桥墩局部冲刷机理分析及防护建议_马奎

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2010年第15期（总第150期）

NO.15.2010

（CumulativetyNO.150）

China Hi-Tech Enterprises

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：桥墩设计；局部冲刷；防护措施；流体特征中图分类号：TU392 文献标识码：A 文章编号：1009-2374 （2010）15-0016-02桥墩局部冲刷机理分析及防护建议

马奎

（重庆交通规划勘察设计院，重庆 400067）

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。这样，随着尾流漩涡的释放，马蹄形漩涡不断地进行着横向、竖向和前后摆动。

二、桥墩局部冲刷机理

桥墩局部冲刷深度影响因素众多，与桥墩形状、桥墩附近

的水流强度以及河床组成密切相关，局部冲刷机理十分复杂，概括起来，主要有以下三种观点：（一）墩周流场的旋涡体系

将一桥墩放入三维不扰动的流速场中，墩前缘水流遇阻后由于近河底流速小，上部流速大，在河底处形成顺时针旋转

的横轴漩涡，并沿床面移向桥墩两侧与绕流形成马蹄形漩涡系。墩周局部冲刷是由马蹄形漩涡系产生很高的河床剪力而形成的。（二）墩前下降水流的冲击作用桥墩对水流的阻碍，引起桥墩周围水流结构的剧烈变化，在墩头前缘形成一种“下降水流”，垂直向下冲刷床面泥沙，在墩前形成冲刷坑。

（三）水流受桥墩的压缩作用

桥墩周围的局部冲刷是由于桥墩压缩了水流，改变了墩周原来的流速分布，在墩的两侧流速相对增大，从而使墩两侧首先引起冲刷，冲刷逐步发展到墩的正面。

根据对局部冲刷试验过程中的水流结构观测分析，上述三种观点不是孤立作用的，而是相互联系相互影响的，由此可以看出，桥墩对水流的压缩和阻碍作用，使墩周流场发生变化，从而产生桥墩两侧的“集中水流”和桥墩前的“下降水流”，“集中水流”和“下降水流”是形成马蹄形漩涡的内在原因，而马蹄形漩涡系则是产生墩周局部冲刷的直接原因。

三、局部冲刷影响因素

影响桥墩附近局部冲刷的因素很多，包括水深、流速、流向、河床泥沙类型、干容重、粒径、级配等，还涉及桥墩的尺寸、形状等。影响桥墩局部冲刷深度的因素包括下列几方面：桥墩特征因素、流体特征因素、河床质特征因素和流动特征因素。

（一）桥墩宽度B、桥墩的长度L 或桥墩的直径R 对局部冲刷深度的影响

引起桥墩冲刷的最主要的原因就是桥墩的存在压缩了河槽水流引起单宽流量的增大，从而导致局部冲刷。因此桥墩长度L（或桥墩直径）或长宽比L/B 是影响冲刷的一个因素。一般说来，桥墩越长、桥墩越宽，在墩头处产生的局部冲刷会越深，因为B、L（或桥墩直径R）反映了构造物对水流的压缩程度，压缩越大，构造物直接阻挡水流引起水流结构的改变越大，在墩头周围形成强烈的涡流与河槽泥沙发生的作用越大，因而引起的冲刷深度越大。（二）上游行近流速v 对局部冲刷深度的影响

1．当行近流速v 小于床沙起冲流速v 0'，

即v 0

DOI:10.13535/https://www.360docs.net/doc/d86121221.html,ki.11-4406/n.2010.15.005

2．当v0'≤v≤v0（v0是床沙起动流速）时，在桥梁墩台周围因绕流而使局部流速增大，该处床沙移向下游，出现冲刷坑。冲刷坑内无上游来沙补给，称为清水冲刷。

3．流速v增大到或超过床沙起动流速v0，即v≥v0，床面泥沙大量起动，冲刷坑内得到来沙补给，冲刷深度随流速而增大的变化大为减弱，这种冲刷称为动床冲刷。由于冻疮泥沙补给，冲刷率可以推知当流速达到一定值后，不会增加局部冲刷深度。

（三）上游行近水深H对局部冲刷深度的影响

上游行近水深变化对局部冲深的影响很大，一般认为行近水深较小时，局部最大冲深随水深增加而增加，而当水深进一步增加时，局部最大冲深和水深几乎无关。

四、局部冲刷防护措施

桥墩冲刷几乎是不可避免的，对于冲积河床更是如此。即使基础埋置深度足够，采取一定的桥墩防冲刷保护措施，对于减小墩旁冲刷坑深度、提高结构的安全性和桥梁的稳定性是有显著效果的。

（一）冲刷防护原理

桥墩防冲刷保护措施一般基于以下两种原理:

1．增加桥墩周围河床的防冲能力。例如，在桥墩周围河床铺设粗颗粒材料防护层或抛石，可以提高桥墩的防冲刷能力。

2．减小水流冲刷的能量，即减弱冲刷河床的下冲流和马蹄形涡流。通常采用扩大桥墩基础平面或设护脚。如在桥墩墩轴线下面设沉箱或基脚，可以起到防冲刷保护作用；另外，桥墩设计时采用流线桥墩，能降低墩周的大压力场，防止三维边界层分离形成马蹄形涡流，也可以起到防冲刷保护作用。

（二）冲刷防护方法

桥墩冲刷防护方法根据防冲时期可分为施工期防冲刷和永久防冲刷，根据防冲部位可分为浅基础防冲刷和深基础防冲刷；根据防冲方法可分为抛石防冲等方法，以下对冲刷保护方法作简单的介绍：

