第六章桥梁墩台冲刷
第六章 桥墩和桥台冲刷
v0 5.39h0.14d 0.36
（6-1-4）
第一节 泥沙运动
当水深为1m时，绘制起动流速v0与粒径d的关系曲线如图6-3，在d＝ 0.15mm附近，起动流速都有个最小值。该值右侧，起动以克服重力为 主，起动流速随粒径的增大而增大；该值左侧，起动以克服粘结力为 主，起动流速随粒径的减小而增大。当d≥2mm时，粘结力作用可以忽 略不计；当≤0.02mm时，重力作用可以忽略不计。
第一节 泥沙运动
对于河槽内处于运动状态的泥沙，根据颗粒粗细及其来源又分为床沙质 和冲泻质两类。 床沙质：某一河段来自上游的泥沙中，一部分颗粒较粗，在床沙的组成 中大量存在，可以认为它们直接来自上游的河床，并与本河段床沙有交 换现象，这一部分泥沙就称为床沙质。 冲泻质：另一部分颗粒较细的泥沙，在床沙的组成中只有少量存在或根 本不存在，可以认为它们来自流域的表面冲蚀，随水流冲泻而下，沿程 与床沙无交换现象，并且也很少沉积，称为冲泻质。 床沙质与冲泻质的颗粒粗细也是相对的，随着水流条件及河流形态的改 变，也将互相转化。床沙质、冲泻质和悬移质、推移质，是对运动中的 泥沙的两种分类，不可混淆。 床沙质直接参与造床作用，是河床演变的主要影响因素，而冲泻质的影 响则很小。对于桥梁上下游，因水流急剧变化，引起河床变形和墩台附 近的冲刷，起主要作用的是推移质和床沙；颗粒很细的悬移质泥沙，对 长河段的河床演变才起主要作用。
g
vk——起动流速(m/s)； ω——泥沙沉速(m/s)； γ，γs——分别为水和泥沙的容重。
第一节 泥沙运动
五、含沙量和挟沙能力
含沙量(g)：单位体积内水流中所含悬移质的质量，单位是kg/m3。 挟沙能力：在一定的水力条件和边界条件下单位体积的水流能挟带泥 沙的最大数量(质量)，成为水流的挟沙能力，单位是kg/m3。它是一个 临界值，包括推移质和悬移质全部泥沙数量，并且随着水流和边界条 件的不同而时刻变化。
Chapter06-桥梁墩台冲刷计算
1.2 大中桥设计一般规定
2 桥下一般冲刷深度
一般冲刷深度hp：一般冲刷停止时的桥下铅直水深。（河 床在一般冲刷完成后从设计水位算起的 某一垂线水深。） 一般冲刷深度计算现主要按经验公式计算，常用 有64－1公式、64－2公式和包尔达可夫公式。 2.1 无粘性土河床 A） 河槽 当河槽断面流速等于冲止流速时，桥下一般冲 刷随即停止，且一般冲刷深度达到最大。
Qt Qt Qc
QP
htp－桥下河滩一般冲刷深 度； htm－河滩最大水深； h t －河滩平均水深； L tj－河滩桥孔净长； Qtp－桥下河滩部分的计算 流量; H1 －非粘性土壤水深为 1m的容许不冲刷流速 , 查表 6－2；
2.2 粘性土河床
塑性指数
粘性土：平均粒径小于0.05mm的泥沙。
h－桥下断面平均水深；
－桥孔侧收缩系数；
随着一般冲刷的发展，桥下各垂线处的单宽流量有向深槽集中 趋势，且河槽越宽浅，越不稳定，单宽流量的集中趋势越强和偏大， 即实际最大单宽流量将大于上计算值。
q pm qm ax
QcP hm ax L j h
0.15
2.2 粘性土河床 《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30－2002 推荐公式
河槽
hcp
Q h cp m ax Lcj h 1 0.33 IL
5 3
5 3
6 7
5 8
5 3
B H
－单宽流量集中系数;
H －平滩水位时的河槽平均水深； B－平滩水位时的河槽宽度；
非粘性土河床冲止流速
z E d hP
1 6
第六章_冲刷计算
称为一般冲刷。
随着一般冲刷的发
ZS
展，河床不断刷深，桥
下断面逐渐扩大，过水
断面面积不断增大。
