橋梁水毀防治課件

橋梁水毀防治

一、橋梁水毀的主要類型〔一〕橋梁墩臺和引道沖刷國內(nèi)外近年的統(tǒng)計，橋梁水毀大多是橋墩、橋臺和引道沖刷引起的?！捕成絽^(qū)河流上的橋梁因壅水過高，攜帶大量漂浮物將橋梁上部結(jié)構(gòu)摧毀山洪爆發(fā)來勢迅猛，河床沖刷較小甚至不能沖刷，致使望水高度達1—2m以上，洪水攜帶大量木材等漂浮物對橋跨結(jié)構(gòu)施加很大的水平?jīng)_擊力和推力，將梁橋支座剪壞或?qū)⒐皹蚬吧辖ㄖ輾А?/p>

〔三〕河道中大量開采砂石引起的橋梁和路基的沖刷因橋位河段多年采砂嚴重，造成天然河床下降，床面布滿紊亂的采砂坑、槽．致使水流紊亂，床面出現(xiàn)跌水等現(xiàn)象，在不大洪水通過時，沖毀墩、臺，橋梁垮塌。目前，我國橋梁及其沿河路基附近河道內(nèi)，挖砂情況較為普遍，應(yīng)當采取必要的管理措施，保證路橋平安?！菜摹成絽^(qū)涵洞進出口沖毀或堵塞致使路基坍塌山區(qū)公路涵洞進出口銜接的溝溪，受地形限制，常為陡槽急流。涵洞進出口河槽常修建跌水、急流槽、消力池等構(gòu)造物，引導水流和消能。假設(shè)小橋涵進出口處理不當或設(shè)計孔徑過?。０l(fā)生水毀。特別是出口鋪砌沖毀，逐漸向上游開展，沖毀洞口和路堤。二、受彎道水流沖刷的橋梁山區(qū)公路大多沿河修建，公路因趨就勢隨山區(qū)河流婉蜒而行。每年汛期山洪爆發(fā)，來勢迅猛，凹岸沖刷嚴重，致使路基邊坡沖刷坍塌，甚至引起山坡滑坡，造成公路水毀。修建在河流彎道上的橋梁，凹岸沖刷凸岸淤積，造成水毀而重建的也常發(fā)生。山嘴或建筑物桃流，使主流彎曲逼向?qū)Π叮趯Π缎纬伞鞍及稕_刷〞在支流匯入主流的下游對岸，也會受到“凹岸沖刷〞修建在平原河灣上的橋梁，平原河灣因泥沙細，變形快，主要表現(xiàn)在平面上凹岸橋臺沖刷嚴重，凸岸橋孔淤積堵塞，喪失泄洪能力。修建在山區(qū)河灣的橋梁，平面彎形因巖石河床制約，變化較小，特別是狹谷段的橋梁．不容許橋孔壓縮河槽，最好單孔跨過。洪水主要威脅是凹岸橋臺根底沖刷和凹岸水面超高、因基巖河床不能沖刷而使壅水過高，以及木材等漂浮物推力過大，造成水毀。修建在任何地區(qū)(包括平原地區(qū))河灣上的橋梁，也都要經(jīng)受河灣螺旋流的作用，引起凹岸橋臺嚴重沖刷，凸岸橋臺甚至橋孔淤積，形成水害水毀。水流由直河段進入彎道，因慣性而流向凹岸。受凹岸制約，水流沿凹岸曲線流動。水流在重力和離心力共同作用下，形成螺旋流，面流流向凹岸，而底流流向凸岸。螺旋流的存在引起斷面環(huán)流和泥沙橫向運動，對于彎道河床變形和河彎平面形態(tài)起著十分重要的作用。對于修建在河流彎道上的建筑物的安危及能否正常工作也有決定件的意義。一、河灣橋梁的防護橋梁防護工程保護的對象是橋梁墩臺的根底。而不同于河(航)道整治和防洪工程，河(航)道整治和防洪工程，要固定主槽和防護整個河道沿岸頂沖點(險工)的平安。其導治線離河岸較遠，丁壩及其他工程伸入河道往往很長。而公路防護要保護的是沿河路基和橋頭河岸的坡腳和橋梁墩臺的根底，導治線應(yīng)離河岸較近。一般情況下，不應(yīng)修筑很大的丁壩等挑水和阻水構(gòu)造物。更不應(yīng)輕易進行改河工程。在過去“人定勝天〞那種錯誤地把人類和自然對立起來的思潮影響下．為了低級公路的防護修筑長大丁壩或進行改河，造成事與愿違和巨大經(jīng)濟損失事例很多、應(yīng)吸取歷史教訓。根據(jù)近20年的工程實踐和理論研究，對于凹岸沖刷防護，采用石砌擋土墻或護坡配合埋在地下的石砌護坦淺基防護，是一種較理想的防護型式。它構(gòu)造簡單，但對洪水具有“順其性〞、“挫其峰〞、“分其勢〞和“調(diào)其向〞的作用。在較寬闊的河灣還可配合短而低的漫水丁壩群，或護坦上帶有潛壩，都可起到更大的防護效果。防護工程能否經(jīng)得起洪水的考驗，到達防護的效果，不僅決定于防護型式，更重要的是其修建的型式、位置及尺度是否滿足因勢利導的要求，對洪水是否做到了順其性，挫其蜂，分其勢，調(diào)其向和穩(wěn)其流，設(shè)計防護工程時必須了解引起水毀的機理。

