杭州市九堡大桥桥墩局部冲刷试验研究
桥墩局部冲刷的机理及防护措施现状综述
桥墩局部冲刷的机理及防护措施现状综述摘要：桥墩局部冲刷及防护措施是关注度很高的课题，属于航道建设中的重要环节。
多年来，国内外众多学者对桥墩局部冲刷机理及防护措施的研究取得了很大的进展。
本文采取综述的方法客观地列举了近几年国内外学者在桥墩冲刷和防护问题上采取的研究方法、研究内容和研究成果。
关键词：桥墩；局部冲刷；防护；文献综述引言：桥墩是支撑桥跨结构并将恒载和车辆活载传至地基的亚建筑、桥台设在桥梁两侧。
其多数建造于地基之上，部分结构埋在岩土中，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;另一方面，使桥墩埋置于岩土中墩身周围的泥沙因流体运动的剧烈改变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。
1.桥墩局部冲刷研究历史我国桥梁建设历史悠久，早在一千四百多年前就建造有如赵州桥等一定规模的桥梁，对于桥梁的建设早具丰富经验，但对于桥墩局部冲刷问题的研究始于河流动力学和泥沙理论得到创建后的年代。
在此之前一般只是套用苏联或美国的科研成果;我国早期对于桥墩局部冲刷的研究只是在于单纯的现场观测，1959年国家交通部组织各省对已建桥渡的桥墩所在底床进行了局部冲刷观测研究，并形成一定的数据表以供交通管理部门和设计部门决策参考。
20世纪五六十年代和十年“文革”期间因为政治原因，一些科研工作者被错误打倒或下放到农村或基层改造，从而在河流动力学和泥沙理论等方面的研究一度被停滞和徘徊不前，只是20世纪70年代末期这些科学家们得到重用后，才得到大力推动和发展。
桥墩的局部冲刷的研究也是如此，20世纪80年代，开始有了对桥墩局部冲刷研究的模型试验。
其后，桥墩局部冲刷研究因改革开放时代要求，开始大量借鉴国外研究成果和资料，也有在对国内外观测资料整理分析和归纳及总结，如朱炳祥所为。
桥墩局部冲刷机理及防护措施
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。
桥墩局部冲刷的机理及防护措施_2
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]。
强潮地区桥墩局部冲刷模型验证方法_省略_州湾跨海大桥桥墩局部冲刷研究为例_姜小俊
h
0. 193
d 50
0. 167
,
( 3)
其中 , k 1 为基础桩平面布置系数 , 条带型 k 1 = 1 , 梅 花型 k 1 = 0 . 862 ; k 2 为基础桩垂直布置系数 , 直桩 k 2 =1 . 0 , 斜桩 k 2 = 1 . 176 .
2 实测方案制定及实施
2. 1 实测方案制定 实测方案主要目的是获取用于验证公式( 2) 的 桥墩局部冲刷数据 , 内容主要包括桥墩局部地形资
hb = a0 B 1 d 50 2 F r a3 , ( 1) h h h u 其中 , F r = , 根据实验数据进行多元回归分析 gh 确定参数后[ 6] , 得到 hb B = 17 . 4 h h
0. 326
d 50 h u
0. 628
0. 167
. 628 F0 r .
( 2)
实际应用中公式( 2) 可以简化为 hb = 8 . 48k 1 k 2 B
第 37 卷第 1 期 2010 年 1 月
浙 江 大 学 学 报( 理学版) Journal of Zhej iang University ( Science Edition) http: / / www . journals . zju . edu . cn / sci
Vol . 37 No . 1 Jan . 2010
图 2 桥墩局部冲刷实测方案图 F ig . 2 Scheme map fo r the actual data acquisitio n of the pier local sco ur
DOI :10 . 3785/ j . issn . 1008 -9497 . 2010 . 01 . 024
粘性土中桥墩基础局部冲刷计算方法对比分析