随着桥下断面的扩大，流速相应降低，水流挟沙 能力也随之降低。当流速降低到不能继续冲刷河床时， 冲刷即趋于停止了。此时，桥下过水断面最大，一般 冲刷的深度也达到最大。
表示方法：
通常用一般冲刷 停止时桥下的垂线水
挟沙能力也随着降低。当断面扩大到使流速降到Qb2 ≈ Qb1 ，输沙平衡，桥下一般冲刷就停止了，此时，桥 下过水断面最大，水深也达到最大。
来沙： 单宽输沙率： 断面输沙率： 排沙：
qb1 1V14
Qb1
B1qb1
B11V14
B11
(
Q1 B1h1
)4
单宽输沙率：
qb2
V4
22
断面输沙率： Qb2
式中，VH1为河滩水深为1m时非粘性土容许不冲刷流 速，与河滩泥沙组成有关，可查表6-1。
5
hP
QtP
LtjVH
1
( hmt ht
)
5
3
6
(6 9)
式中，Ltj为桥下河滩部分桥孔净长； QtP为桥下河滩部分通过的设计流量；
QtP
Qt Qc Qt
QP
QtP
tCt
n
ht
QP
(iCi hi )
qs Aqmax
(6 3)
A称为单宽流量集中系数。
A 0.15 ( B )0.15
H
(6 4)
稳定河段：A=1.0~1.2；次稳定河段：A=1.3~1.4；不稳
定河段：A=1.5~1.7，最大不超过1.8。
冲止流速：
Vs
Ed h 1 6
现代水文学浅析桥墩局部冲刷
现代水文学浅析桥墩局部冲刷摘要: 本文通过对现有的桥墩冲刷防护方法和防护桥墩周围冲刷的方案和辅助措施分析，查阅了关于桥墩局部冲刷特征及冲刷机理的研究方法，分析了桥墩特征、流体特征等因素对桥墩局部冲刷的影响，最后总结出了有效的防冲刷保护措施。
关键词:桥墩冲刷冲刷机理保护措施引言：桥墩冲刷是一种普遍存在的现象，由于桥墩冲刷影响因素众多，对于冲刷研究也是最近几年的热门课题。
一些偶然性的水文现象和水流的不稳定问题对于桥墩破坏都具有决定性影响。
桥墩局部冲刷一直是冲积性河流中桥墩失稳和桥梁水毁的主要原因。
多年来的研究和实践证明，桥墩局部冲刷具有突发性、灾难性，可导致桥墩的移位、沉陷，桥面的断裂、变形，甚至整座桥梁突然坍塌。
一直以来，很多学者都致力于桥墩局部冲刷机理的研究，取得了显著的成果。
因此，结合已有成果对桥墩周围的水流结构、冲刷的发展过程、以及冲刷坑深度的影响因素的研究现状进行了详尽的介绍，并对未来的研究方向进行了展望。
处理桥墩局部冲刷的传统方法目前尚不完善这些方法包括在桥墩基础周围采用铺填块石或柔性沉排。
有些情况下可采用在桥墩固定刚性护圈的方法以减少冲刷的可能。
本文旨在回顾现有方法的有效程度,同时评价冲刷防护的新方法。
1.桥墩局部冲刷的特征桥墩周围水流结构主要包括墩前向下水流、墩前水面涌波和尺度很大的漩涡体系。
漩涡体系是一种综合水流结构，其中包括在墩前冲刷坑边缘形成的绕桥墩两侧流向下游的马蹄形漩涡、桥墩两侧水流分离引起的尾流漩涡。
漩涡体系在墩后及两侧还不断地由床面附近释放出小漩涡，向水面发展[2]。
绕桥墩周围扩散的马蹄形漩涡的两翼，在尾流漩涡释放时，任何一侧每释放一个尾流漩涡，就出现一个低压中心，牵动马蹄形漩涡区内的流体做横向摆动。
当尾流漩涡发展到下游时，马蹄形漩涡体系则向后退入冲刷坑内。
这样，随着尾流漩涡的释放，马蹄形漩涡不断地进行着横向、竖向和前后摆动。
2.桥墩局部冲刷的机理由于水流通过圆柱体时加速,造成平头墩的侧翼形成较高的流速。
第六章桥梁墩台冲刷
桥下河槽
桥下河滩
三、根据别列柳伯斯基假设建立的公式 E.B.包尔达克夫根据别氏假设认为：桥下流速达到天然河槽 平均流速时，桥下冲刷即停止，而且同一垂线处、冲刷后的 水深与冲刷前的水深成正比，又称为包尔达克夫公式，适应 于稳定性河段的河槽。 1、河槽土质均匀时
---冲刷前的面积
2、河槽土质不均匀时
