某桥墩冲刷计算分析及防护措施

吴建华

【摘 要】The calcuIation and analysis of the impact of the bridge pier shows the layout of the pier to aggra- vate water erosion have been affected the security of the river bed and river embankments on both sides; The specific anti-erosion protection measures is put forward.%通过对特大桥桥墩冲刷影响进行计算分析，说明桥墩的布设加剧水流冲刷会对河床及河道两岸的堤防安全造成一定的影响．并提出了具体防冲刷保护措施。 【期刊名称】《吉林水利》 【年(卷),期】2012(000)003 【总页数】3页(P20-22)

【关键词】特大桥桥墩;一般冲刷;局部冲刷;冲刷分析;防护措施 【作 者】吴建华

【作者单位】广东省肇庆市水利水电勘测设计院,广东肇庆526040 【正文语种】中 文 【中图分类】TV131.3

1 基本情况

新建贵阳至广州铁路（简称“贵广铁路”）沿线河网发育，沿途需建多座大桥或特大桥跨越珠江流域诸多水道，其中，需建青岐涌特大桥跨越青岐涌河道。青岐涌是

肇庆市与佛山市的界河，河道左岸是佛山市三水区，右岸为肇庆市鼎湖区。青岐涌特大桥桥址位于青岐涌西江入汇口上游1.5km处。大桥线路基本为西北－东南走向，桥轴线法线方向与青岐涌水流流向交角约47°。大桥在166＃—169＃桥墩间跨青岐涌，桥孔布置采用3—128m连续梁跨越河道，共计3孔。

青岐涌特大桥在青岐涌河道内布设了2个桥墩，分别是167#和168#墩。167#桥墩位于右岸迎水坡坡脚处，距堤肩21.2m（承台距堤肩约12.9m），桥墩与承台嵌入堤身；168#桥墩位于河道左岸堤防迎水侧滩地上，距左岸迎水坡坡脚约10.9m（桥墩承台距坡脚约1.5m），距堤肩约30m。该两桥墩迎水面和背水面均采用圆端形设计，桥墩顶部标高为17.998m。 2 冲刷分析计算

河道中设置桥墩后，由于桥墩阻水，桥下过水面积减小，从而引起桥下流速的增大，水流挟沙能力也随之增大，造成整个桥下断面的河床冲刷，这一冲刷过程即桥下断面的一般冲刷。同时桥墩周围也存在局部冲刷。在局部冲刷中，桥墩冲刷比桥下一般冲刷要严重，由于桥梁跨度比桥墩直径或桥墩宽度大得多，而桥墩的这种局部冲刷直接影响桥墩自身的稳定与安全，也会影响河床、岸滩及堤防的稳定与安全。 2.1 桥下一般冲刷计算

根据实测河床地质情况，特大桥工程位置处的河床土质为非粘性土。依据《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002），非粘性土河床的一般冲刷，可按下列公式计算： （1）河槽部分 1）64-2 简化式

式中：hp为桥下一般冲刷后的最大水深（m）；Qp为频率为P%的设计流量（m3/s）；Q2为桥下河槽部分通过的设计流量（m3/s），当河槽能扩宽至全桥

时取用Qp；Qc为天然状态下河槽部分设计流量（m3/s）；Qt1为天然状态桥下河滩部分设计流量（m3/s）；Bcg为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；Bz伪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为设计水位下，在Bcg宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值；μ为桥墩水流侧向压缩系数，应按 《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）表7.3.1-1确定；hcm为河槽最大水深（m）；Ad为单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当 Ad＞1.8时，Ad值可采用 1.8；Hz伪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）64-1 修正式

式中：Bcj为河槽部分桥孔过水净宽（m），当桥下河槽能扩宽至全桥时，即为全桥桥孔过水净宽；hcq为桥下河槽平均水深（m）；d为河槽泥沙平均粒径（mm），查阅景丰联围青岐涌段加固工程地质勘察相关资料，本次计算取d=0.5mm；E为与汛期含沙量有关的系数，按 《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）表 7.3.1-2 选用。 （2）河滩部分

式中：Q1为桥下河滩部分通过的设计流量（m3/s）；htm为桥下河滩最大水深（m）；htq为桥下河滩平均水深（m）；Btj为河滩部分桥孔净长（m）；VH1为河滩水深1m时非粘性土不冲刷流速（m/s），可按《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）表7.3.1-3选用。 2.1.1 桥墩局部冲刷

