橋涵水文橋墩沖刷的檢測(cè)監(jiān)測(cè)和防護(hù)

1、橋涵水文第次研討會(huì)- 橋墩沖刷檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和防護(hù)專題名： 業(yè)：道路橋梁與渡河工程號(hào)：完 成 日 期：橋涵水文第二次研討會(huì) - 橋墩沖刷檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和防護(hù)專題 摘要：橋墩沖刷是造成橋梁毀壞的主要原因之一， 研究橋墩沖刷 的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)和防護(hù)十分必要。為此，在三個(gè)部分分別簡(jiǎn)要分析了常 用的手段方法和一些新興的方向， 并結(jié)合具體事例予以說(shuō)明， 其中監(jiān) 測(cè)手段主要介紹了超聲監(jiān)測(cè)、 時(shí)域反射系統(tǒng)和光纖布拉格光柵傳感器 監(jiān)測(cè)；檢測(cè)部分主要介紹了潛水、攝像和水下機(jī)器人檢測(cè)；防護(hù)方面 主要介紹了主動(dòng)防護(hù)法中的防護(hù)板、 阻砂檻和被動(dòng)防護(hù)的拋石防護(hù)法 及其改進(jìn)。關(guān)鍵詞： 橋墩沖刷、監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、防護(hù)。0 引言沖刷是水流對(duì)

2、河床的沖蝕淘刷過(guò)程 , 是組成河床的泥沙顆粒被水 流沖走, 致使河底高程降低或河岸后退的過(guò)程。沖刷是導(dǎo)致橋梁水毀 的一個(gè)重要原因 , 世界各國(guó)每年都有許多橋梁因洪水的沖刷而毀壞。 橋梁沖刷分為三類：自然演變沖刷、一般沖刷和橋墩局部沖刷。自然演變沖刷： 指的是在不受水工建筑物影響的情況下， 由于水 流挾帶泥沙行進(jìn)而引起的河床沖刷。一般沖刷：建橋后，橋孔壓縮水流，致使橋孔上游水流急劇集中 流入橋孔，在橋孔稍下游處，形成收縮斷面。該斷面處流速梯度很大， 床面切應(yīng)力劇增，引起強(qiáng)烈的河床泥沙運(yùn)動(dòng)，床面發(fā)生明顯沖刷。橋墩局部沖刷： 局部沖刷是水流在受到阻攔時(shí)， 其結(jié)構(gòu)發(fā)生急劇 變化。水流的繞流使流線急劇彎

3、曲， 床面附近的漩渦劇烈淘刷迎水端 和周圍的泥沙，劇烈淘刷橋墩迎水端和周圍的泥沙， 形成局部沖刷坑。 隨著沖刷坑的不斷加深和擴(kuò)大， 坑底流速逐漸降低， 水流挾沙能力隨 之減弱，當(dāng)趨向輸沙平衡時(shí)，沖刷隨即停止，局部沖刷坑達(dá)到最深。 沖刷坑外緣與橋墩前端坑底的最大高差，就是最大局部沖刷深度。為了防治橋墩在沖刷下穩(wěn)定性受損， 研究橋墩沖刷的檢測(cè)、 監(jiān)測(cè) 和防護(hù)具有重大意義。 本文除了對(duì)現(xiàn)在應(yīng)用的或者理論成熟的沖刷進(jìn) 行介紹以外，也介紹了新興理論、方法（例如基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的橋 梁沖刷分析、水下機(jī)器人進(jìn)行橋墩沖刷檢測(cè)等等） ，以期了解更多關(guān) 于橋墩沖刷檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和防護(hù)的前沿知識(shí)。1 橋梁沖刷的監(jiān)測(cè)在介

