复杂群桩基础冲刷计算方法研究_周泳涛
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公路 ２ ０ １ ２年４月 第４期
Ｈ Ｉ ＧＨＷＡＹ Ａ ｒ ． ２ ０ １ ２ Ｎ ｏ ． ４ ｐ
（ ） ０ ４ ５ １－０ ７ １ ２ ２ ０ １ ２ ０ ４－０ ０ ２ ６－０ ４ 中图分类号 ： Ｕ ４ ４ ２ ． ３ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：
复杂群桩基础冲刷计算方法研究
［ ］ １
但对其 冲 刷 机 理 和 局 部 冲 刷 特 性 研 究 计大量采用 ， 还有所欠缺 。 （ ） 关于群桩局部冲刷公式推导的技术思路 ， 美 ２ 国现行规范的群桩局部冲刷公式和其技术思路是用 群桩 相 连 的 等 效 实 体 桩 乘 以 群 桩 的 间 距 校 正 系
２］ 。 而我国现行规范所推荐的群桩局部冲刷 公式 数［
６］ 。 横向冲刷联动作用 ［
。
利用水槽试验对桩群横向 （ 纵向 ） 相对间距大小
４］ 和王智 对阻力 系 数 的 影 响 进 行 研 究 。 以 周 华 兴 ［
辉
பைடு நூலகம்［ ５］
的 试 验 结 果 为 代 表 性 成 果， 分别对纵向排列
折减系数 ＫＬ 和横向 排 列 影 响 系 数 ＫＢ 进 行 了 试 验 研究 。 １ ． １ 圆桩横向排列阻力系数研究 试验 观 测 表 明 ， 随着群桩的横向排列相对间距 的减小 ， 桩群断面 前 的 水 位 有 所 提 高 ， 流 速 降 低， 桩 并 出 现 较 大 漩 涡。 在 桩 群 断 群断面后的水 位 降 低 ， 面附近水流变化很大 ， 局部坡降也加大 ， 流速增加 ， 阻 ／ 力系数也增加 。 当群桩横向排列的相对 间 距 Ｂ ＞ 流速增加对阻力 系 数 的 影 响 不 是 太 大 ， 横 ８ １ ０ 时， ～ ／ 群桩 向影响系数也趋于 １ ． ０。 而当 Ｂ ０时， ＜８～１ 的存在对水流的影响显著 ， 桩前水位壅高明显 ， 水位 坡降较大 ， 阻力系数上升迅速 。 １ ． ２ 圆柱纵向排列阻力系数研究 试验结果表明 ， 当两桩纵向排列间距较小时 ， 后 水流脉动强度较大 ， 频 桩柱处在前桩柱的漩涡区内 ， ／ 由于后桩柱阻 力 显 著 下 降， 因 率高 。 在 Ｌ ＜６ 时 ， 而平均 阻 力 下 降 也 较 为 显 著 ； 当后桩柱处在前桩 柱 ／ 的 漩 涡 之 外 时， 即Ｌ 后桩柱的阻力向上较 ＞６ 时 ， 快， 因而平均阻力也随之上升 ； 然而当两桩间距增大 ／ ， ／ ， 到一定值后 ， 圆柱桩为 Ｌ 方桩为 Ｌ 两 ０ Ｂ＞１ ５ ＞１ 。 桩的阻力趋于稳定 ， 纵向排列折减系数 ＫＢ → １ ． ０ ２ 规则群桩局部冲刷形态和冲刷深度的研究 为了 与 复 杂 排 列 桩 群 的 成 果 进 行 比 较 ， 先采用 方形和矩 形 桩 群 进 行 桩 柱 规 则 排 列 的 桩 群 冲 刷 试 验， 使研究成果具有普遍意义并适用于一般情况 。
［ ３］
２ ． １ 规则布设桩群局部冲刷横向形态特征 横向桩柱间冲深变幅较小 ， 即使 试验结果表明 ： 在发生明显冲刷的 迎 水 面 前 ５ 列 ， 其横向最大冲深 与最小冲深的变幅为 １ ３ ． ７％ ～２ ５ ． ５％ 。 ２ ． ２ 规则布设桩群纵向局部冲刷形态特征 规则 排 列桩 群 顺 水流 的 纵 向 冲 刷 特征 表 现 为： 桩群纵向冲刷呈迎 水 面 深 背 水 面 浅 的 基 本 形 态 ， 最 大冲刷区域均位于迎水面第 １ 列 。 