河床演变是指： 河道在天然情况下或 受人工因素的影响下 所发生的变化。
能化会河来处当
力，改床沙于上
相变变就量输游
适化水产与沙来
应的流生水平沙
，趋条相流衡量
使势件应挟状与
河是，冲沙态水
床 保 持 相 对 平 衡 。
尽 量 使 上 游 来 沙 量 与 水 流 挟 沙
从 而 引 起 水 流 挟 沙 能 力 的 变
---上游天然断面单宽输沙率
---桥下断面单宽输沙率
将上式带入输沙率公式得： 1964年甘城道将上式改写成：
见表6-3-1
---系数
---桥下河槽最大水深
---造床流量时的最大水深和平均水深
---单宽流量集中系数 ---系数，一般取0.216~~0.243 1984~1990进一步简化为
---该式被称为64-2简化公式，用于沙质河床 ---桥下河槽通过的流量
H
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
桥下河床冲刷计算，是确定墩台基础埋深的重要依据。
河床变形分为三类： 1. 河道自然变化引起，称为自然冲刷； 2. 桥渡束狭水流，增加单宽流量所引起的全断面冲刷，称 一般冲刷，用h p 表示； 3. 由桥墩阻水使水流结构变化，在桥墩周围发生的冲刷， 称局部冲刷，用h b表示。
裸露的黄河河床—沙纹
沙波运动是水流强度达到一定强度后，推移质运动的集体形式 此时，床面起伏不平的波浪形态，是推移质运动的主要形态。
桥梁墩台冲刷病害及加固方法的分析
倾 斜 或桥 梁 的垮 塌 。文 章 综述 了河 流 冲刷 对桥 梁病 害机 理 及相 关理论 ， 结合 某 桥桥墩 的冲刷 病害 实例 ， 介 绍 了其采用 的冲刷 防护加 固措施 并评估 了其加 固效果 。 关键 词 ： 冲刷 ； 桥梁； 病 害； 加固
附近局 部流 场 ， 从而 增 大 了河床 剪 力 ， 导致 河床 的局部 冲 刷 。局 部冲 刷则 通常 会 造成 桥梁 基础 （ 桥 墩 和桩 基 ）
以及桥 台的侵 蚀破 损 ，是 导致 桥 梁水 毁破 坏 的主 要 原 因。 一 般冲刷 是指 河道 收缩 断面 的冲刷 。 桥 孔上 游水流 急剧 流过桥 孔 会造 成 下游 断 面束 缩 。当桥 孔 的有 效过 水断 面面积 变 小 时 ， 水 流流 速 急剧 增 大 ， 此 时 冲刷 最 为 强烈 。当这段 水流 继续流 向下 游后 ， 河道 断面 恢复到 正
侧 向河岸 的缓 慢侵 烛 。短 期 型演 变冲 刷 是指 在较 短 时
图 １ 河 流 冲刷 形 态 分 类
德数 ；
自然演 变冲 刷 主要 是 由于 超 限开 采泥 沙 或者 河道 输 沙不 平衡 所 形成 ；并 非 是水 工 结构 建造 物 导致 的冲 刷 。根 据 时间尺 度将 自然演 变 冲刷 可 以分 为 长期 型演 变 冲刷 和短 期 型演 变冲 刷 。长 期 型演 变冲 刷 指在 较长 时问 区 间内 ， 水 流对 既 有河 床 的冲 刷 ， 主要 是 泥沙 的堆 积 搬运 、河 川 Ｉ 的 自然侵 烛 及长 期 的河 道蜿 蜒 与摆 动对
刷 问题分解 为一 般冲刷 、 自然 演变冲 刷与局 部冲 刷 ， 冲
Chapter06-桥梁墩台冲刷计算解析
z E d hP
Q cP hp 1 6 L j E d
3 5
hmax h
Q2－桥下河槽部分通过的设计流量，m / s,当桥下河槽能扩宽至全桥时取用Q p ; Q P －频率为P％的设计流量，m 3 / s； Qc －天然状态下河槽部分设计流量，m 3 / s； Qt1 －天然状态下桥下河滩部分设计流量，m 3 / s； Bcj－桥下河槽部分桥孔过水净宽，m，当桥下河槽扩宽至全桥时，取全桥桥孔过水净宽； hcm－河槽最大水深，m； hcq－桥下河槽平均水深，m；
