桥梁水毁防治课件

一、桥梁水毁的主要类型一桥梁墩台和引道冲刷 国内外近年的统计，桥梁水毁大多是桥墩、桥台和引道冲刷引起的。二山区河流上的桥梁因壅水过高，携带大量二山区河流上的桥梁因壅水过高，携带大量漂浮物将桥梁上部结构摧毁漂浮物将桥梁上部结构摧毁 山洪爆发来势迅猛，河床冲刷较小甚至不能山洪爆发来势迅猛，河床冲刷较小甚至不能冲刷，致使望水高度达冲刷，致使望水高度达12m以上，洪水携带以上，洪水携带 大量木材等漂浮物对桥跨结构施加很大的水平大量木材等漂浮物对桥跨结构施加很大的水平冲击力和推力，将梁桥支座剪坏或将拱桥拱上冲击力和推力，将梁桥支座剪坏或将拱桥拱上 建筑摧毁。建筑摧毁。三河道中大量开采砂石引起的桥梁和路三河道中大量开采砂石引起的桥梁和路基的冲刷基的冲刷 因桥位河段多年采砂严重，造成天然河床下因桥位河段多年采砂严重，造成天然河床下降，床面布满紊乱的采砂坑、槽致使水流紊降，床面布满紊乱的采砂坑、槽致使水流紊乱，床面出现跌水等现象，在不大洪水通过时，乱，床面出现跌水等现象，在不大洪水通过时，冲毁墩、台，桥梁垮塌。冲毁墩、台，桥梁垮塌。目前，我国桥梁及其沿河路基附近河道内，目前，我国桥梁及其沿河路基附近河道内，挖砂情况较为普遍，应当采取必要的管理措施，挖砂情况较为普遍，应当采取必要的管理措施，保证路桥平安。保证路桥平安。四山区涵洞进出口冲毁或堵塞致使路基坍塌四山区涵洞进出口冲毁或堵塞致使路基坍塌 山区公路涵洞进出口衔接的沟溪，受地形限山区公路涵洞进出口衔接的沟溪，受地形限制，常为陡槽急流。涵洞进出口河槽常修建跌制，常为陡槽急流。涵洞进出口河槽常修建跌 水、急流槽、消力池等构造物，引导水流和消水、急流槽、消力池等构造物，引导水流和消能。假设小桥涵进出口处理不当或设计孔径过能。假设小桥涵进出口处理不当或设计孔径过小常发生水毁。特别是出口铺砌冲毁，逐渐小常发生水毁。特别是出口铺砌冲毁，逐渐向上游开展，冲毁洞口和路堤。向上游开展，冲毁洞口和路堤。二、受弯道水流冲刷的桥梁 山区公路大多沿河修建，公路因趋就势随山区河流婉蜒而行。每年汛期山洪爆发，来势迅猛，凹岸冲刷严重，致使路基边坡冲刷坍塌，甚至引起山坡滑坡，造成公路水毁。修建在河流弯道上的桥梁，凹岸冲刷凸岸淤积，造成水毁而重建的也常发生。山嘴或建筑物桃流，使主流弯曲逼向对岸，在对岸形成“凹岸冲刷在支流汇入主流的下游对岸，也会受到“凹岸冲刷 修建在平原河湾上的桥梁，平原河湾因泥沙细，变形快，主要表现在平面上凹岸桥台冲刷严重，凸岸桥孔淤积堵塞，丧失泄洪能力。修建在山区河湾的桥梁，平面弯形因岩石河床制约，变化较小，特别是狭谷段的桥梁不容许桥孔压缩河槽，最好单孔跨过。洪水主要威胁是凹岸桥台根底冲刷和凹岸水面超高、因基岩河床不能冲刷而使壅水过高，以及木材等漂浮物推力过大，造成水毁。修建在任何地区(包括平原地区)河湾上的桥梁，也都要经受河湾螺旋流螺旋流的作用，引起凹岸桥台严重冲刷，凸岸桥台甚至桥孔淤积，形成水害水毁。水流由直河段进入弯道，因惯性而流向凹岸。受凹岸制约，水流沿凹岸曲线流动。水流在重力和离心力共同作用下，形成螺旋流，面流流向凹岸，而底流流向凸岸。螺旋流的存在引起断面环流和泥沙横向运动，对于弯道河床变形和河弯平面形态起着十分重要的作用。