潮流作用下桥墩局部冲刷深度计算公式的建立与验证

桥梁水毁大多因桥墩局部冲刷所致,桥墩局部冲刷深度的可靠预测是保证桥梁安全运行的基础。国内外对河流上的桥墩局部冲刷做过大量研究,建立了可供设计使用的桥墩局部冲刷计算公式。对于河口海湾及沿海地区跨海湾桥梁,其作用水流多为极其复杂的双向潮流,原有公式常难以适用。利用水槽试验成果结合其他河口海湾地区的相关研究成果,通过量纲分析及多元回归法建立了潮流作用下桥墩局部冲刷的计算公式。该公式结构简单,参与多元回归分析的数据多,各参数的取值范围均较广,并应用大量现场实测资料以及其他河口海湾及近海地区桥墩、人工岛、塔基等构筑物的试验值进行了较好验证,可供河口海湾及近海地区相关工程局部冲刷深度估算时参考应用。     

跨海桥梁基础冲刷特征研究

在我国近海海域,跨海桥梁基础冲刷是影响大桥安全的重要因素之一。基于金塘大桥2014、2015和2017年桥墩基础冲刷实测资料,并结合建桥前地形测验资料进行了案例分析,解析出了往复潮流条件下桥墩基础的一般冲刷及局部冲刷深度,金塘大桥中引桥桥墩一般冲刷深度为3.3~3.6 m,平均局部冲刷深度约8.3 m。往复潮流条件下桥墩基础局部冲刷坑受双向潮流影响向上下游延伸,形状呈椭圆形,各墩冲刷坑纵向长度与最大局部冲刷深度呈近似线性关系,长度约为局部冲刷深度的10~12倍,而各墩冲刷坑横向宽度则基本一致,约为桥墩基础宽度的4~5倍,与最大局部冲刷深度无明显相关性。跨海桥梁基础冲刷深度计算方法及冲刷坑形态特征的研究成果可供跨海大桥基础设计、运行维护及基础冲刷防护参考。     

潮流作用下复合桥墩局部冲刷研究

桥墩冲刷是桥梁水毁的重要原因之一,准确地计算桥墩冲刷深度具有重要意义.为了比较准确地计算桥墩局部冲刷深度,结合某跨海大桥,采用非结构网格技术和大、小模型嵌套的方法建立该大桥海区的平面二维潮流数学模型,采用潮位、流速、流向等实测资料进行验证.在此基础上,对该海区的潮流动力进行了模拟研究,分析了大桥工程对周围海域的潮流动力影响,并采用我国行业标准推荐的2种公式以及美国现行规范推荐的公式计算多座跨海大桥桥墩的局部冲刷计算.结果表明:大桥工程对桥区附近水域流速和潮位影响不大,桥墩可能发生最大局部冲刷深度的位置均位于主墩深槽附近.     

大桥复合桥墩局部冲刷深度的计算分析

桥墩的冲刷毁坏是桥梁失事的重要原因。为保证桥梁安全,需要准确评价桥墩冲刷深度。本文结合某跨海大桥,使用较为可靠的HEC-18公式对其复合桥墩的局部冲刷深度进行研究。计算结果表明,该大桥最大的可能局部冲刷深度发生在主桥主墩,复合桥墩中群桩部分造成的冲刷深度为桥墩冲刷的主要部分,且随流速增大,其在总冲刷深度中所占比例也增大,总冲刷深度对承台吃水深度变化不敏感。进一步分析表明,复合桥墩的冲刷深度随水流斜交角的变化规律与简单桥墩有较明显区别,关系更为复杂。     

洪潮水动力作用下闽江乌龙江大桥桥墩冲刷影响研究

闽江南港乌龙江大桥上下游300m范围内先后共建有五座桥梁,在径流和潮流双重水动力作用下,群桥建设使得乌龙江大桥桥墩周边水流结构发生变化,影响桥墩冲刷过程。文章通过建立数学模型,对群桥建设后乌龙江大桥桥墩附近流速及冲刷进行影响研究,可为闽江南港峡口段群桥桥墩及涉河建筑物的防护提供指导。     