1．抛石防冲：抛石防冲是桥墩防冲刷保护经常采用的方法。采用抛石防护主要强调反滤层，设反滤层的目的是防止抛石下的泥沙颗粒通过抛石孔隙被淘刷。

2．护脚和沉箱防冲：在桥墩周围设立护脚和沉箱，防止下冲流和马蹄形涡流直接冲击泥沙颗粒，使其在水中拖运泥沙的能力被削弱，从而达到防冲刷保护的目的。

3．开缝防冲：开缝防冲刷保护是使下冲水流转向离开河床或减小下冲流对河床的冲击，开缝的宽度、长度和位置是其非常重要的参数。例如开缝的位置有靠近河床和靠近水面两种情况，这两种位置的开缝造成水流特性就有所不同。当开缝与护脚一起使用时，可以进一步减小冲刷深度。

五、结语

桥梁墩台周围必然发生冲刷现象，有可能威胁到桥梁建筑物本身的安全与稳定。本文通过研究桥墩局部冲刷特征和分析冲刷机理，认为桥墩阻碍水流行进而出现的“集中水流”和“下降水流”是形成马蹄形漩涡的内在原因，而马蹄形漩涡系则是产生墩周局部冲刷的直接原因。局部冲刷的主要影响因素有桥墩特征、流体特征、河床质特征和流动特征。最后提出了抛石防冲、护脚和沉箱防冲、开缝防冲几种有效的冲刷防护措施，以保证桥墩的使用安全性。

参考文献

[1]薛小华．桥墩冲刷的试验研究[D]．武汉：武汉大学，2005．

[2]曹圣华．苏通大桥巨型群桩基础冲刷防护研究[D]．南京：河海大学，2007．

[3]田茂宽．桥墩冲刷防护[J]．铁道知识，1996，（6）．

[4]方奕．桥墩冲刷的防护[J]．国外公路，1994，14（3）．

[5]詹磊，董耀华，惠晓晓．桥墩局部冲刷研究综述[J]．水利电力科技，2007，33（3）．

[6]焦爱萍，张耀先．桥墩局部冲刷分析及防护对策[J]．人民黄河，2003，25（7）．

作者简介：马奎，重庆交通规划勘察设计院高级工程师，研究方向：桥梁建设。

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桥墩局部冲刷发展过程的三维动网格模拟

桥墩局部冲刷发展过程的三维动网格模拟桥墩局部冲刷发展过程的三维动网格模拟桥墩局部冲刷发展过程的三维动网格模拟王飞1,2，张彬1，齐剑峰2 (1.中国地质大学(北京) 工程技术学院，北京100083； 2.河北地质大学勘查技术与工程学院，石家庄050031) 摘要：基于FLUENT软件的动网格更新技术和用户自定义函数功能实现了桥墩局部冲刷过程的三维动态模拟。以Melville 经典冲刷试验为原型，建立数值模型。将河床面设置为主要的动边界，当床面结点瞬时剪应力大于临界剪应力时，结点位置下移，表现为冲刷，引入Van Rijn提出的沉积输运函数来控制河床面各结点的运动速度。数值模拟结果在流场形态，冲坑发生发展过程及冲坑形态均与试验结果较为吻合，模拟的冲坑深度略小于试验结果，误差约13%。误差产生的主要原因为基于雷诺平均N-S的湍流模型不能有效地反应钝形桥墩前端湍流脉动的影响。关键词：局部冲刷；动网格更新；数值模拟；桥墩；Melville冲刷试验冲积河道在遇到阻水构筑物(桥墩、丁坝等)时，构筑物周围河床的局部冲刷对阻水构筑物的稳定有很大的影响。对于桥墩而言，水流在遇到桥墩后，由于桥墩的阻水使得过水面积减小，墩周流速增大，河床剪应力增加，墩周河床沉积物被水流搬运，墩周床面高程逐步降低，并产生冲坑，导致桥墩基础的埋深减小，

进而会导致桥梁的倒塌，甚至生命和财产的损失。桥墩的局部冲刷是一个动态的发展过程，影响因素众多，空间分布具有很强的三维特性，这就使得冲刷模型试验成为以往研究冲刷问题的主要手段。但模型实验存在费用高，无法普遍应用，条件单一，存在模型尺寸效应等不确定因素，数值模拟方法的不断改进使得其作为一种研究手段越来越显示出其不可替代的作用。近年来，国内外学者针对桥墩冲刷三维性态发展开展了一系列数值模拟研究。Ehteram [1]运用SSIIM软件对桥台的冲刷过程进行了三维模拟，得到了冲刷坑深度和形状并与试验结果进行了比较。Khosronejad [2]对不同横截面形状的桥墩进行了三维动床模拟，采用了流固耦合曲线浸入边界的技术。Kim [3]采用大涡模拟的方法对相邻的两个圆柱形墩的局部冲刷坑进行了模拟,得到的最大冲深位置与试验结果较为一致。韦雁机等[4]基于OpenFOAM开源软件的动网格技术，用输沙率计算床面地形随时间的变化,构建起桩周局部冲刷的动态三维数学模型。祝志文等[5]根据床底泥沙的单宽体积输沙率得到河床高程坐标的瞬时变化,采用边界自适应网格技术修改动边界计算域网格,得到圆柱形桥墩周围局部冲刷坑的演化过程。以上研究对局部冲刷的数值模拟起到了很好的推动作用，在实际应用中多少都存在一些不足的地方，如采用虚拟的浸入边界、地形函数等很难与实际条件一致，大涡模拟或分离涡的模拟计算消耗极大，

