跨江大桥设计中桥墩冲刷原因及计算方法（论文）.pdf

· 105 · 1 工程概况 宜良县纬七路建设项目设计速度为 50 km/h，根据项目 道路的布线规划，需在K1+513.5~K1+749处修建纬七大桥， 用于跨越南盘江。桥梁起讫桩号 K1+513.5~K1+749，全长 235.5 m，跨径布置为37.5 m+2 ×95 m，其中37.5 m跨为引桥， 结构为简支钢箱梁 ； 2 ×95 m为主桥，结构为独塔双索面钢箱 梁斜拉桥。现场存在水流冲刷作用，易破坏桥墩的结构完整 性与稳定性，是工程设计中不容忽视的内容。 2 桥墩冲刷的基本特性以及主要原因 桥段阻滞水流，导致原有的水流结构发生改变，其主要 的流动路径有墩前水表面涡流、墩前向下射流、马蹄形涡流 和尾迹涡流 4种。 过流断面在遇到桥墩后减小，流速较前期增加，桥墩周 边的水流结构越复杂，存在较明显的交叉作用，导致水流形 成强烈脉动，会对墩旁的床砂带来冲击性作用，该部分砂子 顺着水流发生转移，可见桥墩周边形成显眼的冲刷坑，坑的 上游坡面有锐利的边缘，其稳定性不足，时常有崩塌现象发 生，因失稳而滑动的边缘泥砂落入坑内，在该区域水流的作 用下被携带至下游，冲刷坑的范围扩大。根据该关系可以得知， 桥墩冲刷程度的高低与河流的含砂量有密切的关联。 为深入探寻桥墩冲刷的原因，设泥砂起动速度为 V，若 V＜ V0，此条件下河床底面不存在泥砂运动，产生的冲刷坑 并未获得源自于上游冲刷泥砂的补充，因此，将其视为清水 冲刷 ；反之，若 V＞ V0，此时的显著特征在于上游泥砂会伴 随水流发生转移，逐步聚集在冲刷坑内，在某个节点，泥砂 冲刷与泥砂补给达到相对均衡的状态，此时视为动床冲刷。 此外，河床泥砂级配也是关键的影响因素，在冲刷过程中， 不同泥砂在各阶段的流动程度不尽相同，最初小粒径的泥砂 被水流冲走，残留的绝大部分为粗颗粒泥砂，其具有护面层 的作用。 多项因素均会对桥墩局部冲刷情况带来影响，具体可从 几个大方面考虑，再进一步细分为多个细分层面 ：水流方面， 主要有水流密度、粘性系数、水深等 ；河床泥砂性质方面，主 要有泥砂的密度、级配、粒径；桥墩方面，主要有结构型式（墩 型）、桥墩的方向等 ；其他方面，诸如冲刷期间的时间因素是 需要重点考虑的内容。桥墩局部冲刷深度随着时间和水流速 的变化而改变，其具体关系如图 1、图2所示。 平衡冲刷深度 清水冲刷 动床冲刷 h /m t/s 图1 桥墩冲刷深度随时间的变化 清水冲刷 动床冲刷 V o V /（m/s） h max h /m 图2 桥墩冲刷深度随流速的变化 除此之外，还需考虑人为因素的影响，具体体现在河道 采砂过度等方面，导致河床局部变形，水砂运行的平衡性受 到干扰，部分区域有不均匀采砂的行为，产生的砂坑对水流 的作用类似于跌坎，其会严重影响横向次水流和平面流场的 运动状态，进而引发溯源冲刷，随着该作用的持续发生，河 床稳定性逐步下降。采砂坑的形成将迫使原保持相对稳定状 态的水流状态发生改变，形成纵向涡流，直接作用于采砂坑 上游缘口，使该部分遭到冲刷，而形成的横向次水流则有横 向侵蚀作用，其均会破坏河床的稳定性。 3 桥墩冲刷深度的计算方法 在桥墩设计中，考虑冲刷问题时重点关注冲刷深度。为 保证计算结果的可靠性，宜考虑局部冲刷的最大深度 h。现阶 段，国内应用较为广泛的是 JTJ062 —1991《公路桥位勘测设 ［摘 要］ ???e?tj埋 ???P? ，s???????????剧址 ? ，坤之????]??$ ，冶 印s ?t为?，坤:? c7众????天N坤b??。 ［关键词］ ???? ；?t为? ；?圈?? ［中图分类号］ U 442.32bbbbb ［文献标志码］ Abbbbb ［文章编号］ 1001–523X（2021）22–0105–02 Causes and Calculation Methods of Pier Scour in Design of River -crossing Bridge Jiang Zhi-gang ［Abstract ］Through analyzing the characteristics and reasons of pier scouring, the design methods and safety protection measures are discussed, and the key design work points are put forward to reduce scouring of the bridge piers by water flow and improve stability of the bridge, which provides reference for related research. ［Keywords ］river-crossing bridge ；pier scour ；computing method 跨江大桥设计中桥墩冲刷原因及计算方法 蒋志刚 （中设工程咨询（重庆）股份有限公司云南分公司，重庆 650000） 收稿日期 ： 2021–08–24 作者简介 ： 蒋志刚（ 1979—），男，云南昆明人，高级工程师，主要研究 方向为公路城市道路桥梁设计。 道路桥梁 $


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件 Roads and Bridges Building Technology Development ?48? 22/ 2021年11月 ·106 · 计规范》中的65—l修正式和 65—2修正式，具体做如下分析。 3.1 65—1 ?? () () 19 . 0 25 . 0 0 0 06 . 0 1 0 15 . 0 45 . 0 η 72 . 0 p 14 . 0 p 0 3 2 6 1 0 0 0 0 6 . 0 1 η ζ b 0 0 6 . 01