4、紹橋墩沖刷的監(jiān)測(cè)之前，先對(duì)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)的概念加以區(qū)分。 監(jiān)測(cè)和檢測(cè)兩者看似差不多， 但還是有區(qū)別的。檢測(cè)一般只物探檢測(cè)， 用聲波、雷達(dá)等信號(hào)對(duì)結(jié)構(gòu)和巖體進(jìn)行探測(cè)， 是周期性的或不定期的； 監(jiān)測(cè)一般做為長(zhǎng)期狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)， 一般在結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)儀器進(jìn)行長(zhǎng)期 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 當(dāng)然，基于這種分析，很多監(jiān)測(cè)技術(shù)方法、手段自然可 以應(yīng)用到檢測(cè)中。沖刷深度是沖刷影響橋梁安全的最重要因素 , 沖刷深度的監(jiān)測(cè)對(duì) 于橋梁的安全至關(guān)重要。 目前已有橋梁沖刷的監(jiān)測(cè)方法在實(shí)施過(guò)程與 監(jiān)測(cè)效果都存在著相應(yīng)特點(diǎn)、 優(yōu)勢(shì)和不足之處， 該部分主要介紹超聲 波監(jiān)測(cè)、時(shí)域反射系統(tǒng)和利用光纖布拉格光柵傳感器監(jiān)測(cè)。 基于 GPRS 的橋梁沖刷

5、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、橋梁基礎(chǔ)沖刷過(guò)程原位電學(xué)監(jiān)測(cè)等新型方法，該部分不做重點(diǎn)介紹1.1 超聲波監(jiān)測(cè)利用超聲波的一些有利特性 , 可以設(shè)計(jì)出基于超聲感應(yīng)原理的沖 刷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。超聲波擁有良好的傳播性能 ,具有非常好的方向性 , 可以 在聲阻抗不同的兩種介質(zhì)的界面上發(fā)生反射。 其優(yōu)點(diǎn)十分明顯： 超聲 波具有良好的穿透性和良好的界面反射效應(yīng)。 而且聲吶設(shè)備具有易于 安裝，技術(shù)成熟的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)選擇的聲納頻率不同，可以得到不同精 度的測(cè)量結(jié)果（最高精度可精確至 0.1m 及以上）。但是使用聲納技術(shù) 監(jiān)測(cè)沖刷深度也有一些缺點(diǎn)： 除了超聲波在水中傳播有削減、 聲納設(shè) 備并價(jià)格較高等常規(guī)特點(diǎn)， 超聲監(jiān)測(cè)用于橋墩沖刷本身也有

6、一些難以 克服的缺點(diǎn)（該部分最后會(huì)作詳細(xì)說(shuō)明） 。以下將簡(jiǎn)要介紹常用的聲 吶監(jiān)測(cè)設(shè)備：圖 1 是常用的移動(dòng)式雙探頭式監(jiān)測(cè)方法。 發(fā)射端探頭和接收端探 頭并排放置在水面處 , 探頭的發(fā)射面和接收面要放置于水面之下。工 作時(shí),聲吶探頭超聲波從發(fā)射端探頭發(fā)出 , 遇到水于河床底部界面 , 會(huì) 在界面處發(fā)生反射 , 反射回來(lái)的超聲波能夠被接收端探頭接收。用發(fā) 射信號(hào)和接收信號(hào)之間的時(shí)間差的與聲波在水中的波速相乘 , 即可以 求得河床的深度。當(dāng)裝置在水面上拖行時(shí) , 可以將行駛路線上的河床深度測(cè)出來(lái)。圖 2 所示的是固這種方法通常使用一個(gè)超聲波監(jiān)測(cè)方法探頭, 這種探頭既能發(fā)射信號(hào)又能接收信號(hào)。超聲探頭向

7、前發(fā)射超聲圖 1：移動(dòng)式雙探頭式聲納監(jiān)測(cè)方法波 , 超聲波在水中向前傳播 , 會(huì)在河床底部發(fā)生反射 , 反射信號(hào)可以被 發(fā)射探頭接收。 用發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)之間的時(shí)間差的與聲波在水中的波速相乘 , 即可以求得河床的深度 , 深度的變化反映了河床的變化?；谝陨蟽煞N方法原理 ,刷的核心在于但是這利用發(fā)射信號(hào)與接信號(hào)的時(shí)間差來(lái)直接反映河床深度的變化種方法的缺點(diǎn)也是顯而易見的 :1、移動(dòng)式監(jiān)測(cè)方法只適用于日常的河床位置的變化, 不適用于洪, 這種方法可以算是水期間的沖刷監(jiān)測(cè)。當(dāng)水位圖穩(wěn)2：定固定、式流聲納速監(jiān)測(cè)穩(wěn)方定法時(shí) 種比較好的一般沖刷的監(jiān)測(cè)方法 , 但是對(duì)于洪水期間的河床變化未能 為力, 也不

