潮流作用下桥墩局部冲刷深度计算公式的建立与验证

桥梁水毁大多因桥墩局部冲刷所致,桥墩局部冲刷深度的可靠预测是保证桥梁安全运行的基础。国内外对河流上的桥墩局部冲刷做过大量研究,建立了可供设计使用的桥墩局部冲刷计算公式。对于河口海湾及沿海地区跨海湾桥梁,其作用水流多为极其复杂的双向潮流,原有公式常难以适用。利用水槽试验成果结合其他河口海湾地区的相关研究成果,通过量纲分析及多元回归法建立了潮流作用下桥墩局部冲刷的计算公式。该公式结构简单,参与多元回归分析的数据多,各参数的取值范围均较广,并应用大量现场实测资料以及其他河口海湾及近海地区桥墩、人工岛、塔基等构筑物的试验值进行了较好验证,可供河口海湾及近海地区相关工程局部冲刷深度估算时参考应用。

钱塘江河口闻家堰段护底抛石研究

利用水槽试验结合工程现场观测对不同条件下单颗粒及混合石料的漂移、分选、抗冲等情况进行了对比 ,提出了较好的抛投方法及既有利于海塘稳定又节约投资的护底形式 ,取得了巨大的社会效益和经济效益 ;同时导得动水中单颗粒抛石落距的计算公式及船抛石料床面分布面积与船体开口面积、石料中值粒径、水流佛汝德数等之间的经验关系 ,可供进一步深入的理论研究和工程施工参考运用。

金塘大桥桥墩附近的海床冲刷

东起舟山市金塘岛的沥港镇,跨越灰鳖洋,西至宁波市镇海区新泓口的金塘大桥,为舟山大陆连岛工程的主体。大桥全长为18.5km,海面桥墩近350个,桥墩附近海床冲刷深度主要包括因风浪和潮流引起的自然冲刷、因建桥使过水断面缩窄而产生的一般冲刷和桥墩阻水形成的马蹄形漩流引起的局部冲刷。河流上桥墩局部冲刷已进行过大量研究,建立了可供设计使用的桥墩冲刷计算公式,而金塘大桥位于灰鳖洋海域,作用水流为极其复杂的往复流,使海床局部冲刷深度难以利用现有公式进行计算,因此采用海域实测地形资料分析了桥轴线附近的海床自然冲刷,利用水槽正态模型试验模拟研究了桥墩附近的一般冲刷和局部冲刷。实测资料表明,该海域潮流流速大小与潮差有较好的相关关系,潮差越大,潮流流速也越大,而桥墩的局部冲刷深度也随流速的增大而增大,因此,选取潮差频率为300年一遇和10年一遇的特大潮分别作为运行期和施工期的潮流边界。桥位所处的海床较为稳定,故以最新的实测地形各桥墩处高程作为冲刷试验起始高程。试验初期桥墩附近海床快速下切形成冲刷坑,随后冲刷值迅速减小,海床渐趋稳定。研究表明,该大桥所处海域总体上趋于动态平衡状态,桥轴线东段微冲、西段微淤。运行期金塘大桥附近的海床自然冲刷,一般均在1.1m以内,仅在主槽附近较大,约5m左右。试验表明,潮流作用下桥墩附近的一般冲刷和局部冲刷均明显大于自然冲刷幅度,主墩最大局部冲刷幅度为14.4m,引桥桥墩最大局部冲刷幅度为7.8～10.3m;据此可得到桥墩附近海床的总体冲刷幅度和设计高程,不仅为工程建设、运行的安全性及经济性提供了坚实的技术支撑,而且可供其它海域建桥后桥墩附近海床的冲刷研究提供参考。

杭州湾跨海大桥对钱塘江河口水流的影响

通过河工模型试验,研究建设在潮汐河口的特大型桥梁——杭州湾跨海大桥对水环境产生的影响。杭州湾跨海大桥河工模型上边界选在老盐仓,下边界定在金山,平面比尺为1000,铅直比尺为100,模拟总水域面积约2200km2;模型运用2000年9月杭州湾实测水下地形及大范围同步水文测验资料进行了验证,其精度较高。在此基础上,结合实测资料分析,运用定床模型试验对杭州湾跨海大桥建成后附近水域流态的变化及对钱塘江涌潮、上游行洪等的影响进行了分析和预测。建桥前后潮位、流速流向、潮流量以及涌潮高度等试验数据的变化表明,杭州湾跨海大桥建成后对钱塘江河口水流的影响主要在桥位近区,对涌潮、上游行洪基本没有影响。

上虞新港建港水域条件研究

钱塘江尖山河段主槽摆动频繁、河床冲淤剧烈,上虞新港(世纪丘新围堤线外)位于尖山河段南岸,可选择范围目前恰为高滩。文章在河床演变资料分析的基础上,采取"人工变形"预测与大范围动床模型试验预测等手段研究了世纪丘围涂工程实施后堤外高滩的变化。研究成果表明,世纪丘围涂后,堤外存在建造码头的可能性(吨位较小、作业时间短、保证率低),并针对钱塘江河口潮差大的特点,建议采用"闭合式港池"形式,通航船只吨位可达3000吨级。"闭合式港池"的设想为钱塘江河口航运资源的开发提供了一条新的思路,必将带动钱塘江河口航运事业的发展。