郑焦铁路黄河大桥桥墩局部冲刷试验研究

为了保证郑焦铁路黄河大桥桥梁基础安全,同时尽量避免桥梁基础因设计偏于安全而造成工程投资的增加,按单宽流量、河势以及桥墩防护的多种组合,开展了桥墩基础局部冲刷试验研究,分析了桥墩局部冲刷的水流现象、冲刷坑形态和冲刷深度。结果表明:局部冲刷最深点在承台下的桩群之间,略偏向桥轴线上游部位;墩后形成带状淤积体,淤积体随单宽流量的增大而增大。水流方向与桥轴线正交时,桥墩周围的局部冲刷坑形态基本沿桥墩轴线对称分布;水流方向与桥轴线法线存在夹角时,冲坑范围扩大、冲坑深度明显增深,桥墩两侧马蹄形旋涡不再对称分布。墩前抛石护底后,局部冲刷坑深度明显变浅。     

基于量纲分析的宁波象山港大桥桥墩局部冲刷规律研究

针对宁波象山港大桥桥墩冲刷严重问题,为了剖析潮流径流共同作用下跨海大桥复式桥墩局部冲刷机理,科学预测桥墩局部冲刷规律,通过系统分析、评估、复核象山港大桥相关试验成果和现场实测数据,深入研究了象山湾内关键水文泥沙参数(波浪、潮流、潮位、泥沙量、海底冲刷)变化特征,利用主因子分析及量纲分析等手段,建立象山港大桥桥墩局部冲刷公式,并利用观测数据进行验证。研究表明,象山湾内各涨急落急流速变化不大,涨急和落急之间差别明显。涨急和落急时的代表垂线平均流速分别为-1 m/s和1.14 m/s,且涨落急时刻对应的代表潮位分别为1.37 m和0.54 m。针对象山港大桥桥墩特性分别建立三类桥墩局部冲刷公式,计算得到的预测值与观测值误差在±5%以内,说明所提出的预测公式具有较好的预测效果,能有效地揭示象山港大桥的冲刷规律。     

典型桥墩局部冲刷及防护特性数值模拟研究

基于有限体积法与VOF方法,采用FLOW-3D建立三维桥墩水动力冲刷数学模型,对波流作用下的典型圆墩冲刷特性进行研究,并分析了采用防护措施后的局部冲刷范围与冲深特性。研究结果表明,该模型可以预测桥墩防护前后局部冲刷的范围和深度,其研究方法在桥梁设计中具有一定指导意义,研究结果在确定桥墩局部冲刷及防护方案时具有借鉴意义。     

潮流作用下桥墩局部冲刷研究

为明确潮流与恒定流条件下桥墩局部冲刷深度的关系,通过长时间序列潮流作用下桥墩的局部冲刷试验,观测不同特征参数的潮流条件下桥墩局部冲刷最深点的发展趋势,分析往复流造成的冲刷坑内泥沙反复冲淤对冲刷坑发展过程的影响,涨落潮最大流速和历时决定了冲坑的发展的速率和达到最大冲深的可能性,在潮流速度值较大或历时占优的情况下,将取得与恒定流一致的局部最大冲深。     

基于量纲分析的宁波象山港大桥桥墩局部冲刷规律研究

针对宁波象山港大桥桥墩冲刷严重问题，为了剖析潮流径流共同作用下跨海大桥复式桥墩局部冲刷机理，科学预测桥墩局部冲刷规律，通过系统分析、评估、复核象山港大桥相关试验成果和现场实测数据，深入研究了象山湾内关键水文泥沙参数( 波浪、潮流、潮位、泥沙量、海底冲刷) 变化特征，利用主因子分析及量纲分析等手段，建立象山港大桥桥墩局部冲刷公式，并利用观测数据进行验证。研究表明，象山湾内各涨急落急流速变化不大，涨急和落急之间差别明显。涨急和落急时的代表垂线平均流速分别为－1 m /s 和 1. 14 m /s，且涨落急时刻对应的代表潮位分别为 1. 37 m 和 0. 54 m。针对象山港大桥桥墩特性分别建立三类桥墩局部冲刷公式，计算得到的预测值与观测值误差在±5%以内，说明所提出的预测公式具有较好的预测效果，能有效地揭示象山港大桥的冲刷规律。     

