桥墩基础局部冲刷研究

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1、http://www.paper.edu.cn桥墩基础局部冲刷研究徐金环，戈国庆河海大学交通学院海洋学院，南京（210098）摘要：泰州大桥位于长江下游江苏省扬中河段，跨越扬中市太平洲左右两汊，工程河段河床变化较频繁，水流条件复杂。大桥建成后，桥墩使得附近水域的水流条件发生改变，从而波坏了原有的水流和河床间的动态平衡，使桥墩周围的水下地形产生较大变化，最终达成河床与水流、泥沙之间新的平衡状态。文章主要以泰州大桥为例，通过对矩形沉井桥墩基础、圆形沉井桥墩基础和墩桩基础局部冲刷坑以及流速的对比研究，为桥墩设计方案的选择提供理论依据。关键词：矩形沉井，圆形沉井

2、，基础，冲刷深度，局部冲刷中图分类号：U657.21.引言长江上跨江大桥的建造日趋增多，长江流域河床形态和地质条件复杂各异，洪季水猛流急，且由于桥梁水毁大多是由桥梁冲刷引起的，因此对桥墩局部范围内水文泥沙的研究也就成为桥梁设计的重要课题，而桥墩周围局部冲刷深度则是桥梁基础设计的重要参数。影响局部冲刷坑的因素有很多，河床形态、地质条件、来流来沙量等。本文主要论述采用不同桥墩结构形式的桥墩基础对局部冲刷坑的影响。一般来说最大冲深应在产生于桥墩轴线迎水面中心位置，但在水流与桥墩轴线有交角的情况下以及由于桥墩结构形式、尺寸的不同，不仅冲刷最大深度会发生变化而且最

3、大冲刷坑的位置也会发生相应变化。2.工程概况拟建泰州公路大桥位于长江下游江苏省扬中河段，跨越太平洲左右两汊，首尾有五峰山和鹅鼻咀两个重要天然节点，中间又有上天生港和禄安洲两节点扼守，平面河势呈藕节状,河势见图1。扬中河段的五峰山～界河口上段属太平洲弯曲分汊河段，其间包含太平洲、落成洲、禄安洲、炮子洲等江心洲。扬中河段左汊为主汊，江宽水深，多年来分流比维持在90％左右；右汊为支汊，窄浅弯曲。左汊上段至天生港由两个弯道组成，呈反“S”型，其中嘶马弯道为上弯道，小决港以下为下弯道。嘶马弯道（自三江营至高港灯标凸咀）受五峰山山体岩石岸壁的挑流作用，长江主流进入太

4、平洲左汊，在弯道环流作用下顶冲左岸。左汊江中落成洲在三江营处再次将河道分为左右两级汊道，二级左汊为主汊，二级右汊为支汊，河宽约500m，分流比约为14％[1]。-1-http://www.paper.edu.cn图1泰州公路大桥桥址位置河势图扬中河段河道的平面形态特点是河道弯曲、汊道众多。水流泥沙运动既受上游径流和下游潮汐的双重动力作用，又受河段地形条件多变的的影响，是长江下游河道水流泥沙运动特性极为复杂的河段。3.桥墩结构型式根据永安洲北桥位处水文、河床地质条件，并结合考虑防止船舶撞击力的影响，桥墩基础设计了矩形沉井基础、圆形沉井基础和桩墩基础三种主要

5、结构型式。矩形沉井基础为三排十二孔型，其平面尺度为44.1m×58.2m的矩形结构，沉井外壳厚1.6m，隔仓厚1.4m，沉井高度88m。上部沉井封顶混凝土承台厚为5m，承台平面尺度为50.4m×64.5m，顶面标高为6m，下部封底混凝土厚10m，沉井底标高为－82m。承台顶面对称设置四墩座连接索塔结构，每个墩座平面尺度5m×6.2m，顶面标高8m，具体见图2。图2沉井基础结构图圆形沉井基础下部沉井外围直径为64m，沉井外壳厚1.8m，圆内设13.7m×13.7m方形-2-http://www.paper.edu.cn隔仓，隔仓厚1.4m，沉井高度76m。

6、上部沉井封顶混凝土承台厚为5m，承台直径为73m，顶面标高为6m，下部封底混凝土厚11m，沉井底标高为－70m。承台顶面对称设置四墩座连接索塔结构，每个墩座平面尺度5m×6.2m，顶面标高8m，具体见图3。图3圆形沉井基础结构图桩墩基础为由140根桩组成的群桩基础，桩的横向间距为6.5m，纵向间距为7.2m（桩中心间距），桩底高程为－109.0m，每根钻孔桩直径为2.8m，桩长105m，桩的上部设置防撞钢护筒直径3.0m。上部承台采用圆端方形，厚度为10.0m，下接2.5m厚混凝土桩帽，承台平面尺度为71.0m×99.6m，顶面标高为6.0m，具体结构见

7、图4。图4墩桩基础结构图4.物理模型设计4.1模型概况本次物理模型深入研究永安洲北桥位双塔悬索桥型方案矩形沉井基础、圆形沉井基础和桩墩基础分别在三百年一遇和二十年一遇水情条件下的桥墩极限冲刷问题。模型平面布置长44m，宽4m。中间14m长设置为桥墩冲刷动床河段，垂直铺设模型沙深度0.5m，一次铺设模型沙约28m3。两端设置自动制式翻转尾门，恒定流试验时用手动式控制，非恒定流试验-3-http://www.paper.edu.cn时由计算机实行自动控制，其余模型段为试验过渡段，用于调节、平稳模型水流。4.2系列模型延伸法桥墩冲刷是一个复杂的三维水流泥沙运动

8、问题，大桥桥墩屹立江中，阻挡了部分长江主流，形成中流砥柱。长江主流在绕过桥墩时又