粘性土中桥墩基础局部冲刷计算方法对比分析梁发云;王玉;贾承岳【摘要】桥墩基础局部冲刷研究多针对砂性土,相对于砂性土,粘性土的冲刷速度要慢得多,目前的研究较少地涉及到粘性土.近年来粘性土冲刷特性研究逐渐受到国内外学者的重视,粘性土中桥墩基础局部冲刷深度的计算方法主要有中国《公路工程水文勘测设计规范》方法(简称“中国公路规范方法”)和美国SRICOS-EFA方法.本文通过典型算例的对比,分析了两种方法的计算结果及其各自特点.相比之下,中国公路规范方法的计算公式较为简单,但该方法仅能计算出桥墩基础的最大冲刷深度,并且忽略了一些重要的影响因素.本文通过典型算例的对比分析,对中国公路规范方法提出了一些改进建议.【期刊名称】《水文地质工程地质》【年(卷),期】2014(041)002【总页数】7页(P37-43)【关键词】局部冲刷深度;桥墩基础;对比分析;EFA试验;冲刷曲线【作者】梁发云;王玉;贾承岳【作者单位】同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海200092;同济大学地下建筑与工程系,上海200092;同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海200092;同济大学地下建筑与工程系,上海200092;同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海200092;同济大学地下建筑与工程系,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU473冲刷是水流作用引起河床剥蚀的一种自然现象，统计资料表明，超过半数的桥梁破坏与洪水冲刷有关［1～3］。
冲刷主要有三部分组成:一般冲刷、收缩冲刷和局部冲刷。
局部冲刷深度通常远远大于一般冲刷和收缩冲刷，相差在一个数量级(10倍以上)，因此，局部冲刷深度的确定最为关键［1］。
冲刷侵蚀过程与河床材料的性质密切相关，非粘性土的冲刷形式为颗粒的侵蚀，而粘性土的冲刷除此之外还包含颗粒块体的侵蚀。
土体由于压缩或拉伸形成了许多微裂隙，土壤颗粒块体的边界就是由这些微裂隙而形成的［1］。
桥墩冲刷实验
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。
桥墩局部冲刷远程实时监测技术研究进展
桥墩局部冲刷远程实时监测技术研究进展
房世龙;施小飞;倪飞
【期刊名称】《公路工程》
【年(卷),期】2015(000)006
【摘要】系统地研究了桥墩局部冲刷所采用的传统监测技术的工作原理，并结合已有的研究成果深入分析了影响传统技术冲刷监测效果的内在和外在因素，也对近年出现的新型冲刷监测技术的理论依据和有效性进行了深入探讨。
【总页数】8页(P88-95)
【作者】房世龙;施小飞;倪飞
【作者单位】南通航运职业技术学院交通工程系，江苏南通 226010;南通航运职业技术学院交通工程系，江苏南通 226010;南通航运职业技术学院交通工程系，江苏南通 226010
【正文语种】中文
【中图分类】U447
【相关文献】
1.桥墩局部冲刷研究进展 [J], 王玲玲;俞佳亮;朱海;曾诚;唐洪武
2.桥墩局部冲刷机理研究进展综述 [J], 产华东;魏松;张英杰;龙庆;焦浩然
3.冰盖条件下桥墩局部冲刷研究进展 [J], 王军;苏奕垒;侯智星;程铁杰;隋觉义
4.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
5.桥墩局部冲刷防护措施研究进展综述 [J], 熊林凡;魏松
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桥墩局部冲刷的机理及防护措施
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。
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许 政 。梁 斌 杭 州 ３０ ２ ） １０ ０ （ 江省水 利河 口研 究 院 ，浙 江 浙
摘
要 ：九堡 大桥建 于钱塘江河 １段七格弯道 的弯顶 。遵照重 力相似 、模 型沙起动 流速相似 和水 下休止 角 ： ３
接近原则建Ｅ／ 比尺正态模 型进行 桥墩局部 冲刷 试验研 究 ，预测 桥墩基 础的 冲刷深度 ，分 析两 岸边墩对 海塘 的 Ｊ ，
落潮历时延长约 １ ．８ｈ Ｏ７ 。
