桥梁墩台偏斜冲刷试验研究.pdf

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广西水利水电GXWATERRESOURCES&HYDROPOWERENGINEERING2OLO(5)·试验研究·桥梁墩台偏斜冲刷试验研究曾有凤，李景瑞，蒋海艳，宋丽，张顺(广西大学土木建筑工程学院，广西南宁530004)[摘要】针对偏斜度、阻水比、单宽流量对桥梁墩台最大冲刷深度的影响，进行模型试验，并对搜集到的试验数据进行整理分析。主要结论是：在桥梁墩台存在偏斜度的情况下，按投影折算方法计算的最大冲刷深度值比试验值大5％左右，且偏斜度越大，偏差越大。通过对广西南宁至百色高速公路上9座大桥最大冲刷深度的计算值和试验值进行对比分析，验证了试验成果的正确性，为此建议对规范中冲刷深度的计算公式做适当修正。[关键词】偏斜冲刷；试验研究；偏斜度；阻水比；单宽流量[中图分类号]U442．39；U443．22[文献标识码】B[文章编号]1003—1510(2010)05—0011—04在桥梁建设中，桥梁墩、台冲刷计算是最主要1．2试验布置的，也是核心的内容之一，其准确与否直接关系到工本试验通过长201"11，宽0．29m，低坡i：0的程的安全与经济问题。现阶段，学者对桥轴线与水矩形玻璃水槽模拟河槽，采用几何比尺|=lI=250模流方向正交情况下的冲刷深度计算研究比较深入，拟天然的孔径和墩径进行断面模型试验。在河槽中已形成了计算规范供工程设计单位使用，但在实际心布置桥墩，并于断面两侧设置桥台，在矩形玻璃水工程中，由于公路走线的需要，往往出现桥轴线与水槽中以不同的偏斜度模拟各种斜交桥方案，试验平流方向呈斜交的情况，这方面的冲刷试验研究目前比面布置见图1。水槽中上下游段为定床段，试验段较少，其墩、台冲刷计算只能是根据投影折算后按正为动床段，试验段铺设平均粒径为1．418rnnl的砂交的情况进行，其结果必然与客观情况不符，最终也石，厚度为10cin，纵断面如图2所示。影响到桥梁工程建设的安全与经济问题。因此，有必要针对桥梁偏斜情况下的冲刷问题进行试验研究，以／掌握其冲刷变化规律，为工程设计提供依据与参考。，煎旦．，1试验方案设计与布置1．1试验方案设计f根据桥梁工程中的实际情况，设计如下试验方案：图1桥墩平面布置示意图给定偏斜度，砂石平均粒径为20mm，墩型设为圆形截面柱式墩，进行以下试验：(1_)在设计单宽流量下(分别为52．98、6O．78、68．93m2／S)，研究不同阻水比(分别为5％、7％、10％、15％、20％)对桥梁墩台最大冲刷深度的影响；(2)改变偏斜度(分别为10。、20。、30。、45。)，重复以上试验内容。图2试验水槽纵断面示意图[收稿日期】20104)9-07[基金项目】国家大学生创新性实验计划项目(091059306)[作者简介】曾有凤(1987一)，女，四川内江人，广西大学在读本科生，水利水电工程专业。11 曾有风，李景瑞。蒋海艳，等：桥梁墩台偏斜冲刷试验研究2试验结果与分析2．1试验最大冲刷深度与偏斜度关系分析按照前述设计方案，逐个进行试验。进行每组根据试验所得数据，选取阻水比为7％作为代试验前，将流量由小逐渐增加到设计流量，并在该流表绘制最大冲刷深度h。与偏斜度关系曲线(见图量下进行冲刷试验，每组试验冲刷时间为3h，此时3)，由图3可知最大冲刷深度随偏斜度增大而减小认为冲刷坑已趋于稳定，并测量冲刷坑深度，测得的且几乎呈线性关系。数值即冲刷平衡状况下的最大冲刷深度。2．950图例2．900-0-7=52．98m／s-2．850=、、＼＼时hs的试验值z．sO0＼＼、-．j．-,7=60．75m2／s＼＼＼时h。的试验值凳2．750＼嚼2．70068．93a’／s＼、、二时h。的试验值2．650●--I偏斜度0／‘图3阻水比=7％时最大冲刷深度h。与偏斜度0的关系曲线2．2试验最大冲刷深度与规范计算值对比分析正式计算局部冲刷深度，得出最大冲刷深度h。将试验所测得的最大冲刷深度按几何比尺换算=h+hb—Hz(Hz为平均水深)。将最大冲刷深度成原型尺寸，并通过投影折算到正交情况的方法，根的试验值与计算值进行列表分析，表1．5分别为阻据<公路工程水文勘测设计规范>[1】中公式64—2简水比=5％、7％、1096、1596、20％时3种不同单宽化式计算一般冲刷后最大水深h和公式65—2修流量下最大冲刷深度h。的计算值与试验值对比。表1阻水比A=5％时最大冲刷深度h。的计算值与试验值对比表单宽流量52．9860．7868．93q／(m2／s)偏斟度口／’】O203o451O2O3O45lO203o45表2阻水比A=7％时最大冲刷深度h。的计算值与试验值对比表 广西水利水电GXWATERRI2K)URCES&HYDROFOWERENGINEERING2010(5)表4阻水比A=15％时最大冲刷深度h。的计算值与试验值对比表表5阻水比=2o％时最大冲刷深度h。的计算值与试验值对比表(1)当阻水比=5％时最大冲刷深度h。