Hydrology of Bridge & Culvert
Chapter 6 桥梁墩台冲刷计算
PhD / Professor
Mingwu WANG
School of Civil Engineering Hefei University of Technology
Chapter 6 桥梁墩台冲刷计算
则由输沙平衡方程
Q 1 1 Bh 1 1
4
G1 G2
令
4
h 2 hP
Q2 B 2 1 (1 ) B2 hP
(1 ) B 2
64－2公式
Q 1 1 Bh 1 1
Q2 B 2 (1 ) B2 hP
1 6
A Lj h
QcP AC hi
i q h L j n
则
L j i
5 3
n
h
5 3
QcP
i 5 3 qmax hmax n
hmax h
5 3
QcP hmax qmax q h L j
桥梁墩台冲刷计算讲解课件
结果分析
对计算结果进行分析，评 估其对桥梁安全性的影响 。
04
冲刷计算实例分析
工程实例选择
选择具有代表性的桥梁墩台
在选择工程实例时，应选择具有代表性的桥梁墩台，如承受 较大流速、水位变化明显、河床地形复杂等条件的墩台。
考虑不同类型墩台
和稳定性。
未来研究方向及发展前景
未来冲刷计算的研究方向将更加注重数 值模拟和实验研究相结合，探索更加准
确和实用的计算方法和模型。
随着人工智能和大数据技术的发展，冲 刷计算将更加智能化，能够实现自动化 设计和优化，提高桥梁工程的设计效率
和安全性。
未来冲刷计算将更加注重与环境、生态 等领域的交叉研究，探索更加环保和可
随着河流流速的增加、极端天气的频发，墩台冲刷问题日益突出，对桥梁的安全性 能构成严重威胁。
针对墩台冲刷问题，开展准确的计算和分析是保障桥梁安全运行的重要手段。
冲刷对桥梁墩台的影响
冲刷会导致墩台基础 松动，降低其承载能 力。
冲刷会加速墩台腐蚀 ，缩短其使用寿命。
冲刷会导致墩台失稳 ，产生倾斜或倒塌等 危险。
常用冲刷计算公式介绍
• 参数说明：d为冲刷深度，V为水流速度，g为重力加速度，b为 渠宽，w为水深。
常用冲刷计算公式介绍
01
02
03
04
公式三：钱宁公式
定义：适用于黏性土壤的临界 流冲刷计算。
公式形式：d = (V^2 / g) * (4 / (r * w))^(1/3)
参数说明：d为冲刷深度，V 为水流速度，g为重力加速度 ，r为土壤内摩擦角，w为水
公式形式
d = (1/n) * (V^2 / g)^(1/3)
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
桥墩局部冲刷是桥梁中一种比较常见的损坏形式，它可能会严重影响桥梁的稳定性和安全性。
因此，针对桥墩局部冲刷机理以及采取防护措施是十分必要的。
桥梁水流冲刷引起的桥墩局部冲刷，主要由沉积物和腐蚀作用共同引起的，当水的流速较快时，沉积物在此作用下会落入桥墩底部，逐渐形成淤泥，随着时间的推移，淤泥也会逐渐加厚，当厚度到达一定程度的时候，桥墩底部底板会因为地基承载量的减少而受到承压，并产生局部屈曲变形，从而导致桥墩局部冲刷。
针对桥墩局部冲刷，可以采取以下几种技术措施来防护：
①降低桥墩基础底座水位，进行墩台改造；
②在桥墩内安装淤积物排水孔，并定期清洗；
③在淤泥沉积地点安装波浪屏蔽墩，增加墩端的后护距离；
④安装加固墙等护坡结构；
⑤调整船舶航行线路，避免船只运动在墩台底部，切忌超载运行。
综上所述，通过对桥墩局部冲刷机理的分析以及采取多种防护措施，可以有效地减少桥墩局部冲刷，保证桥梁安全稳定可靠地运行。
桥涵水文-6桥梁墩台冲刷及基础埋置深度