对于修建在河流弯道上的建筑物的安危及能否正常工作也有决定件的意义。一、河湾桥梁的防护 桥梁防护工程保护的对象是桥梁墩台的根底。而不同于河(航)道整治和防洪工程，河(航)道整治和防洪工程，要固定主槽和防护整个河道沿岸顶冲点(险工)的平安。其导治线离河岸较远，丁坝及其他工程伸入河道往往很长。而公路防护要保护的是沿河路基和桥头河岸的坡脚和桥梁墩台的根底，导治线应离河岸较近。一般情况下，不应修筑很大的丁坝等挑水和阻水构造物。更不应轻易进行改河工程。在过去“人定胜天那种错误地把人类和自然对立起来的思潮影响下为了低级公路的防护修筑长大丁坝或进行改河，造成事与愿违和巨大经济损失事例很多、应吸取历史教训。根据近20年的工程实践和理论研究，对于凹岸冲刷防护，采用石砌挡土墙或护坡配合埋在地下的石砌护坦浅基防护，是一种较理想的防护型式。它构造简单，但对洪水具有“顺其性、“挫其峰、“分其势和“调其向的作用。在较宽阔的河湾还可配合短而低的漫水丁坝群，或护坦上带有潜坝，都可起到更大的防护 效果。防护工程能否经得起洪水的考验，到达防护的效果，不仅决定于防护型式，更重要的是其修建的型式、位置及尺度是否满足因势利导的要求，对洪水是否做到了顺其性，挫其蜂，分其势，调其向和稳其流，设计防护工程时必须了解引起水毁的机理。二、工程事例二、工程事例 上图是秦岭乾佑河某河湾1994年7月洪水后冲毁的一个丁坝。该丁坝修建在大约为90度弯道出口断面，洪水冲走了坝长的3/4。其下游路基被伸入河槽的一块基岩保护，末被冲毁。前面讨论可知，弯道螺旋流从弯顶到出口断面是形成和开展最强列的部位，出口断面附近螺旋流最强，冲刷最深。在此修一个长细丁坝，首先，不顺洪水“其性，也不采取挫其蜂、分其势的设施，却在弯道出口冲刷最强处，修一长丁坝，事与愿达，丁坝过长，横断面窄而高，极易水毁。设计人只注意了主观的要求，却不去研究弯道水流螺旋流形成和开展机理的客观规律，导致防护工程的失败。正确的方案应是从上游弯顶附近修建护坡和护坦到出口断面与下游基岩相接；或者自弯顶附近到出口断面，修筑2至3个，大约长2到3m，高出床面1.2m，宽约1.5m带园头，顶面有纵坡的漫水短丁坝。将水流自螺旋流形成处起向下游逐渐挑离河岸。河湾桥梁防护一般应处理好以下几方面的问题：1桥面高程必须计人凹岸水面超高，确保洪水、漂浮物、流水平安通过；2凹岸桥台与上下游护岸(挡土墙、护坡)平顺连接，桥台不应凸出于凹岸之外；3凹岸桥台和凹岸一侧的桥墩的埋置深度，必须计人凹岸冲刷的影响。4必要时凹岸桥台及上下游河岸应整体进行防护。三、桥梁水毁的原因 桥梁是跨越江河的建筑物，既有桥面通过车辆和行人荷载的功能，又有桥扎平安、畅通通过洪水的功能。两方面的要求都能满足的桥梁才是一座合格的桥梁。桥梁墩台直接修建在河道或海湾之中，一旦水毁，修复困难，后果也较严重!桥梁水毁的防治应着眼于预防，防止水毁的发生。对于绝大多数桥梁这也是可以做到的。这就要求在桥梁勘测设计阶段，全面搜集水文和河床变形资料，正确处理桥位选择、桥孔和墩台布设以及调治构造物的设置等，桥位设计问题。正确的桥位设计是防止桥梁水毁最主要的和最主动的措施。