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桥墩冲刷计算分析及防护措施

文档作者：吴建华文档来源：广东省肇庆市水利水电勘测设计院		点击数：	更新时间： 2021年10月14日
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桥墩冲刷计算分析及防护措施
吴建华
(广东省肇庆市水利水电勘测设计院 广东 肇庆526040)
摘 要 通过对青岐涌特大桥桥墩冲刷影响进行计算分析，结果表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，并基于此提出了具体防冲刷保护措施。
关键词 桥墩；冲刷分析；防护措施
中图分类号：U442．3+2 文献标识码：B
1工程概况
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，有岸
为肇庆市鼎湖区，青岐涌特大桥桥址位于青
岐涌西江人汇口上游1．5kin处。大桥线路基本
为西北一东南走向，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3m一128m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
于有岸迎水坡坡脚处，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
面均采用圃端形设计，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，桥墩
的这种局部冲刷将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。本次一般冲
刷分析采用64—2简化式和64—1修正式计
算比较：
(1)64—2简化式
．04(Ad )[
02= ；
(等)
式中，^ 为桥下一般冲刷后的最大水深
(m)； 为频率为P％的设计流量(m3／s)； 为
桥下河槽部分通过的设计流量(m3／s)； 为天
然状态下河槽部分设计流量(m3／s)； 为天
然状态桥下河滩部分设计流量(m3／s)；B 为
桥长范围内的河槽宽度(m)； 为造床流量
下的河槽宽度(m)；A为设计水位下，在B
宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的
比值；肛为桥墩水流侧向压缩系数； 为河
槽最大水深(m)；A 为单宽流量集中系数，本
要的防洪点，混凝土沙砾料较丰富的区域，
护岸采用砼板护坡，厚度12em～15em，边坡
1：1．5，基础防护深度6m一3m，采用斜坡式砼
护砌，厚度15em一20em，边坡1：1。
对于城区河段的防洪丁程护岸，应结合
城区建设采取护坡形式，迎水面可采用雷
诺垫层护坡也可采用混凝土护坡。雷诺垫
层护坡厚度30era，护坡上种植绿化草皮，边
坡1：1．75，堤顶两侧设O．5m～0．8m高钢筋砼
防护墙。混凝土护坡，厚度12em～15em，边坡
1：1．75，采用斜墙式砼基础，基础防护深度
1．0era ～2．0em
4运行期保障措施及建议
4．1保障措施
防洪 程主要属社会公益性项目，无直
接财务收入，无投资偿还能力。目前要依靠地
方财政和群众自筹进行T程建设，是不现实
的 中小河流治理T程建设的实施必须依靠
国家的大力支持，才有可能按规划的方案予
以实施，达到规划的目标。
防洪灾害涉及眼前的利益、局部的利益
和整体利益，涉及人们生活和社会发展的方方
面面，单靠某一个部门或几个部门难以组织实
施，为保障规划的组织实施，必须在各级政府
的统一领导下，从法律保障、行政保障、经济技
术保障等方面建立完整的体系。
在法律保障方面建立完整的法规和管理
办法，做到有法可依。在行政保障方面，应依
法管理，严格许可审批程序，严肃查处违法行
为，宣传保护建立长效机制，执行防汛抗洪应
急预案等措施；在经济保障方面，为满足堤防
永久使用和管理需要，建议开征堤防维护管
理费。
4．2加强中小河流治理的建议
(1)由于防洪工程是公益性事业，为满足
堤防永久使用和管理需要，建议开征堤防维护
管理费。中小型河流综合治理面广量大，仅靠
国家单一渠道投资，很难实现全面治理。为全
面推进中小型河流综合治理，应积极拓宽投资
渠道，多方筹集建设资金。一是实行中央扶持、
省市县地方财政补贴、群众集资和投T投劳相
结合的融资方式；二是设立各级中小型河流治
理建设基金，由各级财政注入启动资金；三是
结合平原洼地治涝，利用世行贷款。
(2)河道整治中应尽量保持河道的自然特
征及水流的多样性，充分利用原有河道宽窄交
替、深潭浅滩交错、急流缓流并存、偶有弯道与
回流的自然形态，与周边环境相协调，保持河
道的自然性和水流的多样性。另外，尽量不要
对天然河道进行人工渠道化护砌。
(3)根据地区经济社会发展规划目标的要
求和自然地理特点及洪水灾害类型，在完成本
次中小河流近期治理规划的基础上，尽快制定近
期中小河流近期实施计划，并争取早日立项，实
施防灾减灾体系建设。委托具有相应资质的专业
规划设计单位进行统一规划，先制订出流域的综
合规划和各河流的独立规划，按照重点突出、点
面结合、分批实施的治理方案逐步实施。中小型
河流综合治理应以河流流域治理为目标，以生