环、三纵 、五横 ”城市快 速路 网东边一纵 的关键点 ，对
九堡大桥位于 钱塘 江河 口过渡 段七格 弯道 的弯 顶 ，受
促进杭州城市东扩和周边地 区的经济发展具有重要作用 。 潮流和径 流交 互作用 、动力 强劲 ，河 床 冲淤剧 烈 ，且具 有 洪冲潮淤特征。大桥跨 江长度 １ ０ ｌ ０Ｉ，江 中设 １ ７ ｌ ５个桥 墩 ， 根据功 能及跨 度分 为 ４种墩 型 。为预测 桥墩基 础 的冲刷 深 度 ，分 析两岸边 墩对 海塘 的影 响 ，必须 开展 桥墩 局部 冲刷
影 响 ，为工程设计提供依 据。
关键词 ：九堡大桥 ；桥墩 ；局部冲刷 ；海塘稳定 ；试验研究 中图分类号 ：Ｔ １１６ Ｖ ３ ．１ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ ．０Ｘ（００ ０－０３０ ０ ８７ Ｉ ２ １）４０ １— ２
Ｅｘ ｒｍｅ ｔｌＳ ｕ ｙ Ｏｌ ｃ ｌＳ ｏ ｒ ｏ ｉｂ ｏＢｒｄ ｅＰ ｅ ｌｎ ｚ ｕ ￣ ｉ ｎａ ｔ ｄ ｉＬｏ ａ ｃ ｕ ｆＪｕ ａ ｉｇ ｉｒｉ ｒａ ｇ ￣ ｎ
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Ａ ｓｒｃ：Ｊ ｂｏＢｉ ｅｉｌ ａ ｄａ ｔｅｅ ｏ ｆ ｉ ｕｖ ，Ｅｔａ ｅｔｎｏ ｔ ｉ ｔ ｇＲｖｒ ａ —ｓａ ｏ ａ ｂｔ ｔ ｉ ａ ｒ ｇ ｃｔ ｔｈ ｌ ｗｏ ｇ Ｃｒｅ ｓ ｕｒ Ｓｃｏ ｆｈ Ｑａ ａ ｉｅ．Ａ ｓ ｌ ｃｌ ｎｒ ｌ ａ ｕ ｄ ｓｏ ｅ ｂ Ｑｅ ｙ ｉ ｅ ｎ ｎ ｍ ｌ ｅ ｍ
钱塘江流域 来沙 很少 ，海 域来 沙丰 富。桥址 河 段床 沙
与悬沙粒径接近 ，其 中值粒径 为 ０ ０５２～ ．３ ｕ。 ．２ Ｏ０ ００Ｈ１ １
涌 潮 是 钱 塘 江 河 口 特 殊 的 水 力 现 象 。 由 于 河 口段 河 宽
沿程 向内急剧 收缩 ，河床迅 速抬 高 ，潮波 从外 海 向河 口上
ｉ ｐ ｃ ｆ ｉ ｅ ｐｅ ｓｏ ｅ ｗ ｌ ． ｐ ｏ ｉ ｉ ｃ ｎ ｃ ｌｓ ｐ ｏｔｔ ｎ ｉ ｅ ｒ ｅ ｉｎ． ｍ ａ ｔ ｄ ｉｒ ｎ ｓ ａ ａ ｓ ｏｓ ｌ ｒｖｄ ｎ ｔ ｈ ｉａ ｕ ｐ ｒ ｏ ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｄ ｓｇ ｇ ｅ ｇ ｎ
Ｋ ｙｗ ｒｓ ｉ ａ ｒ ｅ ｒ ｇ ｉ ；ｌ ａ ｓ ｕ；ｓａ ａ ａｉｔ；ｅｐｒ ｅｔ ｔ ｙ ｏ ｏｄ ：Ｊ￣ ｏ ｉ ；ｂ ｄｅｐ ｒ ｏ ｌ ｃｒ ｅｗｌｓ ｂｉ ｔ Ｂｄ ｇ ｉ ｅ ｃ ｏ ｌ ｔ ｌｙ ｘｅｍ ｎ ｓ ｄ ｉ ｌ ａ ｕ
试验 。
１ 河 段 与 工 程 概 况
１ １ 河段概 况 ．
九 堡 大 桥 桥 址 河 段 系 受 径 流 与 潮 流 交 互 作 用 的 钱 塘 江
图 １ 工 程 位 置 示 意 图
河 口过渡段的中段。七堡船 闸位 于桥上 游约 １７ｋ ． ｍ处 ，下
游约 ７０ｍ有拟 建 的京 杭 运 河二 通 道 及七 格 集 装箱 码 头 ， ０ 二通道 附近有待建 的二 轮治太 南排 工程排 水 闸，下 游 ２ｋ ｍ 和 ２ ５ｋ ． ｍ分别是 四格 排灌站与七 格污水 处理 厂的排 污 口工 程 （ 图 １。桥址上下游左岸 布置丁坝数座。 见 ）
拟建杭州 市九堡 大 桥 （ 江八 桥 ）位于 彭埠 大桥 （ 钱 钱
江二桥 ）下游 ５ｋ ｍ，下沙 大桥 （ 江六 桥 ）上 游 ８ｋ 钱 ｍ处 。 大桥 连接 临 平 、下 沙 、萧 山 和 杭 甬 高速 公 路 ，是 杭 州 市
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潮波剧 烈 变形 ，致 使涨 潮 历 时缩 短 ，桥 址 附 近 为 １６ ， ．２ｈ
第 ４期 总 第 １０期 ７ ２１ ００年 ７月
பைடு நூலகம்
浙 江 水 利 科 技 Ｚ ｅ ａ ｇＨ ｄｏ ｃ ｎ ｓ ｈｊ ｎ ｙｒｔ ｈ ｉ ｉ ｅ ｃ
Ｎｏ． ４ Ｔ ｔ ｏａ Ｎｏ． １ ０ ｌ ７
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杭 州 市 九 堡 大 桥 桥 墩 局 部 冲 刷 试 验 研 究