某铁路桥梁桥墩基础设计

《基础工程》课程设计目录一、概述 (2) 1、工程概况和设计任务 ......................................................................................................... 2 二．方案设计 .. (3) 1.基础类型和尺寸 .................................................................................................................... 3 2.地基持力层 ............................................................................................................................ 3 三、技术设计 .. (6) 1.荷载设计 (6) 2.计算变形系数α ................................................................................................................... 6 3.计算刚度系数1234ρρρρ ..................................................................................................... 6 4.电算求解承台变位..a b β和桩顶内力i i i N H M ................................................................. 7 5．绘制桩身弯矩图，剪力图和桩侧土的横向抗力图 ......................................................... 8 6.桩身配筋计算 ...................................................................................................................... 13 7.桩水平位移检算 .................................................................................................................. 13 8.桩单位转角检算 .................................................................................................................. 14 9.承台结构设计计算 .............................................................................................................. 17 四．施工方案 (19) 1.基础施工方式 ...................................................................................................................... 19 参考资料.. (21)

一般冲刷计算公式

cm cg c c d p h B B Q Q A h 66 .090 .02)1(04.1? ??? ? ?-? ??? ??=μλ 12t c c Q Q Q Q += 15 .0???? ??=z z d H B A 式中： h p ——桥下一般冲刷后的最大水深(m)； Q p ——频率为P ％的设计流量(m 3/s)； Q 2——桥下河槽部分通过的设计流量(m 3/s)，当河槽能扩宽至全桥时取用Q p ； Q c ——天然状态下河槽部分设计流量(m 3/s)； Q t1——天然状态下桥下河滩部分设计流量(m 3/s)； B cg ——桥长范围内的河槽宽度(m)，当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度； B z ——造床流量下的河槽宽度(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽宽度； λ——设计水位下，在B cg 宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值； μ——桥墩水流侧向压缩系数； h cm ——河槽最大水深(m)； A d ——单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当A d >时，A d 值可采用1. 8； H z ——造床流量下的河槽平均水深(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽平均水深。 ②非粘性土河床桥墩局部冲刷计算桥渡冲刷的产生是由于桥墩阻碍了水流，使水流形态发生变化，一般在墩前两侧发生集中现象，引起动能增加；另一方面水流受阻后部分动能转化为位能，由于水流形态变化，桥墩附近水流冲刷能力加大，在桥墩处产生冲刷坑。局部冲刷计算公式当V ≤V 0时，???? ??-=0015.06.012'V V V h B K K h p b ηε 当V ＞V 0时，2 0015.06.012'n p b V V V h B K K h ??? ? ??-=ηε 24.02 .22375.00023 .0d d K +=η 5.00)7.0(28.0+=d V

桥墩局部冲刷防护工程特性研究综述

桥墩局部冲刷防护工程特性研究综述摘要：本文首先对淹没槛防护、墩前排桩防护、桥墩开缝防护、护圈防护、四脚混凝土块防护、混凝土铰链排防护、扩大基础防护以及抛石防护等传统桥墩局部冲刷防护工程与实体抗冲防护工程的特性进行了研究，并分析了桥墩周围四面体透水架群抛投防护。关键词：桥墩局部；冲刷防护；工程特性；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。传统的桥墩局部冲刷防护工程措施在适用范围和使用具有局限性，四面体透水框架群将减速不冲防护与实体抗冲特性相结合，完美防护了桥墩局部冲刷。 1.传统桥墩局部冲刷防护工程特性研究 1.1减速不冲防护工程特性研究（1）淹没槛防护淹没槛防护就是在桥墩迎水面的上游根据实际情况在一定距离处埋置角槛或者底槛，从而降低水流的冲刷力度，同时对桥墩局部的床面起到防护作用。影响淹没槛防护效果的主要因素有底槛的倾斜角、底槛的高度以及桥墩迎水面与底槛的距离。Yeoh和Chow等学者对淹没槛防护进行了相关的研究，研究结果表明：在底槛倾斜角、底槛高度以及桥墩迎水面与底槛的距离达到一定的标准之后，淹没槛的防护效果就会得到显著的提高。不论是在动态冲刷情况下还是在清水冲刷条件下，淹没槛都会起到很好的防护效果，但是淹没槛横轴与水流的方向不垂直的时候，淹没槛的防护作用就会消失。（2）墩前排桩防护敦前排桩防护是将一定数量的桩群按照一定规则的设置在桥墩上游，当水流经过排桩群的时候，水流方向会产生分离，在排桩后部形成尾流区域，由于冲刷力大部分会作用于排桩，所以漩涡的紊动强度以及桥墩局部的冲刷将会得到不同程度额降低。在清水冲刷的情况下，墩前排桩防护具有很强的防护效果，但是，由于在动态冲刷的情况下，河床的横向摆动等会影响桥墩局部水流的方向，从而进一步影响排桩的防护效果，另外，沙丘、沙纹等河床床面的形态也会不同程度上影响墩前排桩的防护效果，所以，墩前排桩防护工程措施在实际的设计过程当中采用的较少。（3）桥墩开缝防护桥墩开缝防护有利于降低水流强度、消弱马蹄形漩涡，从而进一步减少桥墩周围泥沙的被冲刷。桥墩开缝防护有水面附近桥墩开缝、床面附近桥墩开缝以及桥墩整体开缝这三种。水流方向与缝的夹角、缝的长度、缝的宽度都会不同程度的影响到防护的效果。在实际应用的过程当中，我们发现由于冰排或者漂浮物会堵塞桥墩上的开缝，另外，由于河床摆动等造成水流方向与开缝方向不一致，这些现象都会致使桥墩开缝失去其防护效果和作用。（4）护圈防护作为减速不冲防护工程措施的典型代表，护圈防护通过消减下降水流与阻挡护圈顶面从而达到降低漩涡强度的防护效果，在缺乏石料的情况之下，这种防护方法更加的实用。护圈的形式、尺寸以及放置高度是主要影响防护效果的因素，护圈防护在桥墩局部冲刷防护中的使用，对河床床面起到很好的防护作用，防护效果显著，不过由于收缩冲刷与一般冲刷的结合或者河床形态的传播出现，导致河床面低于护圈或者桥墩在水流中暴露，这些情况下，护圈就会失去其防护效果。