迎水面第 １ 列至 桩群中部为由深变 浅 的 过 渡 区 ； 桩群中部至中后部 为浅冲区和淤积堆 高 区 ； 背水面附近形成冲幅较小 的二次冲刷区 。 由于贴近两侧最外排桩柱的水流离 开桩群背水面时具 有 相 互 归 拢 的 特 性 ， 因此在桩群 两侧最外排桩间呈浅 中部至中后部的浅 冲 堆 高 区 ， 冲状态 ， 而横向向内各排均呈淤积堆高状态 。 ２ ． ３ 桩群最大冲深位置 桩群最大冲深位置与桩柱排列有关 。 试验表明 桩柱规则排列的桩群最大冲深点始终处在迎水面第 且不受桩群纵向长度（ 即列数） 变化的 １ 列桩脚处 ， 影响 。 ３ 复杂群桩局部冲刷机理和冲刷特性研究 复杂 群 桩 冲 刷 兼 有 群 桩 纵 向 排 列 、 横向排列和 纵向 斜交排列的综合 冲 刷 机 理 和 效 应 。 其 中 包 括 ， 掩蔽作用 、 纵向冲 刷 联 动 作 用 、 横 向 阻 力 增 大 作 用、
是以单桩 （ 单桩 宽 ） 作 为 参 照 物， 桩 群 系 数 Ｋｍ 的物 φ 理意义相当于墩形 系 数 ， 虽然两种公式的计算结果 基本接近 ， 但从公式推导的技术思路来看 ， 美国规范 中公式的推导技术思路比较合理 。 （ ） 公式的边界条件不尽合理 ， 为了对两国现行 ３ 规范推荐公式进行评比 ， 化解两推荐公式 ， 并按统一 由大量试验 结构式以进行评比 。 公式的结构统一后 ， “ 成果可知 ， 群桩综合系 数 ” 两个规 Ｋｇ １ ． ５～１ ． ９， ｒ≈ 范公式存在一定 的 偏 差 。 因 此 ， 我国行业规范的式 （ ） 和式 （ 中引入的“ 桩 群 系 数” ６ ５ ２ ６ ５ １） ＫｍΦ 的 计 算 － － 公式边界条件有待进一步完善 。 同时两公式的结
３ ． １ 冲刷形态和冲刷特性 纵向冲刷河床的形态特 为探 讨 复 杂 群 桩 横 向 、 征， 试验按纵向桩群 数 目 分 为 方 形 桩 群 布 置 和 矩 形 桩群布置两部分 进 行 。 对 比 试 验 结 果 表 明 ， 复杂群 桩的局部冲刷形态和最大冲深位置均与规则群桩有 所不同 ， 主要反映在 最 大 冲 刷 区 不 在 桩 前 区 而 在 桩 最大冲刷深度也略有增大 。 群内部 ， ３ ． ２ 复杂群桩冲刷特性 （ ） 复杂群桩的 局 部 冲 刷 形 态 和 最 大 冲 深 位 置 １ 均以规则排列群桩有所不同 。 试验结果表明规则排 列群桩最大冲深发 生 在 第 １ 列 桩 的 前 沿 ， 而复杂群 桩（ 梅花形排列 ） 的最大冲深区域位于纵 向 第 ３～ 第 最深点大多集中 发 生 在 第 ４～ 第 ５ 列 附 近 ， 不 ７列， 受桩群纵向长度 （ 即列数 ） 变化的影响 。 （ ） 在同样水流泥沙和边界条件下 ， 复杂群桩的 ２ 最大冲刷 深 度 略 大 于 规 则 排 列 群 桩 的 最 大 冲 刷 深 大概为规则排列群桩 度 。 复杂群桩的最 大 冲 深 度 ， 最大冲深的 １ ． １ ４～１ ． ２ ２倍。
周泳涛１， 高正荣２， 鲍卫刚１
（ ） 中交路桥技术有限公司 北京市 １ 南京水利科学研究院 南京市 ２ １． ０ ０ ０ ２ ９；２． １ ０ ０ ２ ９
摘 要 ： 为研究公路桥梁群桩基础的冲刷计 算 ， 根据我国现有公路桥梁群桩基础的现状， 详细分析、 研究各类 流态、 流速分布以及泥沙运动性态。研究结果表明， 在复杂布设群桩条件时， 群桩布设情况下的河流的阻力特性、 存在四种冲刷机理： 纵向掩蔽作用、 纵向冲刷联动作用、 横向阻力增大作用和横向冲刷联动作用。并根据该研究结 果， 修订完善目前我国行业标准《 公路工程水文勘测设计规范》 中， 桥墩非黏性土的局部冲刷计算公式中边界条件 不合理部分， 在原公式中仅考虑群桩横向排列影响系数的基础上， 进一步提出同时考虑群桩横向和纵向排列的综 合影响系数。并用实桥数据进行验证后， 提出了复杂群桩基础冲刷计算的推荐公式。这一结论使原有冲刷计算公 从而能运用于复杂群桩基础的冲刷计算 。 为非黏性土群桩基础的局部 冲 刷 计 算 提 供 有 价 值 的 参 考 式更加趋于合理， 依据 。 关键词 ： 公路桥梁 ； 复杂群桩基础 ； 试验研究 ； 冲刷计算 ； 水文分析 ； 计算
