mail chens@）$18世界桥梁2019,47(4)海域潮汐属非正规浅海半日潮，多年平均潮差约为3m,大潮垂线平均流速可达2m/s,受台风影响最大波高可达7m,平均含沙量约1.0kg/m3$大桥既受潮汐、波浪的影响，同时还受钱塘江和长江径流下泄以及人类活动的影响，海域床面冲刷严重$ 2002年至今，大桥管理单位组织对大桥桥墩的海床进行了9次扫描，经分析,大部分桥梁基础周围出现了明显的冲刷现象，桥墩处普遍冲深在5〜10 m（见图1）$为防止桥墩处海床面冲刷进一步发展而影响到大桥整体结构安全，需尽快实施东海大桥冲刷防护工程$3桥墩基础冲刷防护方案比选桥墩冲刷防护类型种类繁多，根据该工程自然条件和防护要求，结合类似防护工程经验）15*,认为通过铺设护底材料增加桥梁基础周围海床的抗冲能力，同时降低水流流速以减小床沙淘刷的防护思路是合理的$考虑到在冲刷坑抛填时应避免施工过程中对桥梁桩基和牺牲阳极块产生损坏等因素，保证工程实施的安全性和可行性，推荐冲刷坑主体防护区采用袋装碎石上层压载袋装混凝土干混料的防护方案$复合材料勾连体系是一种开放式空间框架结构，由复合材料圆管灌注混凝土而成，耐腐蚀、受力、透水性能好，在群体勾连状态下防护结构整体稳定性强$采用失效风险（Failure Risk,简称FR）方法，对于周边防护区的防护措施，引进复合材料勾连体防护，对周边防护区采用复合材料勾连体与抛石防护进行比较（见表1）$桥墩编号（a）大桥西侧桥墩编号（b）大桥东侧图1东海大桥冲刷现状表1抛石防护和复合材料勾连体防护比较防护类型水毁方式剪切破坏抛石防护卷扬破坏边缘破坏复合材料勾连体整体溃败水毁影响抛石被水流冲走泥沙通过抛石之间的空隙被冲走抛石层边缘失稳防护体被冲散，失去整体勾连性,个体发生位移监测方法抛石位置移动抛石下方存在淘刷空间抛石位置移动勾连体的位置发生移动维护手段扩大抛石范围或者增加抛石厚度优化级配采用土工织布作为滤层在抛石边缘设置护坦增加单个构件自重、优化杆件受力性能或增加单位面积勾连体数量防护工程成功与否主要与防护类型水毁可能性、水毁后的影响（包括生命安全与经济损失）、监测难易及维护成本等有关$防护工程的失效风险主要从防护失效造成的结果、防护失效发生的概率及监测的难度3个方面进行评价$对不同影响因素的敏感性进行赋值，各因素的敏感性按等级分为1〜10,其中防护失效造成的结果按照影响较小、适中、中高和高分为4个风险等级，取值分别为1、4、7和10；防护失效发生的概率按照不可能、可能性小、可能和可能性大分为5个等级，取值分别为2、4、6、8、10；监测难度按照简单、一般、较难和困难分为4个等级，取值分别为1、4、7和10$其值越小则防护工程水毁的风险越小，反之亦然$定义FR为防护工程的失效风险「9*,即：FR$%（X1&2，…，X Q（1）式中，X1&2，…，X”为防护类型的各影响因素$抛石防护相比复合材料勾连体防护可能会带来更高的运营维护成本，且抛石防护的整体性相对较差，工程量相对较大）16*$结合环保方面要求，抛石防护失效造成的结果赋值大于复合材料勾连体防护，分别为7与4；对于失效发生概率，抛石防护与复合材料勾连体防护分别赋值6与4；对于监测难度，抛石防护涉及到底部淘刷泥沙的问题，需要泥沙取样分析,监测难度较大，抛石防护与复合材料勾连东海大桥桥墩基础冲刷防护方案研究陈述19体防护分别赋值为7与4。

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桥墩局部冲刷防护工程特性研究综述发表时间：2016-06-13T16:10:28.820Z 来源：《工程建设标准化》2016年3月总第208期作者：王新君[导读] 我国各个城市都非常重视桥梁建设的工程发展并且投资了大量人力物力以及财力来支持我国桥梁工程的建设发展。