桥桥墩桩基础基础设计

桥桥墩桩基础基础设计 TPMK standardization office【 TPMK5AB- TPMK08- TPMK2C- TPMK18】

华东交通大学课程设计（论文）题目名称某桥桥墩桩基础设计计算院（系）土木建筑学院专业道路与铁道工程班级道铁2班姓名欧阳俊雄 2011年 6 月 13 日至 2011 年 6 月 29 日共 1 周指导教师: 耿大新教研室主任: 李明华资料收集某桥梁上部构造采用预应力箱梁。标准跨径32m，梁长31.9m，计算跨径31.5m，桥面宽13m，墩上纵向设两排支座，一排固定，一排滑动，桥墩采用圆端形实心墩，平面尺寸形式如图1所示，墩高12m，计算墩顶变形时，不考虑墩身的挠曲。下部结构采用钻孔灌注桩基础。 1、地质及地下水位情况：河面常水位标高25.000m，河床标高为22.000m，一般冲刷线标高20.000m，最大冲刷线标高18.000m处，一般冲刷线以下的地质情况如下：

2、设计荷载：（1）恒载：桥面自重：1N=1500kN+学号×20kN=1500+16×20=1820kN 箱梁自重：2N=6000kN+学号×40kN=6000+16×40=6640kN 桥墩自重：3N=3875kN （2）活载一跨活载反力：2835.75kN M1? =； kN 3334.3 N4=，在顺桥向引起弯矩：m 两跨活载反力： N5=5030.04kN+学号×50kN=5030.04+16×50=5930.04kN\ （3）水平力制动力：H1=300kN，对承台顶力矩6.5m；风力：H2=2.7 kN，对承台顶力矩4.75m 主要材料承台采用C30混凝土，重度γ=25kN/m3、γ′=15kN/m3(浮容重)。

桥墩局部冲刷的新型防护措施综述

1.引言跨河桥墩是阻水构筑物,它在冲积河流上产生的局部冲刷一直是很有工程价值的问题。因此,桥梁设计工作者在进行桥梁基础设计时,必须考虑采取一些防护工程对桥墩周围的床面进行防护,以保证桥墩的安全与稳定。在传统防护措施的基础上近几年来出现桥墩防冲刷的一些新型防护措施，主要包括护壳防护、下游石板防护、四面体防护，还有对传统的防护措施的改良，包括桥墩开缝与下游石板相结合的防护，部分抛石灌浆防护等。 2.传统防护措施桥墩局部冲刷传统的防护措施主要包括抛石防护、扩大桥墩基础防护、填充混凝土模袋防护，护圈防护，桥墩的部分或整体开缝防护等。抛石防护是在桥墩周围铺设抛石，让其充当自然屏障来承受水流的冲蚀力。如图（1）所示。扩大桥墩基础防护是指在施工阶段先将钢围堰埋入河床面以下一定深度,再进行下部桩基施工,基础施工完成后在床面以上预留一定高度封顶,然后在顶面上放置桥墩的防护工程措施，如图（2）。填充混凝土模袋防护是指利用高强化纤材料编织成双层并能控制一定间距的袋体紧贴在岸坡或河床放置的工程措施，如图（3）。护圈防护是通过放置护圈来减少下降水流和马蹄形涡流的强度，如图（4）。开缝防护是很好的桥墩局部冲刷防护方法之一，桥墩开缝依据其位置不同可分为桥墩整体开缝、床面附近桥墩开缝和水面附近桥墩开缝3种形式，如图（5）。但是,传统的桥墩局部冲刷防护工程措施有一定的使用局限性和适用范围，且近几年的提出了一些新型的防护措施，这些新型的措施较传统的防护措施而言更为灵活，并通过实验证明了冲刷防护的效果更为显著。 3.新形式的防护措施 3.1护壳防护护壳防护是一种最新提出的防护措施，它通过在淹没结构物的表面设置两种人工粗糙护壳来降低水流强度，降低了二次流和马蹄涡流的强度并影响尾流涡旋的强度。这种方法同相同水利条件和泥沙条件下的光滑桥墩相比,冲刷深度减少了大概 20%~30%。该防护具有如下基本特征：一是护壳防护在墩台迎水面设计了人为的条型粗糙细纹，它以迎水面的中间垂线对称分布，在细纹处会产生斜涡流，使部分下降水流产生分离；二是护壳防护对剩下的表面进行了特别设计,在表面处设置许多独立的圆形结构物，称之为“高尔夫球”，它可以使层流边界层产生扰乱分离，从而降低了尾流和尾流涡旋的强度。如图6。护壳防护只在桥墩表面进行处理，不需要考虑其它的附属工程，可以节约投资。这种流线型的护壳相对于淹没建筑物而言是独立的，不会影响结构的外观。但是这些人工细纹和“高尔夫球”具体尺寸应该多大才能更好的冲刷防护；壳体的设置范围是否需要覆盖整个桥墩等这些问题仍需要继续研究。 3.2下游石板防护下游石板防护就是把石板放置在桥墩的下游，埋置在河床上并延伸到整个河底横截面。如图7所示。下游石板防护减小了水流流速，削弱了尾流涡旋从而使局部冲刷减小。 Carmelo Grimaldi 研究认为下游石板和桥墩之间的距离越小,石板的防冲刷的效果就越好，桥墩前方的最大冲刷深度最多可以减小26%。冲刷防护的效果会随着Ut/b ，L/b 的改变而改变，（U 行进水流的速度，t 时间，是L 是石板距离桥墩的距离，b 桥墩宽度，）其中，Ut/b=39339.0L/b+2514.7。当L/b=0时，防护效果最好。Gaudio ，Marion 和Tregnaghi[4~6]等认为石板的最大冲刷深度发生在离石板大概是30%~40%的冲刷坑长度那么远。桥墩局部冲刷的新型防护措施综述 □杨淑君 □刘永军（长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室) 摘要:系统地总结了近年来桥墩局部冲刷的一些新型的防护工程措施,如护壳防护、下游石板防护、四面体防护、开缝与下游石板相结合的防护，部分抛石灌浆防护,并对这些传统防护工程措施的防护机理、防护效果和防护优缺点进行了论述和评价。关键词:桥墩;局部冲刷;防护工程《河南水利与南水北调》2012年第6期工程设计 H E N A N 10