造成桥梁水毁的因素主要有以下几方面：设计洪水(流量、水位)确定的是否符合实际，流量是反映河流水文特性的主要因素，桥梁必须满足桥下平安通过设计洪水流量的要求。桥梁本身的因素：(1)桥位选择。桥位河段水流畅通，便于洪水和漂浮物、泥沙通过，防止河床发生不利变形。(2)桥孔长度。满足泄洪、输沙、通航、流水的要求。(3)桥孔高度。满足泄洪，漂浮物、通航、流冰的要求。(4)墩台型式和埋置深度。满足洪水冲刷的要求。(5)调治构造物。引导洪水顺直通过桥孔，防止河床发生不利变形。以上几方面任何一种因素处理不当，都可能造成桥梁水毁。至今桥梁水毁仍是世界各国桥梁破坏最主要的原因。桥梁洪水灾害的表现较公路水毁更为复杂，形式多样。有的冲毁桥墩、桥台导致上部结构 破坏，有的冲断桥头路堤和流堤等调治构造物，中断交通，威胁两岸平安。1.设计流量定的偏小，使设计桥长偏短，墩台根底埋深不够，造成墩台冲倒、位移、桥头路堤冲断，甚至上部坍塌。很多桥梁水毁属于这类情况。关键在于搜集、积累水文资料，建立或选择正确的，符合当地实际的洪水推算方法，正确地确定设计洪水流量。2.桥墩冲刷深度的计算方法和钻孔灌注桩深根底施工技术都已较成熟，新建桥梁桥墩冲刷导致水毁，已不多见。桥墩冲刷引起桥梁水毁多见于20世纪80年代以前建成的浅基桥梁。3.桥台冲刷引起的桥梁水毁至今还时有发生。跨越河湾桥梁的凹岸桥台冲刷，主槽或股流摆动移向一岸桥台的冲刷，桥孔过小河滩洪水绕流引起桥台冲刷过深等情况，均可引起桥台水毁。4.山区河流洪水涨水迅猛，河床为基岩或巨石，致使桥梁上游壅水很高，加上树枝、树干等 漂浮物，对桥梁上部结构产生很大的水平推力，对桥下净空缺乏且上部结构较轻的桥梁，如钢 木结构、双曲拱等，可能造成水毁。需对桥梁整体水力进行计算即桥长、冲刷和壅水的整体水力计算；在河床比降很大，洪水暴涨，河床又无法冲刷下切的情况下，桥前最大壅水可达1到2m，与常用壅水公式算出的零点几米的概念，不是一个数量级。所以会产生在桥墩完好的情况下，梁整体冲走的现象。5.水毁隐患较多的桥梁仍然是宽浅股流众多、极 不稳定的变迁性河段和平原游荡性河段上。变迁性河段和游荡性河段上的桥梁的调治构造物 (导流堤、丁坝等)对于洪水平安通过桥梁和桥梁及其桥头路堤的平安、桥位河段河床稳定至关重要，调治构造物处置不当，将会造成桥梁及公路水毁，危及两岸的平安。调治构造物的功能是直接引导和调治洪水和河床变形，保护桥梁及两岸平安。水流和河床泥沙相互作用是永恒地不断地进行着，河床形态也是不断地变化着，调治构造物能否与洪水运行和河床变形趋势相适应，每年汛期都应观察和观测，及时采取相应措施，进行调整。7.河槽内长期大量挖沙，改变了河段河床的天然形态，使床面人工下降数米之深，桥梁根底埋置深度减小，洪水发生后产生局部跌水，急弯等，引起局部河床冲刷，冲倒桥墩，造成桥梁水毁。这种在沙砾河床中长期大量无序地开采砂石材料，破坏河床天然形态，威胁桥梁、堤防平安的状况还较普遍，应引起政府有关部门注意，加强对河道的管理。四、桥梁水毁的治理一桥梁墩台平面防护和海漫式防护 桥梁墩台冲刷防护型式可分为直接防护和间接防护两大类。