桥涵水文Hydrology of Bridge and Culvert桥梁墩台冲刷计算及基础埋深第六章（桥涵水力计算）第一节桥下一般冲刷计算第二节桥墩局部冲刷计算第三节桥台冲刷计算第四节基础埋深计算为了使设计洪水在桥下安全通过，不但要有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且桥梁墩台基础还必须有足够的埋置深度。
桥下冲刷直接影响着桥墩台的基础埋置深度，要保证桥梁安全，就必须将墩台基础放置在可靠的地基上。
进行冲刷计算的目的是要找最大冲刷深度，决定不被冲走的地基面的标高。
一、桥下冲刷的组成1.自然演变冲刷z定义：河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下，自然发育过程造成的冲刷现象，称为河床自然冲刷。
z常见自然演变冲刷现象：河床逐年下切、淤积、边滩下移、河湾发展变形及截弯取直、河段深泓线摆动及一个水文周期内，河床随水位、流量变化而发生的周期性变形，以及人类活动(如河道整治、兴修水利等）都会引起河床的显著变形，桥位设计时都应予考虑。
z计算方法：关于河床自然演变冲刷深度，目前尚无成熟的计算方法，一般多通过调查或利用桥位上、下游水文站历年实测断面资料统计分析确定。
对于各种河床的自然演变冲刷，在河流动力学和河道整治的有关书籍中，有一些计算方法可供参考。
但由于影响河床演变的因素很多，又极其错综复杂，难以得到可靠的计算结果。
目前在实际的工作中，主要是通过实地调查或参考类似河流的观测资料，结合河段的特点和整治规划，估计建桥后可能发生的河床变形，作为桥梁墩台的自然（演变）冲刷，进行设计。
具体做法，可以参阅《公路工程桥涵水文勘测设计规范》。
2.一般冲刷建桥后，由于桥孔压缩河床，桥下过水面积减小，从而引起桥下流速的增大，水流携沙能力也随之增大，造成整个桥下断面的河床冲刷。
这一冲刷过程，称为桥下断面的一般冲刷。
3.局部冲刷水流因受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷现象叫局部冲刷。
在桥墩的前缘与两侧形成冲刷坑。
三种冲刷交织在一起，同时进行。
计算时假定它们独立地相继进行，可分别计算，最后叠加。
桥涵水文课件5桥梁墩台冲刷计算教材共24页文档
谢谢！
桥涵水文课件5桥梁墩台ຫໍສະໝຸດ 刷 计算教材41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
6_桥涵水文第六章桥墩和桥台冲刷
本节课到此结束！
第五节 桥台冲刷
一 桥台绕流的水流结构 桥台附件的水流由主流区，下游回流区和上游滞流
区三部分组成。
第五节 桥台冲刷
一 桥台绕流的水流结构
第五节 桥台冲刷
一 桥台绕流的水流结构
第五节 桥台冲刷
一 桥台绕流的水流结构 桥台上下游的流速分布如下：
第五节 桥台冲刷
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
二按冲止流速建立的公式
1.沙性土河槽的一般冲刷
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
二按冲止流速建立的公式
1.沙性土河槽的一般冲刷---（64-1公式）
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
二按冲止流速建立的公式
2.沙质河滩的一般冲刷
沙质河滩内，有推移质运动，冲刷过程中又有上 游来沙的补偿。随着一般冲刷的发展，桥下各垂 线处的单宽流量将进行再分配。有向深水垂线集 中的趋势，河槽越宽浅、越不稳定，单宽流量的 集中趋势越强。
流速小于v0 的冲刷为清水冲刷，大于v0 的为动床冲 刷。
第四节 桥墩的局部冲刷
冲刷深度与行近流速关系