8、能有效用于橋墩附近局部沖刷的監(jiān)測(cè)。而局部沖刷對(duì)橋梁 安全威脅最大 , 并且最大沖刷深度一般發(fā)生在洪水期間 , 因此這種方 法的有效性大打折扣。對(duì)于固定式的監(jiān)測(cè)方法 , 由于要求能夠在洪水 期間工作 , 而洪水中往往夾雜著石塊、 漂浮物等 , 這些隨著流水高速流 動(dòng)的雜物具有相當(dāng)大的沖擊力 , 一對(duì)超聲探頭造成損壞。2、超聲波在水中傳播時(shí)會(huì)有衰減 , 尤其是在洪水期間 ,水的含沙 量很高 , 而且水中中夾雜著大量的氣泡和多種雜物 , 超聲波能夠在這 種水流狀態(tài)下傳輸?shù)木嚯x大大減小 , 嚴(yán)重的制約了監(jiān)測(cè)的效果。3、超聲波可以在界面處發(fā)生反射 , 但是洪水期間 , 河床底部的泥 沙在不斷的運(yùn)動(dòng) ,

9、有大量的泥沙被洪水帶走 , 又有大量的泥沙從上游 流入并沉積。在這種河床劇烈變化的環(huán)境中 , 河床與水的界面將變得 模糊, 使得超聲波沒(méi)有清晰的反射界面 , 反射的超聲波強(qiáng)度大大減弱這部分反射波在復(fù)雜的水流中繼續(xù)衰減 , 實(shí)際到達(dá)接收端的信號(hào)強(qiáng)度 非常微弱 , 使得檢測(cè)結(jié)果難以辨別和解讀。由于以上存在的種種缺陷 , 目前應(yīng)用于橋梁沖刷監(jiān)測(cè)中的超聲波 技術(shù)并沒(méi)有取得令人滿意的效果。 即使最來(lái)有學(xué)者開發(fā)出了一些的改 良技術(shù), 但是并沒(méi)有從根本上克服上述缺陷 , 其效果仍然值得商榷。時(shí)域反射系統(tǒng)時(shí)域反射系統(tǒng) (Time Domain Reflectometry 簡(jiǎn)稱 TDR)用于橋梁沖刷的監(jiān)測(cè)該系統(tǒng)

10、的原理是操作裝置通過(guò)傳輸線以一定的速度發(fā)出一 個(gè)脈沖，脈沖沿著傳輸線進(jìn)行傳播直到其末端，除非中間有斷口，這 些斷口是由于空氣和水或水和沉積物的入侵造成的， 這樣一部分信號(hào) 就會(huì)被反射回來(lái) 通過(guò)研究這些信號(hào)的返回時(shí)間， 就可以計(jì)算出不連 續(xù)點(diǎn)的位置圖 3是TDR的實(shí)驗(yàn)裝置目前相關(guān)研究表明 TDR可以準(zhǔn) 確提供輸沙和橋梁沖刷數(shù)據(jù)， 并對(duì)嚴(yán)重沖刷情況予以預(yù)警 即便是高1.3. 光纖布拉格光柵1.3. 光纖布拉格光柵隨著光電學(xué)和用到結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)纖布拉格光柵傳感感知應(yīng)變和溫度的變化， 并由此改變自身反射光波波長(zhǎng)，F(xiàn)B)監(jiān)測(cè)(fiber Bragg g(fiber Bragg grating光纖傳感器被越