基础工程双柱式桥墩钻孔灌注桩课程设计

目录 1 设计任务书 (3) 1.1 设计目的 (3) 1.2 设计任务 (3) 1.2.1 设计资料 (3) 1.2.2 地质资料 (3) 1.2.3 材料 (4) 1.2.4 基础方案 (4) 1.2.5 计算荷载 (4) 1.2.6 设计要求 (6) 1.3 时间及进度安排 (6) 1.4 建议参考资料 (6) 2 设计指导书 (8) 2.1 拟定尺寸 (8) 2.2 荷载设计及荷载组合 (8) 2.2.1 荷载计算 (8)

2.2.2桩顶荷载计算及桩顶荷载组合 (8) 2.3 桩基设计计算与验算 (10) 2.3.1桩长确定及单桩承载能力验算 (10) 2.3.2桩身内力及配筋计算 (11) 2.3.3单桩水平位移及墩台水平位移验算 (12) 3 设计计算书 (13) 3.1 设计拟定尺寸 (13) 3.2 荷载计算及荷载组合 (13) 3.3 桩基设计计算与验算 (14) 3.3.1 承载能力极限状态荷载组合 (14) 3.3.2 正常使用极限状态荷载组合 (17) 3.4 桩基设计与验算 (20) 3.4.1 桩长与单桩承载力验算 (20) 3.4.2 桩的内力计算 (21) 3.4.3 桩身配筋计算……………………………

24 4 钢筋构造图 (29) 4.1 钢筋用量计算 (29) 4.1.1 纵筋用量计算 (29) 4.1.2 普通箍筋用量计算 (29) 4.1.3 横系梁主筋用量计算 (29) 4.1.4 横系梁箍筋用量计算 (29) 4.1.5 加劲箍筋用量计算 (29) 4.1.6 定位钢筋用量计算 (30) 4.1.7 伸入横系梁箍筋用量计算 (30) 4.1.8 钢筋总用量 (30) 4.2 配筋图 (30) 4.3 三视图 (30) 4 参考文献 (31)

桥墩桩基础设计计算书

桥墩桩基础设计计算书 1 2020年4月19日

桥面自重：N1=1500kN+8×10kN=1580KN；箱梁自重：N2=5000kN+8×50Kn=5400KN；墩帽自重：N3=800kN；桥墩自重：N4=975kN；扣除浮重：10*2*3*2.5=150KN （2）活载一跨活载反力：N5=2835.75kN，在顺桥向引起的弯矩：M1=3334.3 kN·m；两跨活载反力：N6=5030.04kN+8×100kN；（3）水平力制动力：H1=300kN，对承台顶力矩6.5m；风力：H2=2.7 kN，对承台顶力矩4.75m 3、主要材料承台采用C30混凝土，重度γ=25kN/m3、γ‘=15kN/m3(浮容重)，桩基采用C30混凝土，HRB335级钢筋； 4、墩身、承台及桩的尺寸墩身采用C30混凝土，尺寸：长×宽×高=3×2×6.5m3。承台平面尺寸：长×宽=7×4.5m2，厚度初定 2.5m，承台底标高 3 2020年4月19日

桥桥墩桩基础基础设计

桥桥墩桩基础基础设计文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

华东交通大学课程设计（论文）题目名称某桥桥墩桩基础设计计算院（系）土木建筑学院专业道路与铁道工程班级道铁2班姓名欧阳俊雄 2011年 6 月 13 日至 2011 年 6 月 29 日共 1 周指导教师: 耿大新教研室主任: 李明华资料收集某桥梁上部构造采用预应力箱梁。标准跨径32m，梁长，计算跨径，桥面宽13m，墩上纵向设两排支座，一排固定，一排滑动，桥墩采用圆端形实心墩，平面尺寸形式如图1所示，墩高12m，计算墩顶变形时，不考虑墩身的挠曲。下部结构采用钻孔灌注桩基础。 1、地质及地下水位情况：河面常水位标高，河床标高为，一般冲刷线标高，最大冲刷线标高处，一般冲刷线以下的地质情况如下：

2、设计荷载：（1）恒载：桥面自重：1N=1500kN+学号×20kN=1500+16×20=1820kN 箱梁自重：2N=6000kN+学号×40kN=6000+16×40=6640kN 桥墩自重：3N=3875kN （2）活载一跨活载反力：2835.75kN N4=，在顺桥向引起弯矩： M1? 3334.3 =； kN m 两跨活载反力： =+学号×50kN=+16×50=\ N 5 （3）水平力 =300kN，对承台顶力矩；制动力：H 1 风力：H = kN，对承台顶力矩 2 主要材料承台采用C30混凝土，重度γ=25kN/m3、γ′=15kN/m3(浮容重)。

