海湾大桥桥墩局部冲刷经济性探究

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1、海湾大桥桥墩局部冲刷经济性探究　　摘要：本文以赤道几内亚Mbini海湾大桥为例，以我国现行规范中的桥墩局部冲刷计算公式为依据，通过计算冲刷深度与实际测量数据对比，对设计桩基长度以及桩径进行调整，节省施工费用。结果表明：桥墩非粘性土冲刷公式中65-1修正式计算结果与实际测量冲刷深度偏差较大。说明现有规范在海湾这样的复杂环境下计算冲刷已经不再适宜，需要对海湾洋流冲刷做进一步研究。关键词：海湾大桥；局部冲刷；模型试验；经济性中途分类号：O141.4文献标识码：A文章编号：前言Mbini大桥位于赤道几内

2、亚大陆部分的中部MELE河的入海口，桥梁全长1057米，主要控制点为北岸起点为Bolondo,南岸为MBINI(见下图)。5Wele河为常年流入大西洋的天然河流，入海口处河宽大于1000米，桥址处河宽800米左右，河流南部航道处水深可达12米，河口地区潮汐与大西洋相同，大潮时河水能达到河堤顶。桥位下游200米处在最低水位时水深不足1.7米且有大量河滩裸露，大潮时水深不足4.0米。河水在落潮时呈浅酱色(向上游其水的颜色渐变深)，在涨潮时河水呈蓝色(为倒灌的大西洋水)，根据已有资料，河水对混凝土有侵

3、蚀性，在场地的渡口码头，混凝土和混凝土中的钢筋已严重腐蚀，结构已严重损坏倒塌。大桥地质情况较为复杂，两岸地质情况较好，基岩埋置较浅，中间河段为一个海沟，地质比较差。国内局部冲刷研究现状桥墩局部冲刷深度与墩前行进流速、墩宽、墩形、水深、流沙粒径等因素有关。1964年，我国公路、铁路部门根据我国各类河段52座桥梁99站年的实桥观测资料和模型试验资料，制定了65-2、65-1局部冲刷计算公式。按照我国《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2002）规定，非粘性土河床桥墩局部冲刷可以按65-2式、

4、65-2修正式、65-1修正式公式计算。本文以65-1修正式为例计算：当V≦V0时hb=KξKη1B10.6(V0-V0’)当V>V0hb=KξKη1B10.6(V0-V0’)((V-V0’)/(V0-V0’))n1式中：hb为桥墩局部冲刷深度，m;Kξ为墩形系数；Kη1为河床颗粒影响系数；B1为桥墩计算宽度，m，n1为指数，V为一般冲刷后墩前行进流速，m/s，V0为河床泥沙起动流速，m/s，V0’为墩前泥沙起动流速，m/s。桥梁概况5Mbini大桥主桥跨径为120+120m，独塔双索面预应力混

5、凝土斜拉桥，全长240m，平面位于直线上。结构形式采用塔梁墩固接的刚构体系，桥宽13.0m，下横梁以上塔高59.947m，为倒Y型桥塔。主塔承台为哑铃型，承台高度为4.0m，平面尺寸为2-11.2mx11.2m，两承台之间采用系梁连接，系梁顺桥向宽5.0m。主塔基础采用钻孔嵌岩桩，桩底嵌入微风化泥岩层，桩径2.0m，共计2x9根对称布置，桩尖嵌入微风化岩层深度不小于10m。引桥为预制组合T梁结构。基础采用柱式墩、桩基础。引桥位置地质情况比较差。根据实际水文地质条件引桥桥墩局部冲刷计算结果分析5根

6、据计算结果引桥桥墩的局部冲刷深度为11.41m，此数据与现场试验数据差距比较大，现场采用钢护筒作为模型试验，在阴历的初一、十五大潮时做现场试验测得的数据是冲刷深度落潮最大，冲刷深度为1.5米,平潮时0.8米(与下钢护筒时水底标高相比较)。按照国内规范设计桩长时不但要加上冲刷深度，还要考虑冲刷深度内墩柱的自重，最后计算最长桩长达到了78米，由于地质情况比较差，桩基施工有难度，就需要扩大桩基直径。由于赤几物质匮乏，所有的物质都要靠进口解决，结合下游200米处河床沙坝的影响，最后决定设计冲刷深度按照6

7、米计算，这个设计变更为项目节省了2200万人民币的施工费用，大大节省了施工成本，产生了很好的经济效益。在基础工程完工以后又对实际的冲刷深度做了不间断的观察，结果和模型试验数据一致。说明模型试验和实测值相关性较好，说明模型试验结果具有较好的参考性。局部冲刷影响因素分析近20年来，国内外研究机构通过试验，对潮流作用下的最大冲刷深度得出了两种不同倾向的结果和解释。一类认为潮流作用下的最大冲刷深度小于单向流作用下的最大冲刷深度，另一类解释为潮流和单向流作用下的最大冲刷基本一致。通过Mbini大桥的实例本

8、人更倾向与前者。最大冲刷深度不仅取决于流速，还取决于冲沙坑内输沙量的变化、沙粒粒径、海湾洋流作用、海水与河水交接地带形成的密度差对流速的影响、河流上游河湾的大小也会对冲刷产生影响。结论桥梁的破坏大多数是由于洪水冲刷严重或者基础埋深不足引起的。因此研究桥墩的局部冲刷对于桥梁的稳定性至关重要。尤其最近十几年来，在沿海潮汐河口修建了很多大型、特大型的桥梁，桥墩受径流和潮流两方面不同周期变化的影响，水文和河床变形十分复杂，加之桥梁跨度大，桥墩结构类型多等因素，目前还没有见到计算潮流作用下桥墩局部冲刷深度