复杂群桩基础冲刷计算方法研究 ０ １ ２ 年 第 ４ 期 周泳涛等 ： ２
— ２ ７ —
构中均未考虑群桩纵向桩列对局部冲刷的影响 ， 也未 考虑群桩纵横不均匀的复杂布设对局部冲刷的影响 。 １ 阻力特性研究 群桩的阻力特性研究是桩基间水流结构和冲刷 一方面由于桩 机理研究的基础 。 水 流 通 过 桩 基 时 ， 基阻力的影响 ， 流 速 将 减 小； 另 一 方 面， 又因桩柱体 流速将增大 。 此外 ， 由 的存在而使得过水断面缩小 ， 于桩的存在 ， 水流还会形成漩涡 ， 桩基内的水流流态 十分复杂 。 上述各项水流运动机理均会对桩基间水 流结构和泥沙冲淤 产 生 重 要 影 响 ， 而群桩流场的变 化主要源自阻力的变化 ； 因此 ， 在探讨群桩桥墩的冲 首先着重探讨群桩阻力的变 刷机理和冲刷特性 前 ， 化和特性
。
（ ） 对群桩引起的局部冲刷和冲刷机理 ， 特别是 １ 纵横不均匀的复杂 布 设 群 桩 ， 已为现代高桩桥基设
收稿日期 ： ２ ０ １ ２－０ ３－２ ０
檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｔ ｃ ｌ ｏ ｓ ｕ ｒ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍ ｏ ｄ － － ｅ ｌ ． Ｂ ｏ ｔ ｈ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ ｌ ｏ ａ ｄ ａ ｎ ｄ ｂ ｅ ｄ ｌ ｏ ａ ｄ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｃ ｏ ｕ ｒ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ｏ ｄ ａ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｓ ｈ ａ ｒ ｅ ｕ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ － ｐ ｐ ｐ ｄ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｅ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｍ ｅ ｓ ｔ ｅ ｂ ｓ ｏ ｌ ｖ ｉ ｎ ｍ ｅ ｓ ｈ ｍ ｏ ｖ ｉ ｎ ｅ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍ － ｙ ｐ ｙ ｇ ｇ ｑ ａ ｒ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｆ ｒ ｏ ｍ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ． Ｇ ｏ ｏ ｄ ａ ｒ ｅ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ． ｐ ｇ ｇ ｐ ｊ ｐ ｇ ： ； ；ｎ ；ｄ Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｓ ｃ ｏ ｕ ｒ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｍ ｅ ｓ ｈ；ｓ ｃ ｏ ｕ ｒ ｄ ｅ ｔ ｈ ｙ ｐ ｙ
