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橋墩沖刷計算分析及防護措施

文檔作者：吳建華文檔來源：廣東省肇慶市水利水電勘測設計院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月14日
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橋墩沖刷計算分析及防護措施
吳建華
(廣東省肇慶市水利水電勘測設計院 廣東 肇慶526040)
摘 要 通過對青岐涌特大橋橋墩沖刷影響進行計算分析，結果表明橋墩的布設加劇水流沖刷會對河床
及河道兩岸的堤防安全造成一定的影響，并基于此提出了具體防沖刷保護措施。
關鍵詞 橋墩；沖刷分析；防護措施
中圖分類號：U442．3+2 文獻標識碼：B
1工程概況
新建貴陽至廣州鐵路(簡稱“貴廣鐵路”)
沿線河網(wǎng)發(fā)育，沿途需建多座大橋或特大橋
跨越珠江流域諸多水道，其中，需建青岐涌特
大橋跨越青岐涌河道。青岐涌是肇慶市與佛
山市的界河，河道左岸是佛山市三水區(qū)，有岸
為肇慶市鼎湖區(qū)，青岐涌特大橋橋址位于青
岐涌西江人匯口上游1．5kin處。大橋線路基本
為西北一東南走向，橋軸線法線方向與青岐涌
水流流向交角約47。。大橋在166#～169#橋墩
間跨青岐涌，橋孔布置采用3m一128m連續(xù)梁
跨越河道，共計3孔。
青岐涌特大橋在青岐涌河道內(nèi)布設了2
個橋墩，分別是167#和168#墩。167#橋墩位
于有岸迎水坡坡腳處，距堤肩21．2m(承臺距
堤肩約12．9m)，橋墩與承臺嵌入堤身；168#橋
墩位于河道左岸堤防迎水側灘地上，距左岸
迎水坡坡腳約10．9m (橋墩承臺距坡腳約
1．5m)，距堤肩約30m。該兩橋墩迎水面和背水
面均采用圃端形設計，橋墩頂部標高為
17．998m。
2沖刷分析計算
河道中設置橋墩后，由于橋墩阻水，橋下
過水面積減小，從而引起橋下流速的增大，水
流挾沙能力也隨之增大，造成整個橋下斷面的
河床沖刷，這一沖刷過程即橋下斷面的一般沖
刷。同時橋墩周圍也存在局部沖刷。在局部沖
刷中，橋墩沖刷比橋下一般沖刷要嚴重。由于
橋梁跨度比橋墩直徑或橋墩寬度大得多，橋墩
的這種局部沖刷將直接影響橋墩自身的穩(wěn)定
與安全，也會影響河床、岸灘及堤防的穩(wěn)定與
安全。
2．1一般沖刷計算
根據(jù)實測河床地質情況，特大橋工程位
置處的河床土質為非粘性土。本次一般沖
刷分析采用64—2簡化式和64—1修正式計
算比較：
(1)64—2簡化式
．04(Ad )[
02= ；
(等)
式中，^ 為橋下一般沖刷后的最大水深
(m)； 為頻率為P％的設計流量(m3／s)； 為
橋下河槽部分通過的設計流量(m3／s)； 為天
然狀態(tài)下河槽部分設計流量(m3／s)； 為天
然狀態(tài)橋下河灘部分設計流量(m3／s)；B 為
橋長范圍內(nèi)的河槽寬度(m)； 為造床流量
下的河槽寬度(m)；A為設計水位下，在B
寬度范圍內(nèi)，橋墩阻水總面積與過水面積的
比值；肛為橋墩水流側向壓縮系數(shù)； 為河
槽最大水深(m)；A 為單寬流量集中系數(shù)，本
要的防洪點，混凝土沙礫料較豐富的區(qū)域，
護岸采用砼板護坡，厚度12em～15em，邊坡
1：1．5，基礎防護深度6m一3m，采用斜坡式砼
護砌，厚度15em一20em，邊坡1：1。
對于城區(qū)河段的防洪丁程護岸，應結合
城區(qū)建設采取護坡形式，迎水面可采用雷
諾墊層護坡也可采用混凝土護坡。雷諾墊
層護坡厚度30era，護坡上種植綠化草皮，邊
坡1：1．75，堤頂兩側設O．5m～0．8m高鋼筋砼
防護墻。混凝土護坡，厚度12em～15em，邊坡
1：1．75，采用斜墻式砼基礎，基礎防護深度
1．0era ～2．0em
4運行期保障措施及建議
4．1保障措施
防洪 程主要屬社會公益性項目，無直
接財務收入，無投資償還能力。目前要依靠地
方財政和群眾自籌進行T程建設，是不現(xiàn)實
的 中小河流治理T程建設的實施必須依靠
國家的大力支持，才有可能按規(guī)劃的方案予
以實施，達到規(guī)劃的目標。
防洪災害涉及眼前的利益、局部的利益
和整體利益，涉及人們生活和社會發(fā)展的方方
面面，單靠某一個部門或幾個部門難以組織實
施，為保障規(guī)劃的組織實施，必須在各級政府
的統(tǒng)一領導下，從法律保障、行政保障、經(jīng)濟技
術保障等方面建立完整的體系。