根据模型试验和观测资料可知，桥墩局部冲刷深度 与涌向桥墩的流速V有关。
当V逐渐增大到一定数值时，桥墩迎水面两侧的泥 沙开始被冲走而产生冲刷，此时涌向桥墩的垂线平 均流速称为墩旁床沙的起冲流速v’0。
第四节 桥墩的局部冲刷
65-2公式
第四节 桥墩的局部冲刷
65-2公式
65-2公式 第四节 桥墩的局部冲刷
第四节 桥墩的局部冲刷
65-2修正公式 修正公式：
hbKKB10.60h0.15d0.068vv0vv'0 '0n
d为冲刷层内泥沙平均粒径
6_桥梁下部结构解析
桥涵水文基础知识
（2）装配式斜交板桥
主钢筋沿斜跨径方向配置， 分布钢筋在钝角角点之间的范 围内与主钢筋垂直，在靠近支 承边附近，其布置方向则与支 承边平行。
装配式钢筋混凝土斜板上部构 造标准图中，斜跨跨径为3m、4m、 5m、6m。斜交角分 25°、30°、 35°、40°、45°、50°、55°、 60°等，预制板在垂直于行车方向 的板宽为99cm，板厚20-48cm。
施工方便：工序少，架设方便，在
多孔简支梁桥中，由于各跨构造和 尺寸划一，因此可简化施工管理工 作，降低施工费用 受力特点：相邻桥孔各自单独受力 适用：地基较差的桥址上
桥涵水文基础知识 2、连续梁桥
超静定结构：基础不均匀沉降造成附 加应力产生，对基础要求高 受力：节点负弯矩的产生，减小跨中 正弯矩，减少跨中建筑高度 结构：刚度大，变形小，动力性能号， 挠度小
桥涵水文基础知识
钢筋布置方案 第一种方案：当斜交角为25-35°
时，主钢筋沿斜跨方向布置，分
布钢筋按平行于支承边方向布置。 第二种方案：钢筋布置同前页 方案。 方向与 支承边 相垂直
除了底层要布置垂直于支承边的加强 钢筋以外，还要在顶层布置于钝角的 二等分线相垂直的加强钢筋
桥涵水文基础知识
第三节 简支梁桥的构造
特点：抗弯惯矩大、抗扭刚度大、受 力比较均匀、施工或者运输时 稳定性好 适用：大跨度桥梁
桥涵水文基础知识 二、按静力体系划分 1、简支梁桥
构造简单：最易设计为各种标准跨径 的装配式结构； 受力简单：梁中只有正弯矩，适用T 形截面，体系温度变化、混凝土收
缩徐变、张拉预应力等均不会在梁
中产生附加内力； 静定结构：结构内力不受地基变形 的影响，对基础要求低
箍筋：直径不小于8mm切不小于主筋直径1/4，间距不大于梁高的1/2和
桥墩冲刷防护分析及措施
桥墩冲刷防护分析及措施2019-07-07作者简介：栾正伟（1990—）男，汉族，郑州⼤学⽔利与环境学院，⽔利⽔电⼯程专业马骕（1988—）男，汉族，郑州⼤学⽔利与环境学院，⽔利⽔电⼯程专业摘要：桥墩冲刷是桥墩设计的关键环节，其对桥渡的破坏多突发性和偶然性。
⽂章通过对桥墩局部冲刷特征及冲刷机理的研究。
分析了桥墩特征、流体特征等因素对桥墩局部冲刷的影响，并提出了有效的防冲刷保护措施。
关键词：局部冲刷；冲刷分析；流体特征；防护措施桥墩冲刷是桥墩设计的关键环节，由于桥墩冲刷影响因素众多，难以较准确地预估，加之随着⽔⽂现象的变化，其对桥渡的破坏多突发性和偶然性。
所以⽬前桥墩冲刷研究仍具有重要意义。
⼀、桥墩局部冲刷特征（⼀）桥墩局部冲刷的概念桥梁建成后，除了河床的⾃然演变外，还有由于桥墩⼲扰⽔流和泥沙的运动⽽引起的河床冲刷，它们交织在⼀起同时进⾏.冲刷过程⾮常复杂。
为了便于研究和计算，常把桥墩的最⼤冲刷深度分为独⽴的三个部分：⾃然演变引起的冲刷、⼀般冲刷和局部冲刷，并假定它们相继发⽣进⾏。
由于桥墩阻流产⽣的⽔流冲击和涡流作⽤，在桥墩周围分离出三维边界层，从⽽产⽣具有⾼紊动和⾼流速特性的局部⽔流，引起旋涡并向下游传播和发展，产⽣很⼤的床⾯切⼒，在桥墩周围形成的局部河床变形称为桥墩局部冲刷。
（⼆）桥墩绕流冲刷的特征桥墩周围⽔流结构主要包括墩前向下⽔流、墩前⽔⾯涌波和尺度很⼤的漩涡体系。