王新君（山东省滨州公路工程总公司，山东，滨州，256600）【摘要】随着时代的进步，社会的发展，人们的生活水平越来越高，我国社会经济的发展越来越迅猛，与此同时，我国交通事业的发展也如日中天，尤其是桥梁的发展，本文就传统桥墩局部冲刷防护工程特性研究以及桥墩周围四面体透水框架防护进行了简要分析，并且就此提出了加强桥墩局部冲刷防护工程的应用的具体措施，希望对加强我国桥墩局部冲刷防护工程能够有所帮助。

【关键词】桥墩；局部冲刷防护；工程特性；改革开放以来，为了加快城市化建设的步伐，我国各个城市都非常重视桥梁建设的工程发展并且投资了大量人力物力以及财力来支持我国桥梁工程的建设发展，但是由于很多方面的因素，如今我国桥梁建设在技术方面还是存在很多问题，这些问题直接影响了桥梁建设的正常发展，所以，我们应该加强桥梁建设的施工技术研究，加强桥梁建设技术的进一步发展。

1．传统桥墩局部冲刷防护工程特性研究1.1从实体抗冲防护角度分析1.1.1抛石防护抛石防护主要是一种桥墩防护工程措施，抛石防护有两个工作原理，其一是抛石对床沙有保护作用，可以有效增加床沙启动或者扬动需要的流速，其二就是抛石可以在很大程度上增加桥墩附近局部糙率，可以有效减小桥墩附近流速。