在法律保障方面建立完整的法規(guī)和管理
辦法，做到有法可依。在行政保障方面，應依
法管理，嚴格許可審批程序，嚴肅查處違法行
為，宣傳保護建立長效機制，執(zhí)行防汛抗洪應
急預案等措施；在經(jīng)濟保障方面，為滿足堤防
永久使用和管理需要，建議開征堤防維護管
理費。
4．2加強中小河流治理的建議
(1)由于防洪工程是公益性事業(yè)，為滿足
堤防永久使用和管理需要，建議開征堤防維護
管理費。中小型河流綜合治理面廣量大，僅靠
國家單一渠道投資，很難實現(xiàn)全面治理。為全
面推進中小型河流綜合治理，應積極拓寬投資
渠道，多方籌集建設資金。一是實行中央扶持、
省市縣地方財政補貼、群眾集資和投T投勞相
結合的融資方式；二是設立各級中小型河流治
理建設基金，由各級財政注入啟動資金；三是
結合平原洼地治澇，利用世行貸款。
(2)河道整治中應盡量保持河道的自然特
征及水流的多樣性，充分利用原有河道寬窄交
替、深潭淺灘交錯、急流緩流并存、偶有彎道與
回流的自然形態(tài)，與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，保持河
道的自然性和水流的多樣性。另外，盡量不要
對天然河道進行人工渠道化護砌。
(3)根據(jù)地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃目標的要
求和自然地理特點及洪水災害類型，在完成本
次中小河流近期治理規(guī)劃的基礎上，盡快制定近
期中小河流近期實施計劃，并爭取早日立項，實
施防災減災體系建設。委托具有相應資質的專業(yè)
規(guī)劃設計單位進行統(tǒng)一規(guī)劃，先制訂出流域的綜
合規(guī)劃和各河流的獨立規(guī)劃，按照重點突出、點
面結合、分批實施的治理方案逐步實施。中小型
河流綜合治理應以河流流域治理為目標，以生
態(tài)治理為主線，科學地進行綜合治理。
(4)盡快建立全地區(qū)防災減災預警預報指
揮調(diào)度系統(tǒng)，以便及早發(fā)揮其防災減災效益。
(5)河流治理中的水庫除險加固及山坡
水土保持T程宜單獨立項，爭取國家投資
建設實施， 以利于洪水災害防治規(guī)劃的整
體實施。陜 西水剝
(責任編輯：黃靈芝)
表1 各種設計頻率對應的計算結果
設計洪水頻率 一般沖刷 局部沖刷
- 橋墩 (
％) (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； 為造床流量下的河槽平均
水深(m)。
(2)64—1修正式
：
r - 藍h 5,3 1
【 麗． J
式中，B 為河槽部分橋孔過水凈寬
(n1)；k 為橋下河槽平均水深(m)； 為河槽
泥沙平均粒徑(mm)，本次計算取d：
O．55mm；E為與汛期含沙量有關的系數(shù)。
2．2局部沖刷
局部沖刷主要采用65—2式計算：
當 ≤ 。， ：K}K Bo
。
s
＼
Vv
V
。
o
一)；
當 > 。， =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 為橋墩局部沖刷深度(m)；K
為墩形系數(shù)；B 為橋墩計算寬度(m)；h
一為
般沖刷后的最大水深(m)； 為河床泥沙平
均粒徑，這里取0．5mm； 為河床顆粒影響
系數(shù)；V為一般沖刷后墩前行近流速(mls)．
可按下式計算V=Ed ”；Vo為河床泥沙起
動流速(rrCs)；V'o為墩前泥沙始沖流速(r )：
n 為指數(shù)。
2．3沖刷計算結果
按前述公式分別計算P：l％、P：2％、P：
5％、P=10％4種頻率洪水流量條件下的橋
梁一般沖刷和局部沖刷，從最不利因素考
慮，選擇計算結果中較大值，計算成果見表1。
2．4沖刷對河勢穩(wěn)定的影響分析
從沖刷分析計算結果來看：青岐涌特
大橋的167#和168#橋墩各設計頻率洪水
條件下橋位處河床一般刷深最大值為
1．336m 和0．886m，局部沖刷最大值為
2．219m和2．330m。這是由于橋墩占用河道
的行洪面積，水流從上游急劇收縮流入橋
孑L和橋墩與堤防之間的間隙，使橋位處的
流速增加，從而沖刷河床與堤坡。
結合50年一遇(P：2％)洪水條件下工
程局部二維水流數(shù)學模型模擬結果來看，
除橋梁工程近區(qū)的局部水域外，河道水流
流態(tài)整體上較現(xiàn)狀改變不明顯，主流方向
基本不變，流速流向變化較大區(qū)域主要集
中在新建橋墩近區(qū)。由于橋墩的阻水作用，
橋墩的墩頭、墩尾流速明顯大幅度減?。欢?