11、該傳感器能當(dāng)光束傳播能水流狀態(tài)下， 這種儀器也能提供實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)沖於數(shù)據(jù)。 但是尚未在 我國(guó)找到實(shí)際應(yīng)用案例圖 3： TDR實(shí)驗(yàn)裝置到光纖布拉格光柵時(shí)， 光纖就會(huì)反射一種特定波長(zhǎng)的光波， 通過(guò)對(duì)變化的反射波長(zhǎng)的采集即可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物理量的監(jiān)測(cè)。該方法主要有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）光纖光柵傳感技術(shù)在木結(jié)構(gòu)健康 監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景， 相比于傳統(tǒng)的機(jī)械電子類傳感元件具 有多方面的優(yōu)點(diǎn)；（2）分布式光纖光柵傳感技術(shù)相比于傳統(tǒng)的點(diǎn)式應(yīng) 變傳感技術(shù)存在巨大優(yōu)勢(shì)， 其既可很好的反映結(jié)構(gòu)的整體模態(tài)信息且 對(duì)結(jié)構(gòu)的局部信息也非常敏感； （3）長(zhǎng)標(biāo)距 FBG傳感器的封裝方法具 有很好的實(shí)用性， 其不僅對(duì)傳感器工作環(huán)

12、境給予保證而且對(duì)傳感器的 基本性能影響不大，對(duì)其在實(shí)際工程中的應(yīng)用給予可靠的保證。人、潛水），法在工程實(shí)踐經(jīng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證， 這兩種傳感器在洪水期間依然有效， 而且這種 傳感器可以測(cè)量水位、沖刷深度、沉積物高度等一系列問(wèn)題實(shí)驗(yàn)結(jié) 果表明，采用光柵傳感器在橋梁沖刷實(shí)時(shí)監(jiān)控領(lǐng)域中有進(jìn)一步應(yīng)用的 潛力。與時(shí)域反射系統(tǒng)一樣，該方法也只停留在理論研究階段，尚未 在我國(guó)找到實(shí)際應(yīng)用案例。水下攝像、適用范圍。水下攝像與潛橋 該方法是新型水下機(jī)器 水檢測(cè)方 檢測(cè)方法， 有關(guān)實(shí)例圖證4：明應(yīng)了用 方FBG法進(jìn)行的橋可墩沖行刷監(jiān)性測(cè)。的兩種此模型外還有基于動(dòng)力特性識(shí) 別的橋墩沖刷狀態(tài)分析等新興方法 （基于結(jié)構(gòu)自振頻

13、率與振型， 對(duì)其 合理篩選后轉(zhuǎn)換得到能反映橋梁狀態(tài)的結(jié)構(gòu)柔度矩陣， 基于該結(jié)構(gòu)柔 度矩陣得到反映關(guān)注方向結(jié)構(gòu)剛度的 “計(jì)算結(jié)構(gòu)位移差”），只在此對(duì) 原理簡(jiǎn)要說(shuō)明。2.1. 潛水監(jiān)測(cè)檢測(cè)時(shí)， 由潛水員手持帶照明設(shè)備的水下攝像器材下潛作業(yè)， 攜 帶小塊磁鐵、鏟刀、鋼尺、引水定位砣繩及探照燈，并配合實(shí)時(shí)監(jiān)控 錄像系統(tǒng)來(lái)獲取水下結(jié)構(gòu)物的影像資料， 潛水員與水面監(jiān)控人員實(shí)時(shí) 通訊聯(lián)系，以保證檢查攝錄影像的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)物缺陷的各個(gè)細(xì)節(jié)及遇 到突發(fā)事件的反應(yīng)能力潛水檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)基礎(chǔ)附近的水質(zhì)要求較低 （無(wú)論清水、 混水均可），在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)不留死角，且在檢測(cè)的同時(shí)，可以對(duì)一些缺 陷進(jìn)行及時(shí)修補(bǔ)。 缺圖點(diǎn)4是