依据 《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002），非粘土河床桥墩局部冲

刷，可按下列公式计算： （1）65-2 式

式中：hb为桥墩局部冲刷深度 （m）；Kξ为墩形系数，可按 《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）附录 B 选用；B1为桥墩计算宽度（m）；hp为一般冲刷后的最大水深 （m）；d为河床泥沙平均粒径，这里取0.5mm；Kη2为河床颗粒影响系数；V为一般冲刷后墩前行近流速（m/s），可按下式计算为河床泥沙起动流速（m/s）；V0′为墩前泥沙始冲流速（m/s）；n2为指数。 （2）65-1 修正式

式中：Kη1为河床颗粒的影响系数；n1为指数。 其余符号意义同前。 2.1.2 冲刷计算结果

按前述公式计算P=1%、P=2%、P=5%、P=10%4种频率洪水流量条件下的桥梁一般冲刷和局部冲刷，从最不利因素考虑，选择各公式计算结果中较大值，计算成果见表1。

2.2 冲刷对河势稳定的影响分析

从冲刷分析计算结果来看：青岐涌特大桥的167#和168#桥墩各设计频率洪水条件下桥位处河床一般刷深最大值为1.336m和0.886m，局部冲刷最大值为2.219m和2.330m。这是由于桥墩占用河道的行洪面积，水流从上游急剧收缩流入桥孔和桥墩与堤防之间的间隙，使桥位处的流速增加，从而冲刷河床与堤坡。 表1 冲刷计算结果桥墩 设计洪水频率（%）一般冲刷 局部冲刷hb（m）hp（m） 刷深（m）167#1 17.676 1.336 2.219 2 17.251 1.304 2.211 5 16.774 1.291

2.202 10 16.111 1.271 2.189 168#1 18.926 0.886 2.330 2 18.448 0.788 2.321 5 17.914 0.744 2.311 10 17.170 0.630 2.296

结合50年一遇（P=2%）洪水条件下工程局部二维水流数学模型模拟结果来看，除桥梁工程近区的局部水域外，河道水流流态整体上较现状改变不明显，主流方向基本不变，流速流向变化较大区域主要集中在新建桥墩近区。由于桥墩的阻水作用，桥墩的墩头、墩尾流速明显大幅减小；而桥墩与两岸堤防之间流速则明显增大，流速增幅在10—25cm/s之间，增大了水流对河道两岸滩地的冲刷影响。大桥167#墩位于右岸堤防迎水坡坡脚，水流受桥墩挑流偏向右侧，对河道右岸迎水坡将产生一定冲刷；168#桥墩斜向主河槽，近岸区流向变化不大，但流速受桥墩束水影响增大约30cm/s，将加剧水流对左侧近岸区堤脚附近的冲刷。且由于青岐涌河道水流为往复流，当水流主流向由南往北时，靠近左岸的168#桥墩的挑流影响则更明显。

桥墩布设加剧水流冲刷将对河床及河道两岸的堤防安全造成一定的影响，为确保河道堤防和大桥工程本身的安全，大桥的兴建必须考虑到桥址处河床及左、右岸近岸堤防的防冲保护措施。 3 冲刷防护措施

由于青岐涌特大桥167#桥墩及承台嵌入右岸丰乐围大堤迎水坡，故对右岸堤防做退堤处理，退堤长度为桥址上下游各200m，退堤最大宽度为10m，退堤之后的堤轴线基本平行于原堤轴线且与上下游堤线平顺衔接，退堤后防洪堤断面结构与丰乐围现达标加固设计相同。

同时对167#、168#桥墩上、下游200m范围内两岸堤防堤脚采用镀10%铝锌合金的石笼网 （高尔凡格宾垫）进行护脚。根据堤防现状，右岸丰乐围岸坡采用厚150mm的C20现浇混凝土护坡，左岸瑞岗围岸坡采用厚120mm的C20预制混凝土六角块护坡。

桥墩完建后，还应对河床内的桥墩周围10m范围内采用抛块石护底。 4 结语

桥墩周围必然发生冲刷现象，而这种冲刷直接影响桥墩自身的稳定与安全，也会影响河床、岸滩及堤围的稳定与安全。目前，用于计算桥墩冲刷计算公式众多，一般是经验公式、半理论半经验公式，本文主要是根据 《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）推荐的公式进行计算。同时提出了相应的防护措施，以保证桥墩和堤防的使用安全。□ 参考文献：

［1］吴雪茹.桥墩一般冲刷计算研究.水运工程，2007（5）：27-30.

［2］马奎.桥墩局部冲刷机理分析及防护建议.中国高新技术企业,2010（15）：16-17.

［3］焦爱萍，张耀先.桥墩局部冲刷分析及防护对策.人民黄河，2003（7）21-22. ［4］田茂宽.桥墩冲刷防护.铁道知识，1996（6）：38-39. ［5］（JTG C30-2002）公路工程水文勘测设计规范.26-31.