杭州市九堡大桥桥墩局部冲刷试验研究

九堡大桥建于钱塘江河口段七格弯道的弯顶。遵照重力相似、模型沙起动流速相似和水下休止角接近原则建立小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影响,为工程设计提供依据。     

冰盖下桥墩局部冲刷随时间变化的试验研究

在寒冷地区,河道中冰盖的存在会改变河道流速分布。与明流条件相比,冰盖条件下水流最大流速点会向河床移动,加剧桥墩周围的局部冲刷。过度的局部冲刷会导致桥梁倒塌。基于水槽清水冲刷试验,对冰盖与明流条件下圆柱型桥墩局部冲刷随时间的变化进行了研究,试验结果表明：冰盖下桥墩局部冲刷速率大于明流。平衡冲刷深度比明流条件下的约大12%,且冲刷平衡所需时间比明流条件下的要约大10%。分析了水流强度与无量纲冲刷深度的关系以及冰盖与明流条件下冲刷深度变化速率的差异,给出了冰盖下局部冲刷深度随时间变化的经验方程,研究成果可供实际工程参考。     

杭州湾大桥动床模型试验专题工作大纲专家评审会召开

浙江省水利水电河口海岸研究设计院承担了杭州湾大桥动床河工模型及桥墩局部冲刷模型试验专题工作。2001年12月14日，本项目工作大纲评审会在杭州召开，评审会由杭州湾大桥工程指挥部主持，出席会议的有浙江省水利厅、南京水利科学研究院、河海大学、清华大学、武汉大学、国家海洋局第二海洋研究所、水利部珠江水利委员会科研所、中交公路规划设计院、中铁大桥勘测设计院、 浙江省政府经济建设咨询委员会等单位的专家、领导与代表共41人，由12位专家组成评审小组。 与会专家及代表听取了我院课题组关于工作大纲的汇报，并进行了认真的讨论，…     

冰盖下桥墩局部最大冲刷深度试验研究

冬季寒冷的北方河流易形成冰盖或冰塞,冰盖的存在对桥墩附近局部冲刷产生影响。在清水冲刷条件下,试验研究了有无冰盖条件下,不同流速和水深对桥墩附近局部冲刷的影响。研究结果表明：对比明流条件,冰盖的存在导致更大的近底流速和近底流速梯度,从而桥墩局部最大冲刷深度更大;其它条件相同的情况下,随流速的增大,桥墩局部最大冲刷深度增大;随着桥墩墩径增大,桥墩局部最大冲刷深度增加;水深增加时桥墩局部最大冲刷深度相对减小。根据试验数据,给出了有冰盖条件下桥墩局部最大冲刷深度的计算公式,与国内外相关试验数据吻合较好。     

海上风电桩基局部冲刷试验研究

风电桩基既承担风机自身荷载,又受到叶片转动的侧向压力,桩基稳定性至关重要。海上风电桩基不仅受潮汐双向水流和波浪共同作用的影响,而且桩基尺度介于通常的桥墩和码头桩基之间,局部冲刷具有一定特殊性。通过建立1∶60的正态模型,研究了洋口海域海上风电桩基在波浪、潮流及波流共同作用下的局部冲刷。结果表明:潮流是控制该海域桩基局部冲刷的主导因素;往复流作用下的冲刷坑形态呈椭圆形,最大冲刷深度约为恒定流的80%;当波流共同作用时,由于桩前波浪振荡水流的作用,泥沙较水流作用时更易起动,局部冲刷显著增强,最大冲刷深度为潮流和恒定流作用下的2.0与1.7倍;韩海骞公式计算值按照系数0.75折算后与波流作用下的桩基冲刷深度试验值较为吻合。根据试验结果,建议对桩基周边局部冲刷坑进行抛石防护,确保海上风机的安全稳定。     