漩涡体系是⼀种综合⽔流结构。
其中包括在墩前冲刷坑边缘形成的绕桥墩两侧流向下游的马蹄形漩涡（horseshoe vortex）、桥墩两侧⽔流分离引起的尾流漩涡（wake vortex）。
漩涡体系在墩后及两侧还不断地由床⾯附近释放出⼩漩涡，向⽔⾯发展。
绕桥墩周围扩散的马蹄形漩涡的两翼，在尾流漩涡释放时.任何⼀侧每释放⼀个尾流漩涡，就出现⼀个低压中⼼，牵动马蹄形漩涡区内的流体做横向摆动。
当尾流漩涡发展到下游时，马蹄形漩涡体系则向后退⼊冲刷坑内。
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五 含沙量和挟砂能力 含沙量—单位体积内水流中所含悬移质的质量，kg/m3
在一定条件和边界条件下，单位体积的水流能够挟带泥沙 的最大数量或质量(包括推移质和悬移质)，称为水流的挟 砂率。
六 河床的粗化
在冲刷河段内，床沙 中的细颗粒被水流冲 走，上游来沙中的粗 颗粒泥沙慢慢沉下来， 这样，河床表面层的 泥沙粒径逐渐增大， 形成自然铺砌的现象， 称为河床的粗化。
泥沙类型
悬移质 推移质 床沙
泥沙运动
第六章桥梁墩台冲刷
泥沙运动
第六章桥梁墩台冲刷
一、 泥沙的主要特性
1 几何特性
粒径d
用等容粒径表示
粒径级配曲线
平均粒径d和中值粒径d50
粒配曲线：表示天然沙颗粒组成的曲线 .绘制过程：取样→烘干→筛分→称重 →点线→求各种特征值 .曲线坐标：半对数坐标
第六章桥梁墩台冲刷
第六章桥梁墩台冲刷
第六章桥梁墩台冲刷
二 河床演变的基本概念
河床演变是水流与河床 不断相互作用的过程， 在这一过程中，泥沙运 动是纽带。任一河段在 特定水流条件下有一定 挟沙能力。
河床演变是指： 河道在天然情况下或 受人工因素的影响下 所发生的变化。
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能化会河来处当
力，改床沙于上
1、山区河流常具有宽窄相间的外形，洪水期峡谷进口、 悬移质在上游宽阔段内大量落淤。非汛期宽阔段“走沙”时 冲刷外移的泥沙，在进入下游峡谷段时，由于水深流缓，大 部分在峡谷段淤积。（例：澜沧江）
2、弯曲型河流，由于两岸受山崖阶地的钳制，自由活动 的余地较小，河床蠕动只能顺着河谷方向平移。
3、分汊河流的江心州和心滩位置较固定，以两汊居多。 4、河床卵石运动在时间分布上具有明显的不连续性。同 时，卵石的输沙率有很大的波动。 5、沿程有不少溪沟入汇，在沟口发育形成冲积扇，其伸 人干流部分成为溪口滩（例） ，既影响河床的演变又影响航运。
第六章桥梁墩台冲刷
澜沧江阿达箐滩
第六章桥梁墩台冲刷
平原河流的河床演变 主要表现：多呈现周期性的往复变形、平面上的摆动， 冲淤变形速度快、幅度大
第六章桥桥梁墩台冲刷
第六章桥梁墩台冲刷
第六章桥梁墩台冲刷
第六章桥梁墩台冲刷
第六章桥梁墩台冲刷
第六章桥梁墩台冲刷
•都天庙凹冲凸淤，且速度均快 •和畅洲头冲尾淤，江心洲不断下移，但头冲快而尾淤慢 •主流线不断左移引起凹岸冲刷，下移引起和畅洲头崩坍后退
相变变就量输游
适化水产与沙来
应的流生水平沙
，趋条相流衡量
使势件应挟状与
河是，冲沙态水
, ,
床尽从淤能河流
保量而变力床挟
持使引化不保沙
相上起。适持能
对游水河应相力
平来流床水对互
衡沙挟变流稳相
。量沙化
适
第六章桥梁墩台冲刷
河床演变是水流、泥沙与河床相互作用的反映。
• 河流存在两个反馈系统： (1)水流挟带泥沙，泥沙的存在又影响水流结构； (2)水流作用于河床，使河床发生变化，河床形态反过来又影 响流速分布。
• 它们相互依存，相互影响，又相互制约。 水流与河床的相互作用是通过河流中泥沙的冲刷、搬运和