14、：利檢用測(cè)潛水速作業(yè)度方慢法進(jìn)、行水檢中橋測(cè)墩基費(fèi)礎(chǔ)用檢測(cè)高以及潛水員人身安 全威脅較大，特別是在深水、湍急河流以及橋下有沉船等情況下，潛水員容易出現(xiàn)安全事故。 從理論上講， 只要潛水深度在生命安全范圍 內(nèi)（一 般不超過(guò) 60m），潛水檢測(cè)基礎(chǔ)均能實(shí)施。因此，除了坐落于 大江大河上的橋梁以及跨海大橋外（一般水深均較深） ，潛水檢測(cè)對(duì) 于一般的大橋、特大橋基礎(chǔ)均能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)任務(wù)（1）檢測(cè)范圍：墩臺(tái)水面線至河床位置。移動(dòng)路線：從水面線起，按潛水員距離基礎(chǔ) 60cm 內(nèi)的俯仰視角 范圍（約 1.5m），大致等分為若干個(gè)此深度范圍的區(qū)域，在每個(gè)深度 區(qū)域內(nèi)，潛水員 360 度檢查并拍攝該深度區(qū)域的基礎(chǔ)表

15、面， 從而完整 的 反映結(jié)構(gòu)物在水下的病害情況。2）病害定位：如在某一位置發(fā)現(xiàn)病害后，由潛水員根據(jù)深度 表或攜帶的標(biāo)尺，判斷病害所在的深度，并在該位置釋放浮標(biāo)，水面 人員根據(jù)預(yù)定坐標(biāo)和水流影響， 大致判定浮標(biāo)相對(duì)基礎(chǔ)所在方向， 并 結(jié)合深度來(lái)確定病害具體位置，在立柱水位線上對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)識(shí)， 在記錄紙上記錄病害發(fā)生的樁號(hào)、高度、徑向位置、錄像文件編號(hào)并 繪制病害方位示意圖。（ 3）截圖和錄像：對(duì)無(wú)病害的樁截圖 2-3 張；對(duì)有病害的基礎(chǔ) 除進(jìn)行正常截圖外， 病害部位應(yīng)從不同角度進(jìn)行截圖， 圖片能夠完全 反映病害的類型及病害的嚴(yán)重程度。 對(duì)水下檢測(cè)的影像資料進(jìn)行后期 處理，并對(duì)缺陷處的描述進(jìn)行錄

16、音解說(shuō)，最終整合到相應(yīng)視頻文 件 中去。水下攝像檢測(cè) 組合式水下攝像檢測(cè)儀由水下攝像頭、水下照明器、傳輸電纜、 監(jiān)視器、配音系統(tǒng)、專用吊放設(shè)備 （ 作為攝像鏡頭的上下移動(dòng)裝置 ） 以及駁船 （作為 作業(yè)平臺(tái)使用 ）組合而成。檢測(cè)時(shí)， 將工作船用繩索與被檢測(cè)墩臺(tái)固定在一起， 在基礎(chǔ)上方 水面將各拍攝點(diǎn)做好標(biāo)記。 采用專用吊放設(shè)備把攝像頭固定在欲檢測(cè) 部位起始原點(diǎn)上，豎向垂直拍攝 , 拍攝過(guò)程中要求鏡頭與目標(biāo)物表面 要保持 2030cm左右的距離 （ 以能看清目標(biāo) 物為準(zhǔn) ） ，并盡量使移動(dòng) 平穩(wěn)、勻速。完成一次豎向垂直拍攝后，沿基礎(chǔ)表面平移或環(huán)繞規(guī)定 的間距再反向繼續(xù)拍攝。在拍攝過(guò)程中，做好記錄

17、和描述。組合式水下攝像檢測(cè)儀作業(yè)方法的優(yōu)點(diǎn)在于檢測(cè)速度快、 成本低， 并且檢測(cè)人員作業(yè)較安全， 缺點(diǎn)是對(duì)檢測(cè)的環(huán)境要求比較高， 即只有在水質(zhì)比較 清、基礎(chǔ)表面無(wú)水草等微生物附著且基礎(chǔ)在水中部分深 度不超過(guò) 5m的環(huán)境下，檢測(cè)的效果會(huì)比較好。因此，它比較適合檢 測(cè)山區(qū)橋梁以及平原地區(qū)中、 小跨徑的橋梁基礎(chǔ)， 而不使用于平原地 區(qū)的大跨徑 橋梁以及跨海大橋的基礎(chǔ)檢測(cè)。新型水下機(jī)器人檢測(cè)作業(yè)方法水下遙控機(jī)器人 （ 英文縮寫 ROV）潛水有多種，通常可分為小型觀 察型和作業(yè)型兩種。檢測(cè)人員應(yīng) 根據(jù)不同檢測(cè)環(huán)境以及檢測(cè)目選擇合適的水下機(jī)器人?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)具體工作流程如下：1）入水：首先將 ROV擺到船舷以

