河流桥墩冲刷分析.docx

第14卷第10期中 国 水 运Vol.14No.102014年10月China Water TransportOctober2014河流桥墩冲刷分析俞艳1，何思明2，3（1.西南科技大学土木工程与建筑学院，绵阳 621010；中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都610041）摘要：近年来桥梁损毁事故常有发生，桥梁的安全性成为重要研究课题。结合必威体育精装版资料对大桥桥墩周围复杂水流 结构进行了详细分析，再分别从墩形、水流速度及水流方向与墩轴交角对局部冲刷影响进行了探讨，对冲刷影响因素进行了概括总结，对一般冲刷和局部冲刷深度计算公式的实际应用条件及范围进行了分析说明，对当前研究中存在的问题和解决方法及未来研究方向进行了展望。关键词：桥墩冲刷；影响因素；局部冲刷；冲刷深度中图分类号：U442.3文献标识码：A文章编号：1006-7973（2014）10-0227-04一、前言随着当今社会的发展，桥梁的修建逐渐增多，其对社会经济和交通运输发展所作出的贡献也越来越大，因此桥梁的安全性问题成为了一个重要的研究课题。据资料统计，在所有桥梁损毁事故中，水毁的比例最高，占事故的 70%以上。因此，在对桥梁进行设计时，桥墩的埋置深度是个重大难题。埋置深度太小，桥梁的安全性得不到保障，埋置深度过大将会造成经济上的浪费。对桥墩冲刷深度进行预测计算将是一个有效的解决手段。二、桥墩冲刷分析河流中桥墩的建造使其附近的水流断面面积减小，改变了原来的水流及泥沙运动规律，桥墩周围水流速度增大，会引起对河床的冲刷。冲刷通常是由自然演变的冲刷、过水断面的减小而引起的一般冲刷以及桥墩周围产生的局部冲刷三个部分组成。其中最主要的是局部冲刷，来流水遇到桥墩阻挡时将会在桥墩前部形成水面涌波及下降水流，在桥墩周围形成紊流区。紊流区结构十分复杂，它包括迎水面的下降水流及绕流形成的马蹄形漩涡和桥墩两侧分离形成的尾流漩涡以及在墩两侧和墩后形成的小漩涡[1]。冲刷是一个复杂的过程，三种不同的形式往往交织进行， 且随着河流中水流及泥沙运动状态的改变而不断地变化。为了方便研究与计算，研究者们将上述过程分为了自然冲刷、一般冲刷及局部冲刷三个相互独立的过程，并假定它们相继发生进行[2]。在计算时可分别进行独立计算后汇总，以求得桥墩周围最大冲刷深度。2．流水速度来流水速度对冲刷的结果影响很大，当流速很小时桥墩 将不发生局部冲刷；当流速增大至泥沙始冲流速时，墩前开始有冲刷坑的出现且发展趋势为随着流速的增大而增大直至达到或者超过泥沙的起动速度[3]；在达到或超过起动速度后，河床的泥沙开始起动并对冲刷坑形成一定的补偿作用，冲刷深度也会随着速度的增大而缓慢增加直至达到平衡状态。3．水流方向与墩轴夹角夹角的影响主要体现在对阻水宽度及迎水形状的改变[4]。研究表明，在有夹角存在时局部冲刷深度将比正交时更大。因为有夹角时，桥墩的阻水面积相应的增大了且桥墩的迎水形状也会因为夹角的改变而发生改变。引起桥墩冲刷的因素众多，河流宽度、床沙中值粒径、 断面形态、泥沙容重、河道比降、泥沙级配、桥墩形状及大小、水流密度、粘滞性、来流平均流速、水深等都会对冲刷深度造成影响。四、桥墩冲刷计算1．一般冲刷计算目前一般冲刷计算公式是根据别列柳勃斯基假定、输沙 平衡原理及冲止流速思想[1]建立。（1）别列柳勃斯基假定思想是指当桥下水流断面面积增 大到使桥下流速等于河槽天然流速时冲刷停止且根据此假定建立的一般冲刷经验公式如下：?hp =ph?h?三、局部冲刷的影响因素 研究者们根据一些主要影响因素进行了研究分析： 1．桥墩的外形参数Q? ?μ?1?????V，（包氏公式）桥墩冲刷的主要原因是修建在河道中的桥墩对河道宽度进行了压缩导致单宽流量增大而引起了冲刷。桥墩的长宽是一个影响因素。一般情况下，桥墩越长越宽，来流水受到的压缩越大，在墩前处将会形成强烈的漩涡，从而产生的冲刷深度会越大。收稿日期：2014-09-13hp—一般冲刷深度（m）；h—建桥前桥墩附近的水深（m）；p—冲刷系数；?—桥下冲刷前的过水面积（m2）；?—桥下需要过水面积（m2）。该公式曾在我国桥渡设计上广泛使用，它主要是对均匀土质的计算，没有考虑河槽土质的分布情况及水流集中冲刷作者简介：俞艳（1989-），女，四川省绵阳市安县人，西南科技大学土木工程与建筑学院，硕士研究生，主要从事桥墩灾害与防治方法研究。228中 国 水 运第14卷的情况，因此只能用于山区稳定河段及平原地区。（2）输沙平衡原理思想是在建桥以后，若上游自然输运来的泥沙量小于断面被水流冲走的泥沙量，则冲刷立即停止，河槽断面达到输沙平衡，一般冲刷深度达到最大[5]。根据此原理建立的公式基本形式如下：段使用式64-1。由于式子64-1、2是交通部门根据某些河流情况进行实测资料编制的，所以在我国使用非