态治理为主线，科学地进行综合治理。
(4)尽快建立全地区防灾减灾预警预报指
挥调度系统，以便及早发挥其防灾减灾效益。
(5)河流治理中的水库除险加固及山坡
水土保持T程宜单独立项，争取国家投资
建设实施， 以利于洪水灾害防治规划的整
体实施。陕 西水剥
(责任编辑：黄灵芝)
表1 各种设计频率对应的计算结果
设计洪水频率 一般冲刷 局部冲刷
- 桥墩 (
％) (In) 刷深(in) h (In)
1 17．676 1．336 2．219
2 17．25l 1．304 2．211
167#
5 16．774 1．291 2．202
10 16．111 1．271 2．189
1 18．926 0，886 2．330
2 18．448 0．788 2．321
168#
5 17．914 0．744 2．311
10 17．170 0．630 2．296
次采用1．8； 为造床流量下的河槽平均
水深(m)。
(2)64—1修正式
：
r - 蓝h 5,3 1
【 丽． J
式中，B 为河槽部分桥孔过水净宽
(n1)；k 为桥下河槽平均水深(m)； 为河槽
泥沙平均粒径(mm)，本次计算取d：
O．55mm；E为与汛期含沙量有关的系数。
2．2局部冲刷
局部冲刷主要采用65—2式计算：
当 ≤ 。， ：K}K Bo
。
s
＼
Vv
V
。
o
一)；
当 > 。， =K# Bo
l
vv0
v％)
其中K 2：—0．0-023+0
．375d~ ，
Vo=0．28(2+o．7)。5：
V'o=O．12(d+0．5) ：
( ；
式中，h 为桥墩局部冲刷深度(m)；K
为墩形系数；B 为桥墩计算宽度(m)；h
一为
般冲刷后的最大水深(m)； 为河床泥沙平
均粒径，这里取0．5mm； 为河床颗粒影响
系数；V为一般冲刷后墩前行近流速(mls)．
可按下式计算V=Ed ”；Vo为河床泥沙起
动流速(rrCs)；V'o为墩前泥沙始冲流速(r )：
n 为指数。
2．3冲刷计算结果
按前述公式分别计算P：l％、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，选择计算结果中较大值，计算成果见表1。
2．4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
孑L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。
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、墩尾流速明显大幅度减小；而
桥墩与两岸堤防之间流速则明显增大，流
速增幅在lOcm／s～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。
3冲刷防护措施
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，必须
在桥址处河床及左、右岸近岸堤防做好防
冲保护措施。结合二维数值模拟，堤防的防
冲保护范围为桥墩上下游各200m。
同时由于特大桥167#桥墩及承台嵌
入右岸大堤迎水坡，因此对该段堤防做退
堤处理，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。
左右两岸枯水位以下的堤脚均采用抛
石外包镀10％铝锌合金的石笼网进行防
护。抛石要求粒径25cm以上石块数量大于
85％，单块石重量在30kg以上大于80％。
枯水位以上的堤防右岸采用厚150mm的
C20现浇混凝土结合草皮复合护坡，左岸
采用厚120mm的C20预制混凝土六角块
护坡。
为了减少桥墩对前坡的扰动影响，在
桥墩周围做一道摆喷防渗墙围封加固。该
防渗墙离承台边线3．5m。防渗墙灌浆钻孔
深度为深入含砾砂岩层0．5m。这样做了围
封加固后，既能够延长前坡的渗径，又能将
桥墩带来的扰动影响控制在局部的范围，
更有利于堤身稳定。
另外，在承台边线至防渗墙边范围内
做充填灌浆，以减少施T承台时回填土的
沉降。充填灌浆采用水泥粘土混合浆，水泥
的含量为5％。充填灌浆孔距为1．Sm，梅花
形布置，灌浆深度要求完全穿透回填土后
进入原状土1．0m。
桥墩完建后，对河床内的桥墩周围
10m范围内采用抛块石护底，以减少对河
床的冲刷。
4结语
桥墩周围发生冲刷是必然现象，而这
种冲刷将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1=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，
为保证桥墩和堤防的使用安全提供了参
考。陕：西水利
参考文献
[1]吴雪茹．桥墩一般冲刷计算研究．水运工
程lM】，2007(5)：27～30．
『2]马奎．桥墩局部冲刷机理分析及防护建
~z[Jl，中国高新技术企业，2010(15)：16～17．
【3J 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fM】，
1996(6)：38—39．
【5】(JTG C3o一2002)公路工程水文勘测设
计规范[s】．
(责任编辑：黄灵芝)
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