18、外， 監(jiān)控員認(rèn)為滿足條件后，通知絞盤操作員開始下放臍帶， ROV 垂直下水，到達(dá)預(yù)定水深后停圖 5：水下機(jī)器人在水中橋墩基礎(chǔ)檢測(cè)止下放。（ 2）游動(dòng)：釋放韁繩， ROV在操作員的控制下靠自身的推進(jìn)系 統(tǒng)上下、左右、前后自由游動(dòng)。（3）定位： ROV自身攜帶有水下定位系統(tǒng)及聲納掃測(cè)系統(tǒng)。（ 4）監(jiān)控與作業(yè)： ROV水下就位后，依靠自身配置的水下監(jiān)控 攝像機(jī)從不同的角度實(shí)時(shí)監(jiān)控水下情況， 并通過(guò) ROV水下操作系統(tǒng)完 成各種動(dòng)作。（ 5）出水： ROV水下完成作業(yè)后，不存在如同潛水員一樣水下 減壓，隨時(shí)可以撤離。其他程序與組合式水下攝像儀檢測(cè)方法相同。水下機(jī)器人檢測(cè)作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)在于能深水檢測(cè)， 這是

19、組合式水下攝 像儀檢測(cè)以及潛水檢測(cè)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)； 缺點(diǎn)是目前水下機(jī)器人的推 進(jìn)器動(dòng)力還不足，一般水下檢查作業(yè)型的抗水能力是 24節(jié)。 因此， 檢查型的水下機(jī)器人目前適合于流速較低跨海橋梁以及庫(kù)區(qū)橋梁的 基礎(chǔ)檢測(cè)，對(duì)于流速較大的橋梁基礎(chǔ)尚不能完成檢測(cè)任務(wù)。目前，已有水下機(jī)器人在三峽水利樞紐導(dǎo)流底孔封堵檢修門水下 清理工程和在較深的水庫(kù)中使用水下機(jī)器人在橋墩沖刷監(jiān)測(cè)的應(yīng)用 案例。橋梁沖刷的預(yù)防與保護(hù) 橋墩沖刷的防護(hù)分為主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)兩種思路： （1）減弱下降流和馬蹄渦的侵蝕力。一般通過(guò)增大樁基部或在 底床周圍建造護(hù)圈來(lái)實(shí)現(xiàn)，減弱馬蹄渦的影響，一般稱為主動(dòng)防護(hù)。 可設(shè)置減速不沖防護(hù)， 這類防護(hù)

20、工程措施主要包括護(hù)圈防護(hù)、 開縫防 護(hù)以及墩前排樁防護(hù)等，或者通過(guò)調(diào)治構(gòu)造物 , 使水流軸線方向偏離 橋梁墩臺(tái) , 或減低防護(hù)處所的流速 , 甚至促使其淤積 , 從而起到安 全保護(hù)作用。（ 2）提高床沙的抗侵蝕能力?？赏ㄟ^(guò)在樁基部鋪設(shè)石塊或顆粒 材料保護(hù)層來(lái)實(shí)現(xiàn)， 稱為被動(dòng)防護(hù)。 其中實(shí)體抗沖防護(hù)主要有拋石防 護(hù)、混凝土鉸鏈排防護(hù)、擴(kuò)大橋墩基礎(chǔ)防護(hù)、護(hù)腳和沉箱防護(hù)、填充 混凝土模袋防護(hù)等。其中，拋石防護(hù)是應(yīng)用最為廣泛的防護(hù)形式之一， 其特點(diǎn)在于取材方便， 工藝簡(jiǎn)單，操作實(shí)施靈活性大，實(shí)際應(yīng)用最多， 也是研究熱點(diǎn)之一。此外，在橋梁設(shè)計(jì)建造的初期 , 應(yīng)選擇根據(jù)當(dāng)?shù)氐臉蚝馁Y料 選取合適的橋位與