二、工程事例上圖是秦嶺乾佑河某河灣1994年7月洪水后沖毀的一個丁壩。該丁壩修建在大約為90度彎道出口斷面，洪水沖走了壩長的3/4。其下游路基被伸入河槽的一塊基巖保護，末被沖毀。前面討論可知，彎道螺旋流從彎頂?shù)匠隹跀嗝媸切纬珊烷_展最強列的部位，出口斷面附近螺旋流最強，沖刷最深。在此修一個長細丁壩，首先，不順洪水“其性〞，也不采取挫其蜂、分其勢的設(shè)施，卻在彎道出口沖刷最強處，修一長丁壩，事與愿達，丁壩過長，橫斷面窄而高，極易水毀。設(shè)計人只注意了主觀的要求，卻不去研究彎道水流螺旋流形成和開展機理的客觀規(guī)律，導致防護工程的失敗。正確的方案應(yīng)是從上游彎頂附近修建護坡和護坦到出口斷面與下游基巖相接；或者自彎頂附近到出口斷面，修筑2至3個，大約長2到3m，高出床面1.2m，寬約1.5m帶園頭，頂面有縱坡的漫水短丁壩。將水流自螺旋流形成處起向下游逐漸挑離河岸。河灣橋梁防護一般應(yīng)處理好以下幾方面的問題：1．橋面高程必須計人凹岸水面超高，確保洪水、漂浮物、流水平安通過；2．凹岸橋臺與上下游護岸(擋土墻、護坡)平順連接，橋臺不應(yīng)凸出于凹岸之外；3．凹岸橋臺和凹岸一側(cè)的橋墩的埋置深度，必須計人凹岸沖刷的影響。4．必要時凹岸橋臺及上下游河岸應(yīng)整體進行防護。三、橋梁水毀的原因橋梁是跨越江河的建筑物，既有橋面通過車輛和行人荷載的功能，又有橋扎平安、暢通通過洪水的功能。兩方面的要求都能滿足的橋梁才是一座合格的橋梁。橋梁墩臺直接修建在河道或海灣之中，一旦水毀，修復困難，后果也較嚴重!橋梁水毀的防治應(yīng)著眼于預(yù)防，防止水毀的發(fā)生。對于絕大多數(shù)橋梁這也是可以做到的。這就要求在橋梁勘測設(shè)計階段，全面搜集水文和河床變形資料，正確處理橋位選擇、橋孔和墩臺布設(shè)以及調(diào)治構(gòu)造物的設(shè)置等，橋位設(shè)計問題。正確的橋位設(shè)計是防止橋梁水毀最主要的和最主動的措施。造成橋梁水毀的因素主要有以下幾方面：設(shè)計洪水(流量、水位)確定的是否符合實際，流量是反映河流水文特性的主要因素，橋梁必須滿足橋下平安通過設(shè)計洪水流量的要求。橋梁本身的因素：(1)橋位選擇。橋位河段水流暢通，便于洪水和漂浮物、泥沙通過，防止河床發(fā)生不利變形。(2)橋孔長度。滿足泄洪、輸沙、通航、流水的要求。(3)橋孔高度。滿足泄洪，漂浮物、通航、流冰的要求。(4)墩臺型式和埋置深度。滿足洪水沖刷的要求。(5)調(diào)治構(gòu)造物。引導洪水順直通過橋孔，防止河床發(fā)生不利變形。以上幾方面任何一種因素處理不當，都可能造成橋梁水毀。至今橋梁水毀仍是世界各國橋梁破壞最主要的原因。橋梁洪水災(zāi)害的表現(xiàn)較公路水毀更為復雜，形式多樣。有的沖毀橋墩、橋臺導致上部結(jié)構(gòu)破壞，有的沖斷橋頭路堤和流堤等調(diào)治構(gòu)造物，中斷交通，威脅兩岸平安。1.設(shè)計流量定的偏小，使設(shè)計橋長偏短，墩臺根底埋深不夠，造成墩臺沖倒、位移、橋頭路堤沖斷，甚至上部坍塌。很多橋梁水毀屬于這類情況。關(guān)鍵在于搜集、積累水文資料，建立或選擇正確的，符合當?shù)貙嶋H的洪水推算方法，正確地確定設(shè)計洪水流量。