直接防护就是直接设置在或附着在桥墩或桥台上的防护构造，用以直接抵御洪水冲刷，如桥墩、桥台周围床面的铺砌、护坦、抛石、石笼以及在桥墩墩身上的防冲盘等；桥梁墩台的间接防护，那么是通过桥梁上游或下游设置调治或防护构造物如丁坝、导流堤、桩排或全桥孔下游的急流槽和消力池，固定桥孔下游冲刷基准面也称海漫式防护。它可以调整桥下水流的流速、流向及泥沙运动状态，引导洪水平顺通过桥孔，防止墩台过度冲刷。另外，通过注浆加固地基，以防水毁，也可视为间接防护。有的水坝下游河水冲刷严重的桥梁桥下断面整体铺砌并与下游的海漫式防护连成一体。下游海漫式防护 如1971年建成的西万公路石泉汉江大桥，因十年动乱，缺少统一规划，就在桥梁竣工后数年就在桥上游约900米建成一水库大坝和电站，其泄洪道位于南岸河滩之上，电站运行仅数年，就将河床靠南岸河滩最大厚度约11m的卵石沉积层冲走，变成河槽。桥墩根底全部冲出，有的基底边缘被淘空，致使桥梁成为危桥。后经 桥墩根底周围铺砌防护，桥梁方能正常使用。受水坝泄水冲刷影响的桥墩二桥梁墩台冲刷常用的直接防护措施1.石笼或板桩防护 用竹子、铅丝或钢筋制成石笼护基，并将石笼间以钢筋或铅丝相互连结下沉在土质或细砂砾河床，可筑板桩围堰堰内填砂砾、石。注意板桩顶面标高不应高于河床2.水泥混凝土板或混凝土预制块防护水泥混凝土板或混凝土预制块防护当河床不稳定，根底埋置深度浅，冲刷范围较大时，宜取平面防护，其范围视具体情况而定3.块石、片石防护块石、片石防护亦可采取双层或单层块、片石作平面防护，但当河床面有淤泥杂物时，须去除，填以砂砾夯实后再行砌石，方能稳固4.4.梢捆防护梢捆防护 用长约1.5m鲜柳技、荆条编成梢捆，内装片石或卵石，成捆置放于根底四周防护，具有较好的防冲效果。当冲刷力较大，可在梢捆上加压石块稳定5.5.大桥抛石防护大桥抛石防护抛石防护用于深水墩台，将石块抛在桥梁墩台四周被冲刷的坑内，填满至高于河床面，以防再次冲刷6.中小桥抛石防护中小桥抛石防护中小桥梁墩台的抛石防护，应注意横桥跨的门坎埋置深度须比墩台四周挖深1.2到1.5m，以防水流正面冲刷7.7.板桩墩头防护板桩墩头防护土质和砂砾石的变迁性河段，可采用板桩进行墩头防护。板桩顶面一般不应高出河床面，最好埋置在冲刷线以下，因板桩高出床面，会产生阻水，在板桩前造成局部冲刷，影响护桩平安。板桩尖头做成单向斜口式，打桩时可使板桩接缝紧密，扳桩入土嵌制深度一般为0.5到1.0米8.8.马蹄形大型铅丝笼填石护墩马蹄形大型铅丝笼填石护墩铅丝笼可用直径8毫米钢筋作骨架，用8号铅丝编成网眼作外框，大铅丝笼宽3米，高0.6米，大铅丝笼在岸上编成后，用船运到桥墩处下沉就位，填毛石，最后再加铅丝网盖9.9.混凝土板防护混凝土板防护 混凝土板属于局部冲刷平面防护，混凝土板应置于一般冲刷线以下，并应盖住所在位置的冲刷坑范围。混凝土板整体性强，抗冲耐磨，施工较方便，是一 种防护桥墩局部冲刷的有效措施10.10.三级消力坎防护三级消力坎防护当下游冲刷严重，为缓冲水流冲刷影响，可用浆砌块、片石或预制混凝土块筑成三级消力坎(或称三级跳坎11.11.海漫式防护海漫式防护同上目的，亦可采用海漫式缓冲水流海漫式防护可用砌石或铺筑混凝土 三桥墩、桥台的防护范围 桥墩、桥台平面防护的范围及尺寸与冲刷坑的形状和尺度有直接关系，它是由引起冲刷水 流的结构及其作用范围决定的。