特大洪水所引起桥墩的局部冲刷是桥梁冲毁的 罪魁祸首 ， 因此研究 桥 墩 的 局 部 冲 刷 对 于 桥 梁 的 稳 定性及工程的 安 全 性 至 关 重 要 。 目 前 ， 跨江大桥的 建设已经进入一个 飞 速 发 展 的 阶 段 ， 涉及群桩桥墩 为确保大桥稳定 ， 有必要 基础的局部冲刷相当频繁 ， 对桥墩周围的水流以及局部冲刷机制做进一步的系 统研究 。 国内外对一般桥墩的局部冲刷预测已经进入较 高的水平 ， 并取得了一系列理论研究成果和工程实践 经验 。 但在群桩引起的局部冲刷和冲刷机理 、 局部冲 刷公式技术思路和公式的边界条件等三个方面仍有 进一步提高的空间 。 我国和美国按两种技术思路 ， 分 提出 别针对稳定流作用下简单布设群桩的局部冲深 ， 了 预 测 公 式， 但总体来说对群桩基础局部冲刷的预 测， 目前尚属初级阶段 ， 在以下三个方面亟待提高
Ｈ Ｉ ＧＨＷＡＹ Ａ ｒ ． ２ ０ １ ２ Ｎ ｏ ． ４ ｐ
（ ） ０ ４ ５ １－０ ７ １ ２ ２ ０ １ ２ ０ ４－０ ０ ２ ６－０ ４ 中图分类号 ： Ｕ ４ ４ ２ ． ３ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：
复杂群桩基础冲刷计算方法研究
［ ］ １
但对其 冲 刷 机 理 和 局 部 冲 刷 特 性 研 究 计大量采用 ， 还有所欠缺 。 （ ） 关于群桩局部冲刷公式推导的技术思路 ， 美 ２ 国现行规范的群桩局部冲刷公式和其技术思路是用 群桩 相 连 的 等 效 实 体 桩 乘 以 群 桩 的 间 距 校 正 系
２］ 。 而我国现行规范所推荐的群桩局部冲刷 公式 数［
６］ 。 横向冲刷联动作用 ［
。
利用水槽试验对桩群横向 （ 纵向 ） 相对间距大小
４］ 和王智 对阻力 系 数 的 影 响 进 行 研 究 。 以 周 华 兴 ［
辉
பைடு நூலகம்［ ５］
的 试 验 结 果 为 代 表 性 成 果， 分别对纵向排列
折减系数 ＫＬ 和横向 排 列 影 响 系 数 ＫＢ 进 行 了 试 验 研究 。 １ ． １ 圆桩横向排列阻力系数研究 试验 观 测 表 明 ， 随着群桩的横向排列相对间距 的减小 ， 桩群断面 前 的 水 位 有 所 提 高 ， 流 速 降 低， 桩 并 出 现 较 大 漩 涡。 在 桩 群 断 群断面后的水 位 降 低 ， 面附近水流变化很大 ， 局部坡降也加大 ， 流速增加 ， 阻 ／ 力系数也增加 。 当群桩横向排列的相对 间 距 Ｂ ＞ 流速增加对阻力 系 数 的 影 响 不 是 太 大 ， 横 ８ １ ０ 时， ～ ／ 群桩 向影响系数也趋于 １ ． ０。 而当 Ｂ ０时， ＜８～１ 的存在对水流的影响显著 ， 桩前水位壅高明显 ， 水位 坡降较大 ， 阻力系数上升迅速 。 １ ． ２ 圆柱纵向排列阻力系数研究 试验结果表明 ， 当两桩纵向排列间距较小时 ， 后 水流脉动强度较大 ， 频 桩柱处在前桩柱的漩涡区内 ， ／ 由于后桩柱阻 力 显 著 下 降， 因 率高 。 在 Ｌ ＜６ 时 ， 而平均 阻 力 下 降 也 较 为 显 著 ； 当后桩柱处在前桩 柱 ／ 的 漩 涡 之 外 时， 即Ｌ 后桩柱的阻力向上较 ＞６ 时 ， 快， 因而平均阻力也随之上升 ； 然而当两桩间距增大 ／ ， ／ ， 到一定值后 ， 圆柱桩为 Ｌ 方桩为 Ｌ 两 ０ Ｂ＞１ ５ ＞１ 。 桩的阻力趋于稳定 ， 纵向排列折减系数 ＫＢ → １ ． ０ ２ 规则群桩局部冲刷形态和冲刷深度的研究 为了 与 复 杂 排 列 桩 群 的 成 果 进 行 比 较 ， 先采用 方形和矩 形 桩 群 进 行 桩 柱 规 则 排 列 的 桩 群 冲 刷 试 验， 使研究成果具有普遍意义并适用于一般情况 。