一直以来，相关工作人员对抛石层布设厚度的研究并不是很多，一般情况下，桥墩抛石至少为两层，专家研究得出了具体的结论，就是三十层。

抛石层越厚，桥墩整体性越好，相对开说防护效果也就越好。

还有专家人为抛石层的厚度至少要达到抛石粒径的3倍，但是，如果墩前行近流速为临界摩阻流速的2.5倍左右时，抛石层布设厚度的影响就可以忽略不计。

桥梁设计中的抗冲刷措施研究随着我国交通事业的不断发展，越来越多的桥梁被建造。

而在桥梁建造中，抗冲刷是一个十分重要的环节。

本文将探讨桥梁设计中的抗冲刷措施研究。

一、抗冲刷是什么？抗冲刷是指桥梁在水流作用下所承受的撞击和冲击力，分为撞击力和冲击力两种。

其中，撞击力是指水中的浮体或冰体向桥墩直接冲击产生的一种力量，而冲击力则是指水流在桥梁墩柱下垂直冲击产生的一种力量。

抗冲刷是保证桥梁安全的重要环节。

二、影响桥梁抗冲刷的因素1.桥梁位置：桥梁位置的不同会对桥梁的抗冲刷性能造成影响。

在江河湖泊中的桥梁所承受的冲击力是大于海洋中的桥梁的。

2.水流速度及方向：水流的速度和方向直接决定了桥梁所承受的力量大小，其对桥梁的影响是十分显著的。

3.气候条件：不同的气候条件对桥梁的抗冲刷性能有不同的影响。

例如高温多雨的气候下，水流速度会相对较快，也会加大桥梁的抗冲刷难度。

三、桥梁设计中的抗冲刷措施1.合理设计桥墩：设计桥墩时，应将桥梁的质心和水下重心相对一致，这样可以有效提高桥墩的稳定性和抗冲刷性能。

另外，钢筋混凝土的桥墩比石头或混凝土桥墩抗冲刷能力更强。

2.制定合理的桥梁几何参数：设计桥梁时，应充分考虑桥墩形状、尺寸、桥墩的间距等因素。

这些参数的合理制定可以有效减小桥梁的阻力，从而提高桥梁的抗冲刷性能。

3.采用更加牢固的建材：钢筋混凝土和高强度钢构成的桥梁，具有较高的抗冲刷性能。

而沥青混凝土抗冲刷性能较弱，应谨慎选择。

4.增加桥梁重量：通过增加桥梁的重量，可以在一定程度上提高其稳定性。

同时，也能有效地减小桥梁被水流冲刷的可能性。

5.提高基础的抗冲刷性能：桥梁的基础是整个桥梁的支撑结构，其稳定性和抗冲刷性能的优劣，直接影响着桥梁是否能够长期稳定地存在于水中。

因此，提高基础的抗冲刷性能，十分重要。

结语本文从什么是抗冲刷、影响桥梁抗冲刷的因素和桥梁设计中的抗冲刷措施三方面，对桥梁设计中的抗冲刷措施进行了探讨。

在未来的桥梁建设中，必须充分考虑桥梁的抗冲刷性能，从而保障桥梁的安全稳定。

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。

桥墩局部冲刷计算研究
张佰战;李付军
【期刊名称】《中国铁道科学》
【年(卷),期】2004(025)002
【摘要】通过桥墩局部冲刷影响因素和有关参变量分析,并借鉴国内外现有公式使用经验,从能量平衡理论出发,用量纲平衡方法导出桥墩局部冲刷新公式.根据天然实测资料引入泥沙不均匀系数,并用大量室内试验和天然实测资料对新公式进行系数和指数调整.对现行规范中斜交时墩型系数及桩基承台计算公式进行改进.
【总页数】4页(P48-51)
【作者】张佰战;李付军
【作者单位】铁道科学研究院,铁道建筑研究所,北京,100081;铁道科学研究院,铁道建筑研究所,北京,100081
【正文语种】中文
【中图分类】U442.32
【相关文献】
1.强潮地区桥墩局部冲刷模型验证方法研究——以杭州湾跨海大桥桥墩局部冲刷研究为例 [J], 姜小俊;刘南;刘仁义;韩海骞;胡建炯
2.桥墩-冰塞-局部冲刷相关问题研究进展 [J], 王军;侯智星;隋觉义;程铁杰
3.潮流对桥墩局部冲刷影响研究综述 [J], 闻云呈;薛伟;闫杰超;夏云峰
4.中美规范桥墩局部冲刷计算公式对比研究 [J], 杨宇航;杨靖;舒子健;张超;门金锋
5.冰盖下桥墩局部冲刷深度预测 [J], 邓康;王军
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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。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·10·2019年第12期文章编号：2095－6835（2019）12－0010－03桥墩局部冲刷及加固措施的思考卓长智（合武铁路有限公司，安徽合肥230088）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的过程中，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。

针对此问题，以某普速铁路桥梁桥墩局部冲刷为例，对其内容进行研究，并提出相关意见。

关键词：桥墩；局部冲刷；冲刷机理；结构加固中图分类号：U443.22文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2019.12.004桥梁在使用过程中，桥墩受到河水冲刷是十分常见的，它是河床水流冲蚀所引发的。

桥梁基础冲刷包括桥墩与桥桩两个部分的冲刷，这是导致桥梁结构受损的主要因素之一。

但是，从现阶段的桥梁结构情况来看，具备冲刷是一个普遍性问题，几乎不可避免，那么如何才能够加大桥梁具备冲刷的防护力度，降低其受损概率和程度，就成为了保障桥梁结构稳定性与桥梁使用寿命的关键。

1概况皖水河特大桥全长1959.1m，该桥跨越泛区的主河槽段，控制流域面积为585.5km2，洪水曾使桥址上下游大堤多次溃决。

该河流平时流量小，遇大暴雨流量迅速增加，主河道经常变动，由于长年地方在河道采砂，造成河床下切较多，如图1所示。

2006年洪水导致该桥冲刷严重，部分桥墩钻孔桩外露，2006年对该桥第37#～40#墩承台用密排钢轨桩封闭防护；2010年因39#～40#墩再次被冲刷，导致钢轨桩被冲毁大半，承台及钻孔桩严重暴露，再次施工恢复钢轨桩防护，增加劈水尖，并在钢轨防护桩周围设石笼防护；2016年因36#～38#墩钢轨桩被冲毁，再次用沉井进行加固。

2桥墩局部冲刷的机理2.1桥墩周围的水流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，其河底的流速相对较慢，而上部的流速则相对较快，同时形成了桥墩附近马蹄状的漩涡流，如图2所示。

圆柱桥墩局部冲刷机理研究摘要：本文利用水槽动床冲刷实验，获得了不同流量和水深条件下圆柱型桥墩流场及冲刷地形。

分析了冲刷范围、冲刷深度、冲刷扩散角与来流流量及下游水深之间的关系。

结果表明：最大冲深深度与桥墩尺度有关；流量增大、水位变浅时由于行进流速、紊动能等因素的影响使最大冲深呈现单增趋势；最大冲宽与最大冲深的分布规律在流场和水深条件改变时相似。