橋墩與兩岸堤防之間流速則明顯增大，流
速增幅在lOcm／s～25cm／s之間，增大了水流
對河道兩岸灘地的沖刷影響。大橋167#墩
位于右岸堤防迎水坡坡腳，水流受橋墩挑
流偏向右側，對河道右岸迎水坡將產(chǎn)生一
定沖刷；168#橋墩斜向主河槽，近岸區(qū)流向
變化不大，但流速受橋墩束水影響增大約
30cm／s，將加劇水流對左側近岸區(qū)堤腳附
近的沖刷。且由于青岐涌河道水流為往復
流，當水流主流向由南往北時，靠近左岸的
168#橋墩的挑流影響則更明顯。
3沖刷防護措施
橋墩布設加劇水流沖刷將對河床及河
道兩岸的堤防安全造成一定的影響，為確
保河道堤防和大橋工程本身的安全，必須
在橋址處河床及左、右岸近岸堤防做好防
沖保護措施。結合二維數(shù)值模擬，堤防的防
沖保護范圍為橋墩上下游各200m。
同時由于特大橋167#橋墩及承臺嵌
入右岸大堤迎水坡，因此對該段堤防做退
堤處理，退堤最大寬度為10m。退堤之后的
堤軸線基本平行于原堤軸線且與上下游堤
線平順銜接。
左右兩岸枯水位以下的堤腳均采用拋
石外包鍍10％鋁鋅合金的石籠網(wǎng)進行防
護。拋石要求粒徑25cm以上石塊數(shù)量大于
85％，單塊石重量在30kg以上大于80％。
枯水位以上的堤防右岸采用厚150mm的
C20現(xiàn)澆混凝土結合草皮復合護坡，左岸
采用厚120mm的C20預制混凝土六角塊
護坡。
為了減少橋墩對前坡的擾動影響，在
橋墩周圍做一道擺噴防滲墻圍封加固。該
防滲墻離承臺邊線3．5m。防滲墻灌漿鉆孔
深度為深入含礫砂巖層0．5m。這樣做了圍
封加固后，既能夠延長前坡的滲徑，又能將
橋墩帶來的擾動影響控制在局部的范圍，
更有利于堤身穩(wěn)定。
另外，在承臺邊線至防滲墻邊范圍內(nèi)
做充填灌漿，以減少施T承臺時回填土的
沉降。充填灌漿采用水泥粘土混合漿，水泥
的含量為5％。充填灌漿孔距為1．Sm，梅花
形布置，灌漿深度要求完全穿透回填土后
進入原狀土1．0m。
橋墩完建后，對河床內(nèi)的橋墩周圍
10m范圍內(nèi)采用拋塊石護底，以減少對河
床的沖刷。
4結語
橋墩周圍發(fā)生沖刷是必然現(xiàn)象，而這
種沖刷將直接影響橋墩自身的穩(wěn)定與安
全，也會影響河床、岸灘及堤圍的穩(wěn)定與
安全。目前，用于計算橋墩沖刷計算公式
眾多，一般是經(jīng)驗公式、半理論半經(jīng)驗公
式，本文主要是根據(jù)《公路1=程水文勘測
設計規(guī)范》(JTG C30—2002)推薦的公式
進行計算，同時提出了相應的防護措施，
為保證橋墩和堤防的使用安全提供了參
考。陜：西水利
參考文獻
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(責任編輯：黃靈芝)
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