潮流作用下桥墩局部冲刷规律研究

桥墩局部冲刷深度的可靠预测是保证桥梁安全运行的基础。我国对河流上的桥墩局部冲刷做过大量研究,但河口海湾及沿海地区跨海湾桥梁,往往水域宽阔,作用水流多为极其复杂的双向潮流,目前针对性的研究尚少。通过对钱塘江河口及杭州湾的嘉绍大桥、杭州湾大桥和金塘大桥在潮流作用下的桥墩局部冲刷开展水槽试验,研究了桥墩在潮流作用下的冲刷坑形态与冲刷过程,并对潮流作用下桥墩局部冲刷深度的主要影响因子进行了分析。

动水抛石漂移距离的计算

利用力学分析 ,导出了抛石在动水中的漂移距离公式。该公式与以往的抛石公式相比 ,具有 3大优点 :从理论的角度对抛石的运动机理进行了初步分析 ,对于进一步深入的理论研究具有参考价值 ;对于运动中抛石的漂移距离可以列表计算供施工参考应用 ;通过计算 。

曹娥江大闸闸下冲刷研究

通过整体模型针对曹娥江大闸可能出现的正常和不利淤积面貌进行闸下冲刷研究,曹娥江大闸因其规模大、工程条件复杂,被誉为"中国潮汐河口第一大闸",模型分潮沟维护和洪水前拓宽潮沟两种工况进行试验,得到了不同条件下冲刷闸下淤积泥沙所需水量,结论与实测资料分析、水槽模型等得到的较为一致,相互印证,为工程的建设及运行提供了可靠的依据.

杭州港出海码头水域条件分析论证

通过分析杭州萧山岸段的水域条件,论证了杭州建设出海码头的可行性。结果表明,建设开敞式码头存在泊位区低潮位水深较浅、有涌潮和快水、船舶停泊装卸条件差等不利因素,保证率较低,可按专用码头进行考虑;建设"闭合式港"可以避免开敞式码头存在的不利因素,但须重视口门泥沙淤积强度大和进港难度大等问题。

变态河工模型中的水流阻力相似分析

通过钱塘江河口闻家堰河段水文测验资料,得到了该河段的水流阻力损失的构成、各种阻力损失的大小以及该河段的河床糙率系数,同时对变态河工模型中的糙率相似问题进行了深入探讨。理论分析和模型验证结果表明,河工模型在几何相似满足的前提下,只需满足河床糙率相似,即可基本满足模型中水流阻力的相似问题。

新安江马目大桥通航孔跨度研究

新安江马目大桥位于"Ω"型弯道出口狭颈处,由于两岸陆上选址的条件限制,桥轴线与水流存在一定的夹角,为了保证船舶通航安全,利用数学模型对桥轴线附近的水流流场进行计算,据此对通航孔的跨度布设合理性进行分析,为桥跨布设提供科学依据,可供类似桥梁设计时参考。

潮汐河口支流建闸闸下淤积研究

潮汐河口建闸的关键问题是闸下淤积。在潮汐河口支流口门上建闸,其闸下淤积面貌主要取决于干流主槽的位置,这与在潮汐河口干流上建闸的闸下淤积问题有着本质上的差异。以钱塘江河口支流曹娥江口门建闸为例,应用河床演变分析、动床实体模型和现场冲淤试验预测了曹娥江大闸闸下淤积面貌和淤积速率,为曹娥江大闸的建设提供了科学依据。

强潮地区桥墩局部冲刷模型验证方法研究——以杭州湾跨海大桥桥墩局部冲刷研究为例

从建立强潮地区桥墩局部冲刷模型的重要性出发,简要介绍了通过水槽试验所建立的杭州湾跨海大桥局部冲刷模型.强潮特性使得杭州湾跨海大桥桥墩局部冲刷的实际数据获取难度较大,据此提出了基于海底声学探测技术的数据获取方案,即利用多波束测深技术进行桥墩局部海床高程测量、利用多普勒声学测量技术进行潮流测量等,同时结合底质钻孔取样进行底质分析.在介绍了实测数据的处理方法后,结合桥墩设计资料进行了模型参数的计算及模型验证,并根据桥墩实际情况对验证结果进行了相关分析,最后肯定了本方案对于强潮地区进行桥墩局部冲刷观测的适用性.