［ ３］
２ ． １ 规则布设桩群局部冲刷横向形态特征 横向桩柱间冲深变幅较小 ， 即使 试验结果表明 ： 在发生明显冲刷的 迎 水 面 前 ５ 列 ， 其横向最大冲深 与最小冲深的变幅为 １ ３ ． ７％ ～２ ５ ． ５％ 。 ２ ． ２ 规则布设桩群纵向局部冲刷形态特征 规则 排 列桩 群 顺 水流 的 纵 向 冲 刷 特征 表 现 为： 桩群纵向冲刷呈迎 水 面 深 背 水 面 浅 的 基 本 形 态 ， 最 大冲刷区域均位于迎水面第 １ 列 。 迎水面第 １ 列至 桩群中部为由深变 浅 的 过 渡 区 ； 桩群中部至中后部 为浅冲区和淤积堆 高 区 ； 背水面附近形成冲幅较小 的二次冲刷区 。 由于贴近两侧最外排桩柱的水流离 开桩群背水面时具 有 相 互 归 拢 的 特 性 ， 因此在桩群 两侧最外排桩间呈浅 中部至中后部的浅 冲 堆 高 区 ， 冲状态 ， 而横向向内各排均呈淤积堆高状态 。 ２ ． ３ 桩群最大冲深位置 桩群最大冲深位置与桩柱排列有关 。 试验表明 桩柱规则排列的桩群最大冲深点始终处在迎水面第 且不受桩群纵向长度（ 即列数） 变化的 １ 列桩脚处 ， 影响 。 ３ 复杂群桩局部冲刷机理和冲刷特性研究 复杂 群 桩 冲 刷 兼 有 群 桩 纵 向 排 列 、 横向排列和 纵向 斜交排列的综合 冲 刷 机 理 和 效 应 。 其 中 包 括 ， 掩蔽作用 、 纵向冲 刷 联 动 作 用 、 横 向 阻 力 增 大 作 用、
是以单桩 （ 单桩 宽 ） 作 为 参 照 物， 桩 群 系 数 Ｋｍ 的物 φ 理意义相当于墩形 系 数 ， 虽然两种公式的计算结果 基本接近 ， 但从公式推导的技术思路来看 ， 美国规范 中公式的推导技术思路比较合理 。 （ ） 公式的边界条件不尽合理 ， 为了对两国现行 ３ 规范推荐公式进行评比 ， 化解两推荐公式 ， 并按统一 由大量试验 结构式以进行评比 。 公式的结构统一后 ， “ 成果可知 ， 群桩综合系 数 ” 两个规 Ｋｇ １ ． ５～１ ． ９， ｒ≈ 范公式存在一定 的 偏 差 。 因 此 ， 我国行业规范的式 （ ） 和式 （ 中引入的“ 桩 群 系 数” ６ ５ ２ ６ ５ １） ＫｍΦ 的 计 算 － － 公式边界条件有待进一步完善 。 同时两公式的结
３ ． １ 冲刷形态和冲刷特性 纵向冲刷河床的形态特 为探 讨 复 杂 群 桩 横 向 、 征， 试验按纵向桩群 数 目 分 为 方 形 桩 群 布 置 和 矩 形 桩群布置两部分 进 行 。 对 比 试 验 结 果 表 明 ， 复杂群 桩的局部冲刷形态和最大冲深位置均与规则群桩有 所不同 ， 主要反映在 最 大 冲 刷 区 不 在 桩 前 区 而 在 桩 最大冲刷深度也略有增大 。 群内部 ， ３ ． ２ 复杂群桩冲刷特性 （ ） 复杂群桩的 局 部 冲 刷 形 态 和 最 大 冲 深 位 置 １ 均以规则排列群桩有所不同 。 试验结果表明规则排 列群桩最大冲深发 生 在 第 １ 列 桩 的 前 沿 ， 而复杂群 桩（ 梅花形排列 ） 的最大冲深区域位于纵 向 第 ３～ 第 最深点大多集中 发 生 在 第 ４～ 第 ５ 列 附 近 ， 不 ７列， 受桩群纵向长度 （ 即列数 ） 变化的影响 。 （ ） 在同样水流泥沙和边界条件下 ， 复杂群桩的 ２ 最大冲刷 深 度 略 大 于 规 则 排 列 群 桩 的 最 大 冲 刷 深 大概为规则排列群桩 度 。 复杂群桩的最 大 冲 深 度 ， 最大冲深的 １ ． １ ４～１ ． ２ ２倍。