堆积而实现的，泥沙在其中起着纽带作用。 当流速增加，组成河床的泥沙遭到冲刷，使河床降低或
拓宽； 当流速减小，水中挟带的泥沙沉积于河床上，使河床抬
高或束窄，河床就会发牛相应的变化。
第六章桥梁墩台冲刷
山区河流河床演变特性
粘粒项
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张瑞瑾公式和费玉清公式在计算起动流速时的差别
C0
C g
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三 沙波运动 沙质河床的床面泥沙在水流作用下，泥沙起动后出现推移质运 动，形成床面沙波。当Fr很小时，仅出现沙纹；当Fr增大到一 定程度，沙纹成长为沙垄；水流强度再增大，则变为沙丘。
裸露的黄河河床—沙纹
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沙波运动是水流强度达到一定强度后，推移质运动的集体形式 此时，床面起伏不平的波浪形态，是推移质运动的主要形态。
第六章桥梁墩台冲刷
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四 推移质输沙率
沙波运动是推移质运动的主要形式，而推移质输沙率 的大小则反映推移质运动的强烈程度。
2 重力特性
用容重 s 表示
3 水力特性
用沉速 (cm/s)表示
单颗粒泥沙在静止的无限大的清水水体中匀速下沉的速度(cm/s)。
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二、 泥沙的运动 泥沙的起动—在水流推动下，床面泥沙颗粒由静止开始运动。 起动流速---床面泥沙颗粒在各种外力作用下，失去平衡，泥
沙开始运动时的水流垂线上的平均流速 。
第六章桥梁墩台冲刷
推移质输沙率是单位时间内在过水断面单位河槽宽度上，通 过的推移质的质量，用 表示，单位是kg/s.m
窦国仁德推移质输沙率公式
gb C k002 ss(0)g3
式中
---系数，一般取0.01 ---谢才系数，无量纲， ---起动流速 ---泥沙沉速 ---水和泥沙的容重
第六章桥梁墩台冲刷
0
0
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张瑞瑾起动流速公式：
0(d h)0.1(42d 90.00001d 00 0 .70h2)0 6.5 05
重力项
粘粒项
流速换算项
当d≥2mm时，该式变为： 05.309.1hd40.36
费玉清起动流速公式：
0[0 重力项.d4 0. 7 3 1 5 .1 （ 0d .e 7 )]0 .5流h 速0 换.2 算项
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第二节 河床演化和河相关系
一 副流 由于过水断面形状的改变或河槽的影响，伴随着主流，在 水流内部形成一种尺度较大的旋转流动，这种从属于主流 而存在的旋转流动称为副流。
副流
立轴副流(回流) 平轴副流(滚流) 顺轴副流(螺旋流)
第六章桥梁墩台冲刷
河相关系： 水流与河床长期相互作用使河流朝着平衡的方向发展，当其 处于平衡或准平衡状态时，河床形态与流域来水、来沙条件 和河床边界条件之间存在着的密切关系。
第六章 桥墩和桥台冲刷
第一节 泥沙运动 第二节 河床演变和河相关系 第三节 一般冲刷
第五节 桥台冲刷 第六节 最低冲刷线高程
第六章桥梁墩台冲刷
第一节 泥沙运动
要研究泥沙运动规律，首先应了解泥沙的基本特性，它包括： 1.几何特性：泥沙颗粒的形状、大 小及群体泥沙的组合特性 2.重力特性：泥沙颗粒的容重与淤积泥沙的干容重 3.水力特性：泥沙颗粒的沉降速度