浙江苍南电厂冷却水温排放的数值模拟

电厂排放的冷却水水量大且热量高，其排放的热水将引起周围水域水温的升高，导致不同程度的热污染。针对浙江苍南电厂附近海域水流和污染物的对流扩散特点，采用MIK E21软件对电厂温排水进行数值模拟，分析不同潮型、不同流量及不同季节下的最大温升包络面积和取水口的温升变化。研究结果表明，电厂冷却水温排放的最大温升包络面积范围与流速和水深的关系密切。从本工程的情况来看，在高温升（4℃）区以保证率为97％的低水位潮型下的最大温升包络面积为最大，达0．69km^2，大潮、中潮和小潮相应的面积分别为0．63、0．66和0．48km^2；在低温升（0．5℃）区以小潮相应的面积为最大，达14．96km^2，中潮、大潮和保证率为979／6的低水位潮型相应的面积分别为13．48、10．30和6．90km^2。温升包络面积与电厂冷却水的排放量不为线性关系。冬季电厂冷却水排放的温升包络面积大于夏季，冬季4℃温升包络面积是夏季的3倍，其它各级温升包络面积为夏季的1．1～1．4倍。由于取排水口被挡沙防浪堤隔开，故取水口区域的温升较小。研究成果可为电厂的建设提供依据。

潮汐河口泥沙物理模型若干问题探讨

探讨了不同类型泥沙物理模型的主要相似准则、模型沙选择、时间变态的处理、冲淤验证资料的选取、局部动床的范围、动床模型试验的重复性等问题,并以杭州湾大桥动床模型试验为例予以进一步说明。

浙东淤泥质潮滩试挖槽台风骤淤观测分析

在浙东开敞海区的淤泥质浅滩上开辟深水航道具有一定的风险。试挖槽试验表明,浅滩上泥沙粒径变化较大,台风作用下试挖槽内泥沙聚集,快速密实,淤积量较大,发生骤淤,仅存在少量的浮泥。骤淤现象主要由于浅滩处于破波带,泥沙属于极细沙,试挖槽内流动弱,槽底泥沙群体沉速大。

金塘大桥桥轴线优化及建桥对水流和航道的影响

金塘大桥跨越灰鳖洋，连接金塘岛沥港镇与宁波镇海新泓口，全长18．5km，为舟山连岛工程的主体。该大桥工程所在海域潮汐为非正规浅海半日潮，历年最大湖差为3．67m，多年平均潮差为1．91m；潮流呈往复流特征，且基本平行于峡道走向。金塘大桥水域东侧微冲，西侧微淤，深泓摆幅较小，深槽稳定。在海床演变分析的基础上，运用数学模型进行了桥轴线的优化，由实体定床与动床模型探讨了建桥对水动力的影响。数学模型选用2002年3月和11月实测水文测验资料对模型进行率定和验证。物理模型选取中值粒径为0．2mm的塑料沙作为动床试验的模型沙，选用2002年11月实测水文测验资料对定床模型进行验证，选用2002年11月和2003年4月两次水下地形资料对动床模型进行河床冲淤验证，验证精度均满足相关规范要求。研究结果表明，以推荐的方案建桥对桥位近区的湖位、流速与潮量的影响均较小。建桥后，下游高潮位有所抬高，上游高潮位有所降低；上游低潮位有所抬高，下游低潮位略有降低。由于桥墩的阻水作用，使该桥所在海域海流流速整体上略有减小，减小量一般在5％以内；桥墩间因海流集中使流速有所增加。建桥使主航道航深有所增加，桥位近区与远区分别冲刷0．6～0．8m和0．1～0．2m；西航道桥轴线近区冲刷0．4～0．5m，远区淤积0．1～0．2m。建桥对甬江口、金塘锚地、七里屿锚地均无明显的不良影响，对北仑港区基本没有影响。

船抛块石随机模型研究

利用Monte Carlo法对抛石机理进行了初步研究 ,并与水槽试验进行对比 ,结果较为满意 。

杭州湾跨海大桥河工模型设计与验证

根据平面二维非恒定流运动方程和连续方程推导出模型相似比尺,从而进行模型设计。模型上边界选在老盐仓,下边界定在金山,模拟总水域面积约2200km2;模型先按1998年实测的准1∶50000水下地形制作,并利用1998年大范围水文资料作初步验证,再运用2000年9月杭州湾实测水下地形及大范围同步水文测验资料对模型进行正式验证。验证结果表明,模型沿程潮位、模型测点流速、流向等均与水文测验资料吻合良好,达到了较高的验证精度,为杭州湾跨海大桥建成后对周围水域变化情况的预测和桥轴线与桥孔布设合理性论证奠定了坚实的基础。

杭州湾跨海大桥非通航孔桥跨比选方案的模型试验

利用水平比尺与铅直比尺均为100的正态断面模型,研究了杭州湾跨海大桥非通航孔两个桥跨的桥墩对水流的影响。方案一为50m跨径的桥墩方案,在模型中布置了7跨6个桥墩;方案二为70m跨径的桥墩方案,在模型中布置了5跨4个桥墩。在桥位附近的不同距离处还布设了5条断面16个流速测点和4个水位测站,以反映不同桥墩对周围环境的影响,结果表明,两个方案的流速变化率均在9%以内,水位壅高值在0.17m以内。相对而言,方案一对水流影响稍大,但两方案的流速变化率最大差异仅为1.6%,水位变化最大差异为0.03m,与杭州湾跨海大桥整体模型的试验结果基本一致。由于两个方案对水流的影响均在同一量级,且50m跨径的桥墩可以节省巨额投资,又便于施工,因此,建议杭州湾跨海大桥的非通航孔采用50m跨径。