通过本文的修正公式将可以更好地预测桥墩的最大冲刷深度。

关键词：冲刷范围；冲刷深度；紊动能；最大冲深；冲刷扩散角桥墩作为桥梁结构的关键组成，对其的破坏以及防护进行研究是十分有必要的。

桥墩的墩台等阻碍水流的建筑物周围的水流由于圆柱绕流的影响，会形成局部冲刷。

这样的冲刷带来的结果是桥墩的埋置深度会减小，长此以往随着基础埋深的逐渐减小桥墩的稳定性也大大减小，这会对桥身造成巨大威胁。

研究者们对发生了重大破坏的140座桥梁的事故原因进行了统计和分析[1]，其中有66座是由于桥墩的冲刷造成的，也就是说近50%的桥梁破坏是由于冲刷造成的。

目前的实际工程中，桥墩附近的环境比较复杂，国内外对于桥墩的冲刷计算方法不同，中美桥墩局部冲刷条文都考虑了桥墩墩形系数和桥墩宽度对局部冲刷深度的影响，其次，在不同的实际工程中，墩形系数、桥墩的平面布置和垂直布置等因素也作为了计算桥墩局部冲刷的因素[2]。

总得来说，在计算桥墩局部冲刷时，主要考虑桥墩特征、水流特征以及河床质特征的影响。

本研究通过开展圆柱形桥墩的水槽冲刷概化实验研究，获得了桥墩冲刷过程中流场分布、地形分布；并进一步分析最大冲深、最大冲宽与来流流量、下游水位之间的关系，以及紊动能与冲深、冲宽变化规律，通过冲深与冲宽结果，对前人的公式进行验证与修正，提出相应修正公式。

1试验布置与方法试验水槽长20m、宽1m、深1.1m，水槽模型示意图如图1所示，水槽中部为沙槽，沙槽长2m、宽1m、深40cm。

试验设置有4个流量和4个水深下的16个工况。

摘要：东海大桥桥墩是连接江苏省靖江市和上海市崇明岛之间的一座大桥，是中国海上最大的斜拉桥，也是全球海上第二大的斜拉桥。

由于其悬跨于东海之上，处于自然环境恶劣的条件下，容易受到大风、海浪、暴雨等自然因素的影响，从而导致桥墩的过度冲刷现象。

本文针对东海大桥桥墩过度冲刷区域防护应用技术进行了研究，通过文献资料、实地调查、现场试验与数值模拟等方法，探讨了不同防护措施对于桥墩过度冲刷的效果，以及其在实践中的适用性和经济性。

关键词：东海大桥；桥墩过度冲刷；防护技术研究。

一、引言作为世界级的交通建设工程，东海大桥是中国难得的一座大型海上跨海斜拉桥，连接了江苏省靖江市和上海市的崇明岛。

它横跨于东海之上，承担着连接全国经济中心城市上海市及周边地区的交通功能，对于区域经济的发展起着重要的支撑作用。

但是，由于自然环境的影响，东海大桥桥墩会遭受到强烈的大风、海浪、暴雨等自然因素，并且处在海水中，长时间受到海水的冲刷、侵蚀，因此在一定程度上会影响桥梁的安全运行。

尤其在桥墩的防护方面，如何提高桥墩的抗冲刷能力，是桥梁建设领域的一个难题。

本文利用文献资料查阅、实地调查、现场试验和数值模拟等方法，系统地探讨了东海大桥桥墩的过度冲刷现象及其影响，并对防护技术进行了研究和分析。

该研究可以为东海大桥和其他类似桥梁的设计、建造及运维提供参考。

二、东海大桥桥墩冲刷现象分析1. 冲刷原因桥墩上部结构容易受到海浪和风浪的作用，其产生的力矩和水流从桥墩周围流过，会引起冲刷、剥落等现象。

同时，由于气候恶劣、水流湍急等因素的存在，桥墩的受力情况经常发生变化，从而影响桥墩的安全性和耐久性。

2. 技术现状当前，针对桥墩冲刷问题的技术解决方案主要有以下几种：( 1)防护涂层技术：将防水剂、防污剂等材料涂覆在桥墩表面，从而起到防护的作用。

( 2)模具防护和快修技术：在桥墩表面加装模具保护，能够降低冲刷对桥墩的损害，同时利用快修技术能够快速修复损坏部分，避免其权值扩散。