桥墩局部冲刷的机理及防护措施

桥墩局部冲刷的机理及防护措施
摘要：在我国桥梁建设不断发展的过程中，桥墩的局部冲刷破坏一直是人们
关注的重点。

本文从桥墩局部冲刷的机理和防护措施两方面展开论述，对前人的
研究成果进行总结并提出自己的一些看法。

关键词：桥墩；局部冲刷；冲刷机理；防护工程
Mechanism and protective measures of bridge pier local scour
FAN Wenbin WANG Han SHI Dongping
(College of River Sea, Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)
Abstract: in the process of continuous development of bridge construction in China, the local erosion of bridge piers has been the focus of attention. In this paper, the mechanism and protection measures of bridge pier local scour are discussed, and the previous research results are summarized.
Key Words: bridge pier; local scour; scour mechanism; protection engineering
引言
近年来，不断兴建的大型桥梁在方便人们出行的同时，也因为施工、地震、
暴雨洪水等因素发生破坏进而威胁到人们的出行安全。

据D.W.Smith[1]和易仁彦[2]统计，在所有的桥梁事故中，由洪水冲刷引起的桥梁破坏约占1/3～1/2。

在过去，人们对于桥墩防冲刷防护基本都在用铺设碎石堆这一类传统的被动防护措施。

而
近年来，随着人们研究的不断深入，桥梁局部冲刷机理的研究有了新的进展，新
型的主动防护措施正不断被引入施工工艺之中。

本文从桥墩局部冲刷的机理和防
护措施两方面对前人的研究工作进行总结，同时在前人研究的基础上提出自己对
桥墩局部冲刷的一些见解。

1 桥墩局部冲刷的影响因素
桥墩局部冲刷影响因素大致可分为三方面，分别是桥墩形状、水流流速、泥
沙粒径。

1.1 桥墩影响
桥墩的对局部冲刷的影响主要来自于桥墩的形状。

韩敏[3]在实验中发现流量
一定时，桥墩的直径越大，其冲刷范围也就越大。

在进行动床实验时，随着桥墩
直径的增大，冲刷坑的深度随着桥墩直径的增大而不断增加。

但将动床实验改为
清水冲刷时，冲刷坑的深度并非随着桥墩直径的增大而增大，而是呈现一种先增
大后减少的状态。

之后贠鹏[7]通过数值模拟软件得出相同的结论。

1.2 水流流速
以上游水流断面的平均流速为判别标准，若该流速小于泥沙起动流速，则不
会将上游的泥沙冲刷下来，此种情况被称为清水冲刷。

此时冲刷坑的深度将随着
流速的增大而增大。

当水流断面流速增加到一定程度且大于泥沙起动流速时，则
上游的泥沙会被水流携带下来，起到补充泥沙的作用，此种情况被称为动床冲刷。

Dongol[4]认为在此种情况下，冲刷坑的深度会随行近流速的增大反而减小，但在
减小至最小值时会再次增大至另一个峰值。

关于这一结论就目前的成果而言仍存
在一定的争议。

1.3 泥沙粒径
Laursen[5]认为泥沙粒径是否对桥墩局部冲刷有影响主要和它的流速状态有关。

如果流速条件为动床冲刷，此时沙量处于平衡状态，泥沙粒径对局部冲刷没有太
大影响。

但如果水流条件为清水冲刷，则泥沙粒径存在较大的影响。

除流速条件外，赵凯[6]在一定流速条件下采用3种不同粒径的泥沙进行实验，实验表明由于
泥沙粒径越小，泥沙越容易启动，越容易发生泥沙冲刷，因此冲刷深度越深，但
深度到达一个临界值后，冲刷坑的深度反而减小。

2 桥梁局部冲刷的防护措施
2.1 被动防护措施
桥墩的被动防护是指在浇筑桥墩时，加大桥墩的直径和深度，保证桥墩拥有
足够的强度，以达到抵抗河床泥沙对桥梁的局部冲刷作用[8]。

传统被动防护措施
主要有抛石防护、增大桥墩基础、添加护圈、填充混凝土模袋等等。

抛石防护主
要是通过在桥墩周边铺着大量抛石，将水流的冲刷从桥墩转移到抛石上，从而避
免了桥墩被冲刷破坏。

增大桥墩基础是通过增大桥墩的基础来增大桥墩底部对河
流冲刷的抵抗能力。

给桥墩添加护圈是降低下降水流的强度。

填充混凝土模袋同
样是将高强度袋体贴于河床放置的一种工程措施。

2.2 主动防护措施
随着对桥墩冲刷机理研究的不断深入，近年几种新型的防护措施被不断提出。

相比于传统的桥墩局部冲刷防护工程措施而言，新型的主动防护则是采取一些措
施来缩小局部冲刷范围、减轻局部冲刷的程度，以此来减小水流对桥墩的局部冲刷。

目前主流的新型主动防护措施有石板防护、护壳防护、四面体防护、部分抛
石灌浆防护等防护措施[9]。

3 结语
综上所述，目前针对桥墩局部冲刷的防护措施不再仅仅依赖提高桥墩自身的
强度，而是通过降低水流冲刷强度来避免水流对桥墩的冲刷破坏。

本文仅从桥梁
局部冲刷的影响因素单方面展开论述，桥墩周围水流结构、局部冲刷坑演变等其
它方面理论仍然存在众多问题等待我们研究。

相信随着我们不断深入的研究，这
些问题终将会得到解决。

参考文献(References)：
[1] Smith D W. Why do bridges fail [J].Ci-vil Engineering-ASCE,1977,47 (11):58-62.
[2] 易仁彦,周瑞峰,黄茜.近15年国内桥梁坍塌事故的原因和风险分析[J].交通科技,2015,(5),61-64.
[3] 韩敏.单圆柱桥墩绕流紊动特性试验研究[D].西北农林科技大学,2010.
[4] Dongol D M S. Local scour at bridgeabutments.Rep.No.544, School of Engineering,University of Auckland,A-uckland, New Zealand,1984.
[5] Laursen E M. Scour at bridge crossi-ngs [J]. Journal of the Hydraulics p-ision,1960,86:39-54.
[6] 赵凯.桥墩局部冲刷模拟试验研究[D].南京水利科学研究院,2009.
[7] 贠鹏. 桥墩局部冲刷的数值模拟研究[D].中国海洋大学,2012.交通工程研究与应用
[8] 邓绍云.我国桥墩局部冲刷与防护研究及发展方向[J].北部湾大学学报,2019,34(10):52-62.
[9] 杨淑君,刘永军.桥墩局部冲刷的新型防护措施综述[J].河南水利与南水北调,2012(06):10-12.。