抛石体在桥墩处的防护作用

[12-11 17:00:46] 来源：http://www.tmgc8.com 桥梁工程 阅读：3631次

　　(图５表示铺设深度与相对局部冲刷深度关系的最新试验数据)

　　试验结果显示的主控趋势为：较深的铺设层，对局部冲刷具有较大的保护性。在活动河床条件下，由河床形态变化造成的不稳定性，加剧了在清水条件下经受的剪力、簸和边缘破坏。深度铺设使石层不受河床构造变化造成的淘槽，并降低石料的剪应力。簸成为桥墩表面的主要破坏机理。

4.考虑到铺设深度的抛石尺寸公式Lanchlan(1999)分析了桥墩处达到最小冲刷深度所需抛石尺寸的各种影响因素。

　　在目前的研究中，KD,Ks,Kα的影响不进行研究，抛石的平均面积和层厚度的4D和2D50保持不变。引用的关系式与许多前期开发的桥墩防护公式相似。

　　首先，考虑河床面铺设抛石层。任何预测公式的难点在于定义破坏条件。过去的实践经验通常是依抛石的尺寸排列，这样在设计水流速度下不发生河床物质的移动。这一保守的方法有可能使石料尺寸过大。目前的研究已经看出，围桥墩在床面铺设抛石层可以提供各种角度的保护，甚至是在受到扰动的情况下。

$\"\"$

　　(图６床面铺设抛石层的试验结果比较)

　　在试验过程中，对特定水流速度下，每种石料尺寸的局部冲刷深度都做了记录。记录情况还不是临界破坏条件的直接数据。要得到临界破坏条件，在试验中当未受保护的最大冲刷深度＜20％时，抛石性能认为是合适的。超过这个数据的冲刷深度视为破坏。图6示出的数据，表示石料尺寸所需的具有80％的局部冲刷保护作用。(图6为床面铺设抛石层。)

　　图6还可将这些数据点与彼得森(1974),Parola(1991,1993),克罗得(1997)以及Chiew和Lim(2000)的先期试验研究结果进行比较。这些研究的试验条件示于表3，与目前的研究有许多不同之处。这些前期研究具有不同的破坏定义，通常用于指导在某特定条件下，对抛石尺寸的破坏进行界定。逐渐增大水的流速，直到破坏发生。一般间隔时间很短。在Chiew和Lim的数据中仅有dr/dsmax小于20％。表3还介绍了各种不同形状桥墩的情况。可以看到，在Parola(1993)一项中的A、B、C表示用不同桥墩形式和／或河床条件进行的试验。

$\"\"$

　　目前的研究数据资料提供了比早期研究较大的临界石料尺寸。在Quazi和彼得森(1974)进行的早期研究中，采用了一种固定式槽床。如已经提到的，在大部分活动河床情况中，河床形式的不稳定是最显著的破坏机理。研究数据也显示了石料临界尺寸的突然增加，F＞0.5。这和突然增加的情况在目前的研究数据中没有见到。在Croud（1997）的研究中，设备的流量限值不允许完全限定抛石的临界流速。

　　根据这个资料，可以得出结论，目前的研究结果提供了一个相对流速最小的临界石料尺寸。

　　当没有充足的数据确定KsKα和KD时，将它们看成一个适度的整体。正如Fotherby和Ruff(1999)的研究，已示出KD是一个特征参数，特别是当抛石直径接近桥墩大时。初期试验中不同抛石层的平均值和厚度值指出，一个4D的平均面积和2D50的厚度具有很好的性能，因此，Kc和Kt两项也就省略了。

　　这项研究数据现在用于估算Kr。每种水流所需的抛石尺寸Froude数值可以看作随增加的铺设深度而减小。试验数据示出了应用的各种抛石尺寸和流速，以及破坏临界dr/dsmax＜20％。图7中还包括得出的各深度铺设层公式。www.tmgc8.com

　　试验研究的临界条件和桥墩形式：水流速增加，直到相对冲刷深度dr/dsmax=1.0。当水流强度增加时，抛石层不重新集合，仅在dr/dsmax小于０.３时的数据已包括在内。采用圆形桥墩。Croad(1997)临界条件被认为是抛石层完全崩解时。以圆柱形，矩形和板形桥墩试验。Quazi和Peterson稳定的河床条件下，破坏定义为在单颗粒或多颗粒从桥墩铺设层的前半部分移走时，发生破坏。采用园—鼻形桥墩试验。Parola(1991,1993)抛石设置３层，中间层涂成荧光橙色。破坏定义为橙色石的破坏，３０分钟内没有移走。均匀等级抛石料放置在矩形桥墩固定的局部冲刷孔处；１９９３（Ａ）：将抛石堆设在围矩形桥墩的河床表面；１９９３（Ｂ）：将抛石放置在固定好，预先设置的矩形桥墩周围的冲刷孔处；１９９３（Ｃ）：将抛石放置在园形桥墩周围的河床表面。

$\"\"$

　　（图７将抛石层铺设在沉积河床不同深度的最适合的公式）

　　公式（3）与同类型公式的比较示于图8。这些公式都表示了床面铺设抛石，因此，Kr不包括在内。显著的不同在于线的曲度，即指数F。较低Floude数时的抛石尺寸一般大于那些由过去的公式估测的数值。在Floude数值范围内的上端，尺寸估测与Richardson和Davis(1995),以及Parola(1995)提出的公式相似。

$\"\"$