在班编号为20，所以桩基采用C30混凝土，HRB400级钢筋； 4、其它参数结构重要性系数γso =，荷载组合系数φ=，恒载分项系数γG =，活载分项系数γQ =，风荷载ψ=，制动力：拟定承台尺寸：假设承台的厚度为，根据圆端形实心墩的平面尺寸计算承台的长和宽宽度：m 615.123=??+ 长度：m 915.126=??+ 三、拟定桩的尺寸及桩数： 1、摩擦桩，桩身采用C30混凝土。 2、由于d 516=-，d=，所以设计桩径采用d=，成孔桩径为,钻孔灌注桩，采用旋转式钻头。 3、画出土层分布图，选用卵石层为持力层，则取桩长l=。 4、估算桩数：（按双孔重载估算）估算公式：据高等学校教材《基础工程（第四版）》（人民交通出版社）查表4—2可得λ=，查表4—3得m 0=，查表2-24有k 2= 由于桩侧土为不同土层，应采用各土层容重加权平均，透水层采用浮容重，不透水层采用天然容重 3 2/46.105 .221 .11105.205.4102.187.3103.172.25.170.15.16m kN =?-+?-+?-+?+?= ）（）（）（γ持力层为卵石，查表得650kPa ][0=fa ，q ik 查表4—1得

(完整版)桥墩桩基础设计计算书

基础工程课程设计一．设计题目：某桥桥墩桩基础设计计算二．设计资料：某桥梁上部构造采用预应力箱梁。标准跨径30m，梁长29.9m，计算跨径29.5m，桥面宽13m（10+2×1.5），墩上纵向设两排支座，一排固定，一排滑动，下部结构为桩柱式桥墩和钻孔灌注桩基础。 1、水文地质条件：河面常水位标高25.000m，河床标高为22.000m，一般冲刷线标高20.000m，最大冲刷线标高18.000m处，一般冲刷线以下的地质情况如下：（1）地质情况c（城轨）： 2、标准荷载：（1）恒载桥面自重：N1=1500kN+8×10kN=1580KN；箱梁自重：N2=5000kN+8×50Kn=5400KN；墩帽自重：N3=800kN；桥墩自重：N4=975kN；扣除浮重：10*2*3*2.5=150KN （2）活载一跨活载反力：N5=2835.75kN，在顺桥向引起的弯矩：M1=3334.3 kN·m；两跨活载反力：N6=5030.04kN+8×100kN；（3）水平力制动力：H1=300kN，对承台顶力矩6.5m；风力：H2=2.7 kN，对承台顶力矩4.75m 3、主要材料承台采用C30混凝土，重度γ=25kN/m3、γ‘=15kN/m3(浮容重)，桩基采用C30混凝土，HRB335级钢筋；

4、墩身、承台及桩的尺寸墩身采用C30混凝土，尺寸：长×宽×高=3×2×6.5m 3。承台平面尺寸：长×宽=7×4.5m 2，厚度初定2.5m ，承台底标高20.000m 。拟采用4根钻孔灌注桩，设计直径1.0m ，成孔直径1.1m ，设计要求桩底沉渣厚度小于300mm 。 5、其它参数结构重要性系数γso =1.1，荷载组合系数φ=1.0，恒载分项系数γG =1.2，活载分项系数γQ =1.4 6、设计荷载（1）桩、承台尺寸与材料承台尺寸：7.0m ×4.5m ×2.5m 初步拟定采用四根桩，设计直径1m ，成孔直径1.1m 。桩身及承台混凝土用30号，其受压弹性模量h E =3×4 10MPa 。（2）荷载情况上部为等跨30m 的预应力箱梁桥，混凝土桥墩，作用在承台底面中心的荷载为：恒载及一孔活载时： 1.2(158054008009751507 4.5 2.515 1.42835.751571 3.55N KN =?+++-+???+?=∑） 1.4(300 2.7)42 3.78H KN =?+=∑ [3334.3300(2.5 6.5) 2.7 4.75 2.5 1.48475.425M KN =+?++? +?=∑（）] 恒载及二孔活载时： 1.2(158054008009751507 4.5 2.515N =?+++-+????∑）+1.45830.04=19905.556KN 桩（直径1m ）自重每延米为： q= 2 11511.781/4 KN m ??=π（已扣除浮力）三、计算 1、根据《公路桥涵地基与基础设计规范》反算桩长根据《公路桥涵地基与基础设计规范》中确定单桩容许承载力的经验公式，初步反算桩的长度，设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h ，一般冲刷线以下深度为h 2，则： [][]{} )3(2 1 22200-++==∑h k A m l U P N i i h γσλτ

