河流沖刷對(duì)橋梁基礎(chǔ)破壞的現(xiàn)狀研究

[摘要]橋梁水毀作為橋梁破壞的主要原因，其對(duì)橋梁安全造成的危害相當(dāng)嚴(yán)重，本文針對(duì)其目前的研究現(xiàn)狀和相關(guān)防護(hù)措施進(jìn)行系統(tǒng)的理論研究。

[關(guān)鍵詞]橋梁水毀；沖刷；數(shù)值模擬

1、引言

由于季節(jié)性的特點(diǎn)，在夏天有大暴雨，臺(tái)風(fēng)等，對(duì)自然環(huán)境造成了巨大破壞，如山體滑坡，橋梁結(jié)構(gòu)的破壞，洪水淹沒的道路。這些問題不是局部現(xiàn)象，可能發(fā)生在世界各國的任何一個(gè)地區(qū)。

橋梁是用于跨越江、河、溝壑等障礙物的交通構(gòu)造物，在我們的生活中和經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮著巨大的作用。橋梁因處于復(fù)雜的水環(huán)境中，橋墩局部泥沙沖刷導(dǎo)致橋墩基礎(chǔ)的承載力不足，使橋墩發(fā)生傾覆等變形甚至失穩(wěn)造成橋梁毀壞。水毀是橋梁所面臨的最大自然災(zāi)害。其中，沖刷是導(dǎo)致水毀的主要原因，是橋梁破壞的主要因素，有關(guān)資料表明，95%的橋梁倒塌由沖刷造成。

橋梁水毀作為橋梁破壞的主要原因，對(duì)其必須深入研究，通過查閱文獻(xiàn)，可以得知，橋梁水毀的主要原因是橋墩的局部沖刷，對(duì)其相關(guān)的理論研究也需要進(jìn)一步加強(qiáng)，必須通過可靠的實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出符合實(shí)際的計(jì)算公式，才能更好的應(yīng)用于工程實(shí)踐當(dāng)中。

2、國內(nèi)外仿真數(shù)值模擬的研究

近年來，隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件功能的不斷增加，數(shù)值模擬的方法已被廣泛用于工業(yè)和環(huán)境應(yīng)用中的流體流動(dòng)行為的確定。利用數(shù)值模擬研究橋墩周圍水流及沖刷過程已取得若干進(jìn)展，通過數(shù)值模擬可以清楚地得到復(fù)雜問題的數(shù)值解，并通過數(shù)值模擬可以直觀的觀察到結(jié)構(gòu)破壞的細(xì)微之處以及全過程，相對(duì)于實(shí)驗(yàn)研究有著比較大的優(yōu)勢(shì)。

了解到大多數(shù)橋梁毀壞是由災(zāi)難性的洪水造成的，同時(shí)由于在工程設(shè)計(jì)過程中的局部沖刷深度不正確的預(yù)測(cè)，從而導(dǎo)致局部基礎(chǔ)受到?jīng)_刷，會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，為了克服局部沖刷這個(gè)復(fù)雜的問題，當(dāng)自變量和因變量之間的關(guān)系是能夠得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)時(shí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）被認(rèn)為作為一個(gè)綜合的函數(shù)逼近的模擬方法較為符合。應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、克立格法和逆距離加權(quán)模型對(duì)局部沖刷對(duì)945種橋墩附近沖刷坑深度的研究，得出結(jié)論認(rèn)為利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN比已有的經(jīng)驗(yàn)公式在更寬的范圍和更準(zhǔn)確的條件下可以更加成功地預(yù)測(cè)的橋墩沖刷深度。

Kambekar和Deo使用不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析沖刷數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)沖刷深度。他們發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)更好的替代統(tǒng)計(jì)曲線擬合。同時(shí)有人利用貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)橋墩的平衡和時(shí)變沖刷深度進(jìn)行預(yù)測(cè)。他們表明，新的模型估計(jì)的平衡和時(shí)間依賴性沖刷深度更準(zhǔn)確地比現(xiàn)有的表達(dá)式；從這些模型中獲得的測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行了分析，并在一個(gè)河流環(huán)境中的橋墩附近的一個(gè)準(zhǔn)確的模型來預(yù)測(cè)當(dāng)?shù)氐臎_刷深度是比較符合實(shí)際的。

3、原因分析以及相關(guān)保護(hù)措施

通過文獻(xiàn)閱讀了解到造成水毀橋梁的原因主要有橋位的選擇不合理、橋孔太小加劇橋梁沖刷、墩臺(tái)基礎(chǔ)埋深不足（泥沙淤積，易被沖刷掏空而傾塌）、河道變遷（改變水流流態(tài)，加劇橋墩沖刷）、缺乏調(diào)治構(gòu)造物與防沖刷措施（可使用調(diào)治構(gòu)造物調(diào)節(jié)水流流向，這樣既提高了排洪效率，也避免洪流直接沖刷墩臺(tái)基礎(chǔ)乃至沖毀橋頭引道）、河道內(nèi)漂浮物造成橋梁水毀（淤積橋孔，橋前壅水，沖垮橋梁）。

在防護(hù)方面主要有拋石防護(hù)、擴(kuò)大橋墩基礎(chǔ)防護(hù)、混凝土鉸鏈排和混凝土模袋等。這些措施可以有效的防止洪水沖刷，其中各種措施都有優(yōu)缺點(diǎn)。

同時(shí)需要進(jìn)行正確的橋位選擇及橋孔設(shè)計(jì)，橋位選擇須經(jīng)過詳細(xì)的水文調(diào)查及工程地質(zhì)勘察，選擇灘槽穩(wěn)定、河道順直、橋位地質(zhì)條件良好且有利于通暢泄洪的橋位河段；同時(shí)需要確定合理的墩臺(tái)結(jié)構(gòu)型式。

對(duì)于河流的流態(tài)以及河岸的穩(wěn)定性需要加強(qiáng)維護(hù)；很多橋梁水毀是河床沖刷下切以及墩臺(tái)局部沖刷加劇使橋梁基礎(chǔ)埋深不足所致。

需要對(duì)橋梁墩臺(tái)進(jìn)行加固和維護(hù)；對(duì)橋下河床進(jìn)行鋪砌加固等措施可以減緩橋墩局部沖刷。