周泳涛１， 高正荣２， 鲍卫刚１
（ ） 中交路桥技术有限公司 北京市 １ 南京水利科学研究院 南京市 ２ １． ０ ０ ０ ２ ９；２． １ ０ ０ ２ ９
摘 要 ： 为研究公路桥梁群桩基础的冲刷计 算 ， 根据我国现有公路桥梁群桩基础的现状， 详细分析、 研究各类 流态、 流速分布以及泥沙运动性态。研究结果表明， 在复杂布设群桩条件时， 群桩布设情况下的河流的阻力特性、 存在四种冲刷机理： 纵向掩蔽作用、 纵向冲刷联动作用、 横向阻力增大作用和横向冲刷联动作用。并根据该研究结 果， 修订完善目前我国行业标准《 公路工程水文勘测设计规范》 中， 桥墩非黏性土的局部冲刷计算公式中边界条件 不合理部分， 在原公式中仅考虑群桩横向排列影响系数的基础上， 进一步提出同时考虑群桩横向和纵向排列的综 合影响系数。并用实桥数据进行验证后， 提出了复杂群桩基础冲刷计算的推荐公式。这一结论使原有冲刷计算公 从而能运用于复杂群桩基础的冲刷计算 。 为非黏性土群桩基础的局部 冲 刷 计 算 提 供 有 价 值 的 参 考 式更加趋于合理， 依据 。 关键词 ： 公路桥梁 ； 复杂群桩基础 ； 试验研究 ； 冲刷计算 ； 水文分析 ； 计算
复杂群桩基础冲刷计算方法研究 ０ １ ２ 年 第 ４ 期 周泳涛等 ： ２
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构中均未考虑群桩纵向桩列对局部冲刷的影响 ， 也未 考虑群桩纵横不均匀的复杂布设对局部冲刷的影响 。 １ 阻力特性研究 群桩的阻力特性研究是桩基间水流结构和冲刷 一方面由于桩 机理研究的基础 。 水 流 通 过 桩 基 时 ， 基阻力的影响 ， 流 速 将 减 小； 另 一 方 面， 又因桩柱体 流速将增大 。 此外 ， 由 的存在而使得过水断面缩小 ， 于桩的存在 ， 水流还会形成漩涡 ， 桩基内的水流流态 十分复杂 。 上述各项水流运动机理均会对桩基间水 流结构和泥沙冲淤 产 生 重 要 影 响 ， 而群桩流场的变 化主要源自阻力的变化 ； 因此 ， 在探讨群桩桥墩的冲 首先着重探讨群桩阻力的变 刷机理和冲刷特性 前 ， 化和特性
。
（ ） 对群桩引起的局部冲刷和冲刷机理 ， 特别是 １ 纵横不均匀的复杂 布 设 群 桩 ， 已为现代高桩桥基设
收稿日期 ： ２ ０ １ ２－０ ３－２ ０
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特大洪水所引起桥墩的局部冲刷是桥梁冲毁的 罪魁祸首 ， 因此研究 桥 墩 的 局 部 冲 刷 对 于 桥 梁 的 稳 定性及工程的 安 全 性 至 关 重 要 。 目 前 ， 跨江大桥的 建设已经进入一个 飞 速 发 展 的 阶 段 ， 涉及群桩桥墩 为确保大桥稳定 ， 有必要 基础的局部冲刷相当频繁 ， 对桥墩周围的水流以及局部冲刷机制做进一步的系 统研究 。 国内外对一般桥墩的局部冲刷预测已经进入较 高的水平 ， 并取得了一系列理论研究成果和工程实践 经验 。 但在群桩引起的局部冲刷和冲刷机理 、 局部冲 刷公式技术思路和公式的边界条件等三个方面仍有 进一步提高的空间 。 我国和美国按两种技术思路 ， 分 提出 别针对稳定流作用下简单布设群桩的局部冲深 ， 了 预 测 公 式， 但总体来说对群桩基础局部冲刷的预 测， 目前尚属初级阶段 ， 在以下三个方面亟待提高