桥涵水文桥墩冲刷的检测监测和防护

桥涵水文第二次研讨会 --桥墩冲刷检测、监测和防护专题姓名：****升专业：道路桥梁与渡河工程学号：完成日期：

桥涵水文第二次研讨会 --桥墩冲刷检测、监测和防护专题摘要：桥墩冲刷是造成桥梁毁坏的主要原因之一，研究桥墩冲刷的监测、检测和防护十分必要。为此，在三个部分分别简要分析了常用的手段方法和一些新兴的方向，并结合具体事例予以说明，其中监测手段主要介绍了超声监测、时域反射系统和光纤布拉格光栅传感器监测；检测部分主要介绍了潜水、摄像和水下机器人检测；防护方面主要介绍了主动防护法中的防护板、阻砂槛和被动防护的抛石防护法及其改进。关键词：桥墩冲刷、监测、检测、防护。 0引言冲刷是水流对河床的冲蚀淘刷过程,是组成河床的泥沙颗粒被水流冲走,致使河底高程降低或河岸后退的过程。冲刷是导致桥梁水毁的一个重要原因,世界各国每年都有许多桥梁因洪水的冲刷而毁坏。桥梁冲刷分为三类：自然演变冲刷、一般冲刷和桥墩局部冲刷。自然演变冲刷：指的是在不受水工建筑物影响的情况下，由于水流挟带泥沙行进而引起的河床冲刷。一般冲刷：建桥后，桥孔压缩水流，致使桥孔上游水流急剧集中流入桥孔，在桥孔稍下游处，形成收缩断面。该断面处流速梯度很大，床面切应力剧增，引起强烈的河床泥沙运动，床面发生明显冲刷。桥墩局部冲刷：局部冲刷是水流在受到阻拦时，其结构发生急剧变化。水流的绕流使流线急剧弯曲，床面附近的漩涡剧烈淘刷迎水端和周围的泥沙，剧烈淘刷桥墩迎水端和周围的泥沙，形成局部冲刷坑。随着冲刷坑的不断加深和扩大，坑底流速逐渐降低，水流挟沙能力随之减弱，当趋向输沙平衡时，冲刷随即停止，局部冲刷坑达到最深。冲刷坑外缘与桥墩前端坑底的最大高差，就是最大局部冲刷深度。为了防治桥墩在冲刷下稳定性受损，研究桥墩冲刷的检测、监测和防护具有重大意义。本文除了对现在应用的或者理论成熟的冲刷进行介绍以外，也介绍了新兴理论、方法（例如基于结构动力分析的桥梁冲刷分析、水下机器人进行桥墩冲刷检测等等），以期了解更多关

桥桥墩桩基础基础设计

质粘土 2 粘土 2.2m 黄色，可塑 17.5kN/m 3 12.5 MN/m 4 120 kPa 30 kPa 3 粉砂 3.7m 灰色，中密 17.3kN/m 3 15 MN/m 4 160 kPa 50 kPa 4 中砂 4.5m 灰色，中密 18.2kN/m 3 23 MN/m 4 220 kPa 60 kPa 5 卵石 >50m 黄色，中密 20.5kN/m 3 110MN/m 4 500 kPa 100 kPa 2、设计荷载：（1）恒载：桥面自重：1N =1500kN+学号×20kN=1500+16×20=1820kN 箱梁自重：2N =6000kN+学号×40kN=6000+16×40=6640kN 桥墩自重：3N =3875kN （2）活载一跨活载反力： 2835.75kN N 4=，在顺桥向引起弯矩：m kN 3334.3M 1?=；两跨活载反力： N 5=5030.04kN+学号×50kN =5030.04+16×50=5930.04kN\ （3）水平力制动力：H 1=300kN ，对承台顶力矩6.5m ；风力：H 2=2.7 kN ，对承台顶力矩4.75m 主要材料承台采用C30混凝土，重度γ=25kN/m 3、γ′=15kN/m 3(浮容重)。在班编号为20，所以桩基采用C30混凝土，HRB400级钢筋； 4、其它参数结构重要性系数γso =1.1，荷载组合系数φ=1.0，恒载分项系数γG =1.2，活载分项系数γQ =1.4，风荷载ψ=0.75，制动力：1.0 拟定承台尺寸：

桥墩局部冲刷机理分析及防护建议_马奎

- -16 2010年第15期（总第150期） NO.15.2010 （CumulativetyNO.150） China Hi-Tech Enterprises 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：桥墩设计；局部冲刷；防护措施；流体特征中图分类号：TU392 文献标识码：A 文章编号：1009-2374 （2010）15-0016-02桥墩局部冲刷机理分析及防护建议马奎（重庆交通规划勘察设计院，重庆 400067）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。这样，随着尾流漩涡的释放，马蹄形漩涡不断地进行着横向、竖向和前后摆动。二、桥墩局部冲刷机理桥墩局部冲刷深度影响因素众多，与桥墩形状、桥墩附近的水流强度以及河床组成密切相关，局部冲刷机理十分复杂，概括起来，主要有以下三种观点：（一）墩周流场的旋涡体系将一桥墩放入三维不扰动的流速场中，墩前缘水流遇阻后由于近河底流速小，上部流速大，在河底处形成顺时针旋转的横轴漩涡，并沿床面移向桥墩两侧与绕流形成马蹄形漩涡系。墩周局部冲刷是由马蹄形漩涡系产生很高的河床剪力而形成的。（二）墩前下降水流的冲击作用桥墩对水流的阻碍，引起桥墩周围水流结构的剧烈变化，在墩头前缘形成一种“下降水流”，垂直向下冲刷床面泥沙，在墩前形成冲刷坑。（三）水流受桥墩的压缩作用桥墩周围的局部冲刷是由于桥墩压缩了水流，改变了墩周原来的流速分布，在墩的两侧流速相对增大，从而使墩两侧首先引起冲刷，冲刷逐步发展到墩的正面。根据对局部冲刷试验过程中的水流结构观测分析，上述三种观点不是孤立作用的，而是相互联系相互影响的，由此可以看出，桥墩对水流的压缩和阻碍作用，使墩周流场发生变化，从而产生桥墩两侧的“集中水流”和桥墩前的“下降水流”，“集中水流”和“下降水流”是形成马蹄形漩涡的内在原因，而马蹄形漩涡系则是产生墩周局部冲刷的直接原因。三、局部冲刷影响因素影响桥墩附近局部冲刷的因素很多，包括水深、流速、流向、河床泥沙类型、干容重、粒径、级配等，还涉及桥墩的尺寸、形状等。影响桥墩局部冲刷深度的因素包括下列几方面：桥墩特征因素、流体特征因素、河床质特征因素和流动特征因素。（一）桥墩宽度B、桥墩的长度L 或桥墩的直径R 对局部冲刷深度的影响引起桥墩冲刷的最主要的原因就是桥墩的存在压缩了河槽水流引起单宽流量的增大，从而导致局部冲刷。因此桥墩长度L（或桥墩直径）或长宽比L/B 是影响冲刷的一个因素。一般说来，桥墩越长、桥墩越宽，在墩头处产生的局部冲刷会越深，因为B、L（或桥墩直径R）反映了构造物对水流的压缩程度，压缩越大，构造物直接阻挡水流引起水流结构的改变越大，在墩头周围形成强烈的涡流与河槽泥沙发生的作用越大，因而引起的冲刷深度越大。（二）上游行近流速v 对局部冲刷深度的影响 1．当行近流速v 小于床沙起冲流速v 0'，即v 0