2.橋墩沖刷深度的計算方法和鉆孔灌注樁深根底施工技術(shù)都已較成熟，新建橋梁橋墩沖刷導致水毀，已不多見。橋墩沖刷引起橋梁水毀多見于20世紀80年代以前建成的淺基橋梁。3.橋臺沖刷引起的橋梁水毀至今還時有發(fā)生。跨越河灣橋梁的凹岸橋臺沖刷，主槽或股流擺動移向一岸橋臺的沖刷，橋孔過小河灘洪水繞流引起橋臺沖刷過深等情況，均可引起橋臺水毀。4.山區(qū)河流洪水漲水迅猛，河床為基巖或巨石，致使橋梁上游壅水很高，加上樹枝、樹干等漂浮物，對橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的水平推力，對橋下凈空缺乏且上部結(jié)構(gòu)較輕的橋梁，如鋼木結(jié)構(gòu)、雙曲拱等，可能造成水毀。需對橋梁整體水力進行計算即橋長、沖刷和壅水的整體水力計算；在河床比降很大，洪水暴漲，河床又無法沖刷下切的情況下，橋前最大壅水可達1到2m，與常用壅水公式算出的零點幾米的概念，不是一個數(shù)量級。所以會產(chǎn)生在橋墩完好的情況下，梁整體沖走的現(xiàn)象。5.水毀隱患較多的橋梁仍然是寬淺股流眾多、極不穩(wěn)定的變遷性河段和平原游蕩性河段上。變遷性河段和游蕩性河段上的橋梁的調(diào)治構(gòu)造物(導流堤、丁壩等)對于洪水平安通過橋梁和橋梁及其橋頭路堤的平安、橋位河段河床穩(wěn)定至關(guān)重要，調(diào)治構(gòu)造物處置不當，將會造成橋梁及公路水毀，危及兩岸的平安。調(diào)治構(gòu)造物的功能是直接引導和調(diào)治洪水和河床變形，保護橋梁及兩岸平安。水流和河床泥沙相互作用是永恒地不斷地進行著，河床形態(tài)也是不斷地變化著，調(diào)治構(gòu)造物能否與洪水運行和河床變形趨勢相適應(yīng)，每年汛期都應(yīng)觀察和觀測，及時采取相應(yīng)措施，進行調(diào)整。7.河槽內(nèi)長期大量挖沙，改變了河段河床的天然形態(tài)，使床面人工下降數(shù)米之深，橋梁根底埋置深度減小，洪水發(fā)生后產(chǎn)生局部跌水，急彎等，引起局部河床沖刷，沖倒橋墩，造成橋梁水毀。這種在沙礫河床中長期大量無序地開采砂石材料，破壞河床天然形態(tài)，威脅橋梁、堤防平安的狀況還較普遍，應(yīng)引起政府有關(guān)部門注意，加強對河道的管理。四、橋梁水毀的治理〔一〕橋梁墩臺平面防護和海漫式防護橋梁墩臺沖刷防護型式可分為直接防護和間接防護兩大類。直接防護就是直接設(shè)置在或附著在橋墩或橋臺上的防護構(gòu)造，用以直接抵御洪水沖刷，如橋墩、橋臺周圍床面的鋪砌、護坦、拋石、石籠以及在橋墩墩身上的防沖盤等；橋梁墩臺的間接防護，那么是通過橋梁上游或下游設(shè)置調(diào)治或防護構(gòu)造物如丁壩、導流堤、樁排或全橋孔下游的急流槽和消力池，固定橋孔下游沖刷基準面也稱海漫式防護。它可以調(diào)整橋下水流的流速、流向及泥沙運動狀態(tài)，引導洪水平順通過橋孔，防止墩臺過度沖刷。另外，通過注漿加固地基，以防水毀，也可視為間接防護。有的水壩下游河水沖刷嚴重的橋梁橋下斷面整體鋪砌并與下游的海漫式防護連成一體。