21、橋墩布置形式 （ 橋孔）; 對(duì)于已有的易受沖刷橋梁 , 應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)拇胧┓乐箾_刷的產(chǎn)生和發(fā)展 , 盡可能降低橋梁的沖刷 帶來(lái)的危害。在該部分中， 將簡(jiǎn)要介紹被動(dòng)防護(hù)的拋石防護(hù)法、 主動(dòng)防護(hù)法的 防護(hù)板和阻砂檻的設(shè)置。合理選擇橋位與橋孔及附屬構(gòu)造物橋位即橋梁的建造地址 , 是指橋梁軸線所在位置。選擇適當(dāng)?shù)臉?位可以有效減小由于河道本身造成的橋梁的沖刷。 橋位的選擇需要考 慮的因素有很多 , 包括橋梁的設(shè)計(jì)功能條件、水文條件、地形地貌、 地質(zhì)條件、通航方面等。 橋位的選擇和橋孔的設(shè)計(jì)必須保證在交通正 常運(yùn)行的狀態(tài)下順暢的通過(guò)洪水和凌汛 , 并與附近地區(qū)環(huán)境保護(hù)及引 道路基、路面排水、堤防設(shè)施等想

22、配套。在滿足上述功能要求的前提 下, 一般應(yīng)選在河道順直、穩(wěn)定、較窄、河槽明顯的河段 , 橋軸線宜與 中、高水位的水流正交 , 避開險(xiǎn)灘、淺灣、急彎、匯流口、急流河段。 橋孔的選擇則應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)洪水量和設(shè)計(jì)水位來(lái)計(jì)算確定。 在確定橋梁 孔徑、和橋面高度等信息之后 , 還應(yīng)考慮盡量降低因水流作用帶來(lái)的 不良影響。選擇橋孔時(shí)應(yīng)避免壓縮河道 , 橋頭河灘路堤應(yīng)與洪水主流 方向正交。對(duì)于變遷性河段 , 橋孔布設(shè)應(yīng)根據(jù)洪水主流總趨勢(shì)確定。 對(duì)于彎曲河段 , 必須要考慮河灣的凹岸沖刷。橋梁的調(diào)冶構(gòu)造物時(shí)橋 梁工程的重要組成部分。 適當(dāng)?shù)倪x擇橋梁調(diào)冶構(gòu)造物可以有效的預(yù)防 沖刷。常用的調(diào)冶構(gòu)造物有導(dǎo)流堤、丁壩等

23、 , 其作用是調(diào)節(jié)、引導(dǎo)水 流均勻順暢地通過(guò)橋孔 , 防止橋下斷面和上下游附近的河床、河岸發(fā)生不利變形 , 同時(shí)可以使橋梁墩臺(tái)免受集中沖刷。以上部分是橋梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的重要內(nèi)容 , 是橋梁沖刷安全性 的基礎(chǔ)。合理選擇橋位與橋孔 , 并設(shè)置合適的附屬構(gòu)造物 , 對(duì)于橋梁的 安全具有非常重要的意義。拋石防護(hù)法（被動(dòng)防護(hù)）對(duì)于拋石防護(hù)法， 在實(shí)際案例中已經(jīng)有所應(yīng)用 （例如烏龍江大橋 沖刷防護(hù)、鄭焦鐵路黃河大橋沖刷防護(hù)實(shí)例等） 。在具體事例中，需 要根據(jù)具體的水文情況，考慮、計(jì)算分析所使用石塊的粒徑、形狀質(zhì) 量等。拋石是應(yīng)用最為廣泛的防護(hù)形式之一，其特點(diǎn)在于取材方便， 工藝簡(jiǎn)單， 操作實(shí)施靈活性大。