桥梁墩柱式基础设计设计

本科本本科毕业设计托县托东路到伍把什村桥梁墩柱式基础设计学院：能源与交通工程学院专业：道路桥梁与渡河工程姓名：毕温建学号：111612805 指导教师：李海军职称：实验师论文提交日期：二Ο一五年六月

摘要随着我国经济高速发展，高层建筑迅速兴起,而且我国地域辽阔，在工程建设中会面临各种不良的地质，所以对基础要求逐渐变高。当建筑场地浅层的土质没有办法满足建筑物对地基变形和强度等各个方面的需求，而且又不便对地基土处理时，就要利用下部坚实土层或者岩层作为建筑物的持力层，也就是采用深基础处理方案，这里桩基础的利用最为广泛。桩基础具有承载力高、沉降量小、可以抵抗水平和上拔力、减震和抗震的特点，所以桩基础已成为土质不良地区修造建筑物广泛采用的基础形式。常见的桩基础有：矩形扩大基础、U形扩大基础、承台桩基础、单排桩柱基等。本文在调查托克托县五申镇人民政府察托东路到伍把什村公路桥工程地质条件及工程概况的基础上，根据周边环境条件，采用了墩柱式基础，并利用了桥梁博士软件以及《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007等规范对桩的单桩承载力、桩身截面承载力和桩基截面承载力进行了验算，通过桥梁博士软件验算得出其单桩承载力和桩身截面承载力、裂缝、沉降量均满足要求，最终确定桩基础设计。关键词：单桩轴向承载力；桩身截面内力；单桩沉降量 Abstract

Grew rapidly along with our country economy high speed development, high-rise building, bridge construction development is accelerated, will face all kinds of bad geology in engineering construction, when the shallow soil cannot meet the building of construction sites of foundation deformation and strength requirement, and the inconvenience of foundation treatment, will use of subsoil, the lower the soil or rock solid as deep foundation treatment scheme is adopted, and the pile foundation is most widely used. Pile foundation with high bearing capacity, small settlement, can resist horizontal and pulling force, shock absorption, and the characteristics of the seismic, so pile foundation has become a bad soil region in the work of building form the basis of widely used. Common pile foundation are: rectangular extending,u-shaped expansion, Bearing platform of pile foundation, single pile column base, etc. Based on the investigation of five "togtoh county town people's government was supporting east road to wu the assorted village road bridge, on the basis of engineering geological conditions and engineering general situation, according to the surrounding environment condition, the abutment foundation, Dr Software and by using the bridge as well as the highway bridge standard about foundation and foundation design JTG D63-2007 standard for single pile bearing capacity of pile, pile body section bearing capacity and pile foundation section bearing capacity calculation, through Dr Bridge software calculating the bearing capacity of single pile and bearing capacity of pile section meet the requirements, ultimately determine the pile foundation design. Keywords：Axial bearing capacity of single pile; Pile cross-section bearing capacity; Single pile settlement

一般冲刷计算公式

一般冲刷计算公式： cm cg c c d p h B B Q Q A h 66 .090 .02)1(04.1??? ? ??-??? ? ??=μλ 1 2t c c Q Q Q Q += 15 .0??? ? ??=z z d H B A 式中： h p ——桥下一般冲刷后的最大水深(m)； Q p ——频率为P ％的设计流量(m 3/s)； Q 2——桥下河槽部分通过的设计流量(m 3/s)，当河槽能扩宽至全桥时取用Q p ； Q c ——天然状态下河槽部分设计流量(m 3/s)； Q t1——天然状态下桥下河滩部分设计流量(m 3/s)； B cg ——桥长范围内的河槽宽度(m)，当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度； B z ——造床流量下的河槽宽度(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽宽度； λ——设计水位下，在B cg 宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值； μ——桥墩水流侧向压缩系数； h cm ——河槽最大水深(m)； A d ——单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当A d >1.8时，A d 值可采用1. 8； H z ——造床流量下的河槽平均水深(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽平均水深。 ②非粘性土河床桥墩局部冲刷计算桥渡冲刷的产生是由于桥墩阻碍了水流，使水流形态发生变化，一般在墩前两侧发生集中现象，引起动能增加；另一方面水流受阻后部分动能转化为位能，由于水流形态变化，桥墩附近水流冲刷能力加大，在桥墩处产生冲刷坑。局部冲刷计算公式当V ≤V 0时，??? ? ??-=0015.06 .01 2'V V V h B K K h p b ηε 当 V ＞V 0时，2 0015.06.012'n p b V V V h B K K h ??? ? ? ?-=ηε 24 .02 .22375.00023.0d d K += η