下游海漫式防護

如1971年建成的西萬公路石泉漢江大橋，因十年動亂，缺少統(tǒng)一規(guī)劃，就在橋梁竣工后數(shù)年就在橋上游約900米建成一水庫大壩和電站，其泄洪道位于南岸河灘之上，電站運行僅數(shù)年，就將河床靠南岸河灘最大厚度約11m的卵石沉積層沖走，變成河槽。橋墩根底全部沖出，有的基底邊緣被淘空，致使橋梁成為危橋。后經(jīng)橋墩根底周圍鋪砌防護，橋梁方能正常使用。

受水壩泄水沖刷影響的橋墩〔二〕橋梁墩臺沖刷常用的直接防護措施1.石籠或板樁防護

用竹子、鉛絲或鋼筋制成石籠護基，并將石籠間以鋼筋或鉛絲相互連結(jié)下沉在土質(zhì)或細砂礫河床，可筑板樁圍堰堰內(nèi)填砂礫、石。注意板樁頂面標高不應(yīng)高于河床2.水泥混凝土板或混凝土預(yù)制塊防護當河床不穩(wěn)定，根底埋置深度淺，沖刷范圍較大時，宜取平面防護，其范圍視具體情況而定3.塊石、片石防護亦可采取雙層或單層塊、片石作平面防護，但當河床面有淤泥雜物時，須去除，填以砂礫夯實后再行砌石，方能穩(wěn)固4.梢捆防護用長約1.5m鮮柳技、荊條編成梢捆，內(nèi)裝片石或卵石，成捆置放于根底四周防護，具有較好的防沖效果。當沖刷力較大，可在梢捆上加壓石塊穩(wěn)定5.大橋拋石防護拋石防護用于深水墩臺，將石塊拋在橋梁墩臺四周被沖刷的坑內(nèi)，填滿至高于河床面，以防再次沖刷6.中小橋拋石防護中小橋梁墩臺的拋石防護，應(yīng)注意橫橋跨的門坎埋置深度須比墩臺四周挖深1.2到1.5m，以防水流正面沖刷7.板樁墩頭防護土質(zhì)和砂礫石的變遷性河段，可采用板樁進行墩頭防護。板樁頂面一般不應(yīng)高出河床面，最好埋置在沖刷線以下，因板樁高出床面，會產(chǎn)生阻水，在板樁前造成局部沖刷，影響護樁平安。板樁尖頭做成單向斜口式，打樁時可使板樁接縫緊密，扳樁入土嵌制深度一般為0.5到1.0米8.馬蹄形大型鉛絲籠填石護墩鉛絲籠可用直徑8毫米鋼筋作骨架，用8號鉛絲編成網(wǎng)眼作外框，大鉛絲籠寬3米，高0.6米，大鉛絲籠在岸上編成后，用船運到橋墩處下沉就位，填毛石，最后再加鉛絲網(wǎng)蓋9.混凝土板防護

混凝土板屬于局部沖刷平面防護，混凝土板應(yīng)置于一般沖刷線以下，并應(yīng)蓋住所在位置的沖刷坑范圍?；炷涟逭w性強，抗沖耐磨，施工較方便，是一種防護橋墩局部沖刷的有效措施10.三級消力坎防護當下游沖刷嚴重，為緩沖水流沖刷影響，可用漿砌塊、片石或預(yù)制混凝土塊筑成三級消力坎(或稱三級跳坎〕11.海漫式防護同上目的，亦可采用海漫式緩沖水流海漫式防護可用砌石或鋪筑混凝土〔三〕橋墩、橋臺的防護范圍橋墩、橋臺平面防護的范圍及尺寸與沖刷坑的形狀和尺度有直接關(guān)系，它是由引起沖刷水流的結(jié)構(gòu)及其作用范圍決定的。橋墩附近水流結(jié)構(gòu)，主要是由兩側(cè)繞流形成的床面附近馬蹄形漩渦體系塑造了橋墩沖刷的床面地形。嘉陵江上游峽谷河段的橋墩沖刷

橋梁墩臺沖刷坑的寬度、范圍和對它們進行平面加固的寬度和范圍，主要決定于兩方面的因素，即局部沖刷坑的深度(綜合反映了水流、墩形墩寬、流向各方面的影響因素)和床沙性質(zhì)(沙性土的粒徑)〔四〕橋墩根底拋石防護1.拋石尺寸〔粒徑〕的選定拋石粒徑d和流速v、水深h的關(guān)系

2.石料拋距確實定

3.幾點認識1〕選定適宜的防護石塊粒徑和拋距，拋石可落在預(yù)定的范圍內(nèi)，能遏制沖刷開展，穩(wěn)定墩周圍床面，收到防護效益。說明拋石對橋墩局部沖刷防護是可行的措施，對常年有水的大河中的橋墩或其他臨時性防護(如沉井施工等)和搶險尤為適宜。2〕拋石防護必須充分利用測量手段，密切監(jiān)視河床和水流的變化。依據(jù)測量資料，拋石前選定防護重點，石料粒徑及拋距，規(guī)劃防護范圍和拋石厚度，備料及選擇拋石方法；拋石