桥墩附近水流结构，主要是由两侧绕流形成的床面附近马蹄形漩涡体系塑造了桥墩冲刷的床面地形。嘉陵江上游峡谷河段的桥墩冲刷 桥梁墩台冲刷坑的宽度、范围和对它们进行平面加固的宽度和范围，主要决定于两方面的因素，即局部冲刷坑的深度局部冲刷坑的深度(综合反映了水流、综合反映了水流、墩形墩宽、流向各方面的影响因素墩形墩宽、流向各方面的影响因素)和床沙性和床沙性质质(沙性土的粒径沙性土的粒径)四桥墩根底抛石防护1.抛石尺寸粒径的选定 抛石粒径d和流速v、水深h的关系 2.石料抛距确实定 3.3.几点认识几点认识 1 1选定适宜的防护石块粒径和抛距，抛石可落在预选定适宜的防护石块粒径和抛距，抛石可落在预定的范围内，能遏制冲刷开展，稳定墩周围床面，定的范围内，能遏制冲刷开展，稳定墩周围床面，收到防护效益。说明抛石对桥墩局部冲刷防护是可收到防护效益。说明抛石对桥墩局部冲刷防护是可行的措施，对常年有水的大河中的桥墩或其他临时行的措施，对常年有水的大河中的桥墩或其他临时性防护性防护(如沉井施工等如沉井施工等)和抢险尤为适宜。和抢险尤为适宜。2 2抛石防护必须充分利用测量手段，密切监视河床抛石防护必须充分利用测量手段，密切监视河床和水流的变化。依据测量资料，抛石前选定防护重和水流的变化。依据测量资料，抛石前选定防护重点，石料粒径及抛距，规划防护范围和抛石厚度，点，石料粒径及抛距，规划防护范围和抛石厚度，备料及选择抛石方法；抛石时检查抛石效果，断定备料及选择抛石方法；抛石时检查抛石效果，断定新的防护重点，必要时变更抛石粒径及抛距；抛石新的防护重点，必要时变更抛石粒径及抛距；抛石后证实抛石的稳定及防护效益。水深可采用回声探后证实抛石的稳定及防护效益。水深可采用回声探深仪跟踪监测。总之、跟踪测量观测是到达防护目深仪跟踪监测。总之、跟踪测量观测是到达防护目的必不可少的手段。的必不可少的手段。3抛石粒径应包含大小粒径的级配，可使抛石层大小粒径互相嵌错，增加其稳定性。4级配碎石下沉时，未发现粒径大小不同，落距相应不同的分选现象。5通过管道将防护石块直送河底，对减少石块流失，准确就位，尽快收到防护效益，是一项好的措施。6加大抛石入水初速度对沉速、抛石的最小粒径和抛距无影响。五墩台根底注浆加固 在墩台根底之下或周围钻孔或打入管桩，通过孔眼或管孔，用一定压力把各种浆液(加固 剂)注入土层中，通过浆液凝固，把原来松散的土，固结为有一定强度和防渗性能的整体，或把岩石裂缝堵塞起来，从而到达加固地基，提高承载力的一种方法，在水利工程、岩土工程应较多。另外，配合其他水毁防治措施，对地基注浆加固，还可到达深层地基水毁防护的效果。六旋喷法加固施工七桩排对桥墩的防护 在桥墩上游来水方向的适当距离处设置防护桩(或桩排)，可减小桥墩的局部冲刷深度。但防护桩与桥墩的距离必须适当，距离过小，反而加深桥墩冲刷，造成危害。防护桩(排)对桥墩防护的机理有两方而，一 为防护桩(排)，阻挡了水流，产生绕流和本身冲刷，桥墩在其尾流之中，墩前水流已经过“消能；失去了强烈地冲刷能力；二为由桩排冲刷抵抗了由旋涡带到尾流区的泥沙，恰好能沉积在桥墩周围，回填了冲刷坑。