的68．93m2／S、阻水比在5％一10％范围内：偏斜度0=计算值与试验值偏差1．22％一5．75％，当阻水比入=10。时，最大冲刷深度h。的计算值与试验值偏差7％时最大冲刷深度h。的计算值与试验值偏差1．22％一3．47％；偏斜度0=20。时，最大冲刷深度h。1．74％-8．04％，当阻水比入=10％时最大冲刷深度的计算值与试验值偏差2．16％一5．55％；偏斜度0=h。的计算值与试验值偏差2．93％一11．03％，当阻水30。时，最大冲刷深度h的计算值与试验值偏差比入=15％时最大冲刷深度h。的计算值与试验值偏2．98％一8．09％；偏斜度0=45。时，最大冲刷深度h。差14．27％一25．07％，当阻水比=20％时最大冲刷的计算值与试验值偏差5．30％一11．03％。深度h。的计算值与试验值偏差34．32％-41．46％。因此，当阻水比在10％以下且桥梁以斜交形式跨河3实际工程论证时(实际工程中阻水比多在10％以下)，最大冲刷深针对实际工程中广西南宁至百色高速公路上度h的试验值比计算值小5％左右；当阻水比大于9座大桥在百年一遇流量下，计算所得的最大冲刷10％时，最大冲刷深度的计算值比试验值大30％深度与本试验成果进行综合对比分析验证(见表左右；6)，得到存在偏斜度的情况下，最大冲刷深度的计(2)随着偏斜度的增大，最大冲刷深度h。的算值比试验值大5％左右，验证了上述结论的正计算值与试验值偏差越大。单宽流量在52．98—确性。13 曾有风，李景瑞，蒋海艳，等：桥梁墩台偏斜冲刷试验研究4结语计时，考虑到工程的安全性与经济性问题，除计算外(1)最大冲刷深度随偏斜度增大而减小且几有必要通过模型试验加以验证；(4)通过水工模型试验得出的以上规律，能够乎呈线性关系；(2)当桥梁阻水比在10％以下并且以斜交形真实地反映偏斜度、阻水比、流量等因素对桥梁墩台式跨河时，桥墩的最大冲刷深度比以正交形式跨河最大冲刷深度的影响规律，其试验结果对于类似结时的最大冲刷深度小5％左右，并通过实际工程中构的设计具有重要的参考价值。此类关于桥梁墩台坛百高速公路上9座大桥验证了该结论的正确性。冲刷深度的模型试验研究将为山区大角度斜交桥的当阻水比大于10％时，最大冲刷深度的计算值比试选线及设计积累资料，对今后山区桥梁墩台埋设深验值大30％左右；度设计有指导意义。(3)桥梁墩台存在偏斜度的实际工程中，通过致谢：本项目得到了莫崇勋副教授和孙桂凯讲师的投影折算按正交情况计算的最大冲刷深度值与实际指导和帮助，在此表示感谢!值不符，计算值普遍偏大。因此，建议对规范中桥梁墩台冲刷深度计算公式做适当修正，并且在进行阻参考文献[1]JTGC30—2002，公路工程水文勘测设计规范[s]．水比大于10％的特殊工程的桥梁墩台埋设深度设(责任编辑：周群)SkewscouringtestandstudyofbridgepiersandabutmentsZENGYou—feng，LIJing-rui，JIANGHai—yan，SONGLi，ZHANGShun(ArchitectureandCivilEnginee渤gSchofGuaJ1g)(iU_niverSity，Nanning530004，China)Abstract：Inviewoftheefectofskewangle，proportionofbackwateranddischargeperunitwidthonthemax。imumscouringdepthofbridgepiersandabutments，modeltestwasconductedandtheresultsoftestwerestud．ied，renderingtheconclusionsthatwhenbridgepierorabutmenthasskewangle，themaximumscouringdepthcalculatedbyprojectionreductionmethodisapproximately5％greaterthanthetestdata；andthegreatertheskewangleis，thegreaterthedifferencewillbecome．TakingtheninebridgesontheexpresswayfromBaisetoNanningaSsamples，comparisonWasmadebetweenthecalculatingvaluesandtestingdata，whichconfirmstheaccuracyoftestingresults．Itisalsosuggestedtomakecertainrevisiontothe~ouringdepthcalculationformulaasstipulatedinStandard．Keywords：Skewscouring；testandstudy；skewangle；proportionofbackwater；dischargeperunitwidth14