24、拋石一方面增加了泥沙卷?yè)P(yáng)起動(dòng)所 需要的水流作用力， 另一方面其粗糙的石塊在一定程度上減緩了底層 水流速度。但是，拋石防護(hù)的整體性較差， 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用和工作量 較大，當(dāng)拋石相對(duì)位置發(fā)生了變化時(shí)，就失去了防護(hù)作用。所以，盡管采用拋石方法簡(jiǎn)單方便， 但當(dāng)缺少拋石的石材或石材 粒徑不能滿足要求， 以及有環(huán)境保護(hù)或美觀要求的地方不宜采用拋石 防護(hù)。此時(shí)，可采用一些能適當(dāng)替代拋石的方法，較為常用的有混凝 土鉸鏈防護(hù)，混凝土硬殼單元體防護(hù)，以及混凝土石籠防護(hù)，這三種 防護(hù)方式與拋石法的防護(hù)機(jī)理類似， 都是阻擋下降水流帶來(lái)的沖刷以 及降低前進(jìn)水流攜走泥沙的能力。設(shè)置河床抗沖刷保護(hù)層或阻沙檻（主動(dòng)防護(hù)） 這種方

25、法通過(guò)對(duì)橋墩周邊的水流施加人為作用 , 改變水流的流動(dòng) 狀態(tài)或路徑 , 從而實(shí)現(xiàn)弱化水流沖刷作用的目的。 本著這一原理 , 目前 有不少學(xué)者提出了不同的方法：第一種是設(shè)置防護(hù)板。從護(hù)板防護(hù)法的原理圖 5 中可以看出 , 護(hù) 板將水流分為兩部分 , 并將橋墩周圍的下降流與下部的馬蹄形漩渦隔 離開來(lái), 這樣可以大大降低下降流的水流強(qiáng)度 , 同時(shí)對(duì)馬地形漩渦也起著抑制作用。下降流與馬蹄形漩渦正是沖刷坑形成的主要原因, 通過(guò)對(duì)下降流和馬蹄形漩渦的抑制 , 可以有效的抑制沖刷坑的形成。護(hù) 板防護(hù)法的效果取決于護(hù)板的尺寸和設(shè)置位置 , 通過(guò)合理設(shè)計(jì)護(hù)板尺寸和安裝位置 ,到?jīng)_刷的作用。另一種比較創(chuàng)新的方法是

26、橋墩下游設(shè)置阻沙檻比較常見的做法是在橋的上游設(shè)這類防護(hù)方法中 ,護(hù)設(shè)施或者改變橋迎水面的幾何形狀。與其他方法相比 , 本方法選擇在下游處設(shè)置阻沙檻 , 可以避免由于一般沖刷和局部沖刷圖導(dǎo)5：致護(hù)的板防床護(hù)法位原下理圖降 , 同時(shí)可以降低橋墩受沖 刷的程度。于被動(dòng)防護(hù)只是機(jī)械工程上現(xiàn)行的防護(hù)方式多以被動(dòng)防護(hù)為主， 其中拋石防護(hù)最為常 見。如前文所述， 該類方法雖然操 地提高墩周土體的抗沖能力， 不能進(jìn)行修繕維護(hù)，代價(jià)高，工作量大， 較大時(shí)，拋石很容易流失，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。相反，主動(dòng)防護(hù)著眼于沖刷的根源，從擾動(dòng)水圖流6：結(jié)阻構(gòu)砂檻入設(shè)置手示，意圖降低來(lái)流的作用，從而起到很好的防護(hù)效果， 雖然一次性投入可能較被動(dòng)防護(hù)要多， 但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角 度來(lái)看，修繕維護(hù)的人力和財(cái)力會(huì)被顯著降低， 應(yīng)是未來(lái)局部沖刷防 護(hù)的發(fā)展方向。 在一般的橋梁建設(shè)中， 通常僅采用某一種沖刷防護(hù)方 式。但在一些較大規(guī)模的橋梁工程中， 有時(shí)需要兼用主動(dòng)與被動(dòng)防護(hù)， 以達(dá)到良好的防沖效果，蘇通大橋的綜合防護(hù)就是很好的范例。參考文獻(xiàn)與資料薛小華 . 橋墩