非均质河床双排桥墩局部冲刷数值模拟研究

精确模拟山区河流非均匀沙质河床桥墩的局部冲刷对桥梁设计和安全运行具有重要的意义。以黑石渡大桥河床床沙特征为背景,采用Flow3D软件开展非均匀沙质河床上双排圆柱形桥墩冲刷三维数值模拟研究。为考虑河床非均匀泥沙的悬移质运动、泥沙挟带、推移质输运等过程,在数值模拟过程中,根据非均匀沙质河床的颗粒分布曲线,对所筛取的各个级配范围内的颗粒采用其对应的中值粒径来表征。模拟得到了双柱排桥墩局部流场结构、河床的冲淤变化和上下游桥墩周围冲刷坑形态。研究表明:受桥墩阻水作用影响,墩前壅水、墩后跌水现象明显。墩周冲刷坑基本贯通整个墩周区域,受上游墩保护作用影响,下游墩冲刷坑的发育深度和规模小于上游墩。将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,二者吻合较好。研究成果可为深入开展非均匀沙质河床桥墩局部冲刷研究提供参考。     

桥墩基础局部冲刷计算方法的对比研究

桥墩基础局部冲刷深度是确定基础埋深和保证桥梁安全运营的重要参数。针对桥墩基础局部冲刷深度不同的计算公式在量纲和谐、一般冲刷深度及河床形态和床沙组成对局部冲刷深度的影响进行对比分析,并结合工程算例,对计算结果进行对比。研究表明:对于单墩桥墩,HEC-18公式和包尔达柯夫公式计算较为简便,且HEC-18公式的计算结果偏安全;对于复杂群桩承台桥墩,中国铁道科学研究院新公式比较规范,采用公式所考虑的因素更多,结果更安全。     

砂质河道桥墩局部冲刷计算经验公式改进和验证

桥墩局部冲刷深度是桥梁设计的重要参数，但随着造桥技术的发展，桥墩局部冲刷计算的经验公式在计算尺寸较大的桥墩局部冲深时误差偏大。为解决此问题，在前人的研究基础上，根据统一量纲的原则建立了砂质河道桥墩局部冲刷深度经验公式，并考虑基台露出床面对冲刷的影响，对公式进行修正。将文中提出的公式与中美计算规范进行比较，结果表明：所提出的公式具有考虑因素较全面、量纲统一、适用于大型桥墩局部冲刷深度计算的优点；计算精度相比另外3种公式有较明显的提高，能更好地预测桥墩局部冲刷深度。研究成果可为桥墩布设、施工与防护等提供技术支撑。     

桥墩局部冲刷公式研究进展

总结国内外桥墩局部冲刷的研究成果,分类列举了单向流情况下非黏性土桥墩的局部冲刷公式;对比讨论了中国、前苏联及美国关于桥墩局部冲刷的规范公式。介绍了受潮流作用的桥墩和黏性土桥墩冲刷的最新研究进展。     

桥墩振动对其局部冲刷的影响

为了探究桥墩振动对其局部冲刷的影响,以圆柱型桥墩为例,开展了不同泥沙底床条件下的振动桥墩局部冲刷水槽试验。结果表明,在振动载荷下,对于中值粒径分别为14.42μm、31.75μm和85.92μm的细颗粒底床,当振动强度从0增大至3.72,最大冲刷深度和最大冲刷半径均随之增大;中值粒径为14.42μm的泥沙底床最大冲刷深度增幅最大达910%,且粒径越大,增幅越小。对于中值粒径为260μm的粗颗粒底床,当振动强度从0增至2.31,最大冲刷深度降低了37.50%,而最大冲刷半径增加了38.37%。因此,桥墩的振动对其局部冲刷有着重要影响,且对细颗粒底床和粗颗粒底床的影响不同。桥墩振动导致有黏性的细颗粒泥沙发生流变从而加剧了其局部冲刷;而无黏性的粗颗粒泥沙受到振动作用而加密,其局部冲刷削弱。提出了考虑桥墩振动的局部冲刷深度计算公式,其理论计算值与实测值相对误差在±20%的数据达87.5%,能够为涉水桥梁基础埋深的设计提供更合理的计算依据。