橋涵水文橋墩沖刷的檢測監(jiān)測和防護(hù)

1、橋涵水文第次研討會- 橋墩沖刷檢測、監(jiān)測和防護(hù)專題名： 業(yè)：道路橋梁與渡河工程號：完 成 日 期：橋涵水文第二次研討會 - 橋墩沖刷檢測、監(jiān)測和防護(hù)專題 摘要：橋墩沖刷是造成橋梁毀壞的主要原因之一， 研究橋墩沖刷 的監(jiān)測、檢測和防護(hù)十分必要。為此，在三個部分分別簡要分析了常 用的手段方法和一些新興的方向， 并結(jié)合具體事例予以說明， 其中監(jiān) 測手段主要介紹了超聲監(jiān)測、 時域反射系統(tǒng)和光纖布拉格光柵傳感器 監(jiān)測；檢測部分主要介紹了潛水、攝像和水下機器人檢測；防護(hù)方面 主要介紹了主動防護(hù)法中的防護(hù)板、 阻砂檻和被動防護(hù)的拋石防護(hù)法 及其改進(jìn)。關(guān)鍵詞： 橋墩沖刷、監(jiān)測、檢測、防護(hù)。0 引言沖刷是水流對

2、河床的沖蝕淘刷過程 , 是組成河床的泥沙顆粒被水 流沖走, 致使河底高程降低或河岸后退的過程。沖刷是導(dǎo)致橋梁水毀 的一個重要原因 , 世界各國每年都有許多橋梁因洪水的沖刷而毀壞。 橋梁沖刷分為三類：自然演變沖刷、一般沖刷和橋墩局部沖刷。自然演變沖刷： 指的是在不受水工建筑物影響的情況下， 由于水 流挾帶泥沙行進(jìn)而引起的河床沖刷。一般沖刷：建橋后，橋孔壓縮水流，致使橋孔上游水流急劇集中 流入橋孔，在橋孔稍下游處，形成收縮斷面。該斷面處流速梯度很大， 床面切應(yīng)力劇增，引起強烈的河床泥沙運動，床面發(fā)生明顯沖刷。橋墩局部沖刷： 局部沖刷是水流在受到阻攔時， 其結(jié)構(gòu)發(fā)生急劇 變化。水流的繞流使流線急劇彎

3、曲， 床面附近的漩渦劇烈淘刷迎水端 和周圍的泥沙，劇烈淘刷橋墩迎水端和周圍的泥沙， 形成局部沖刷坑。 隨著沖刷坑的不斷加深和擴大， 坑底流速逐漸降低， 水流挾沙能力隨 之減弱，當(dāng)趨向輸沙平衡時，沖刷隨即停止，局部沖刷坑達(dá)到最深。 沖刷坑外緣與橋墩前端坑底的最大高差，就是最大局部沖刷深度。為了防治橋墩在沖刷下穩(wěn)定性受損， 研究橋墩沖刷的檢測、 監(jiān)測 和防護(hù)具有重大意義。 本文除了對現(xiàn)在應(yīng)用的或者理論成熟的沖刷進(jìn) 行介紹以外，也介紹了新興理論、方法（例如基于結(jié)構(gòu)動力分析的橋 梁沖刷分析、水下機器人進(jìn)行橋墩沖刷檢測等等） ，以期了解更多關(guān) 于橋墩沖刷檢測、監(jiān)測和防護(hù)的前沿知識。1 橋梁沖刷的監(jiān)測在介

4、紹橋墩沖刷的監(jiān)測之前，先對監(jiān)測和檢測的概念加以區(qū)分。 監(jiān)測和檢測兩者看似差不多， 但還是有區(qū)別的。檢測一般只物探檢測， 用聲波、雷達(dá)等信號對結(jié)構(gòu)和巖體進(jìn)行探測， 是周期性的或不定期的； 監(jiān)測一般做為長期狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測， 一般在結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)儀器進(jìn)行長期 實時監(jiān)測。 當(dāng)然，基于這種分析，很多監(jiān)測技術(shù)方法、手段自然可 以應(yīng)用到檢測中。沖刷深度是沖刷影響橋梁安全的最重要因素 , 沖刷深度的監(jiān)測對 于橋梁的安全至關(guān)重要。 目前已有橋梁沖刷的監(jiān)測方法在實施過程與 監(jiān)測效果都存在著相應(yīng)特點、 優(yōu)勢和不足之處， 該部分主要介紹超聲 波監(jiān)測、時域反射系統(tǒng)和利用光纖布拉格光柵傳感器監(jiān)測。 基于 GPRS 的橋梁沖刷

5、監(jiān)測系統(tǒng)、橋梁基礎(chǔ)沖刷過程原位電學(xué)監(jiān)測等新型方法，該部分不做重點介紹1.1 超聲波監(jiān)測利用超聲波的一些有利特性 , 可以設(shè)計出基于超聲感應(yīng)原理的沖 刷監(jiān)測系統(tǒng)。超聲波擁有良好的傳播性能 ,具有非常好的方向性 , 可以 在聲阻抗不同的兩種介質(zhì)的界面上發(fā)生反射。 其優(yōu)點十分明顯： 超聲 波具有良好的穿透性和良好的界面反射效應(yīng)。 而且聲吶設(shè)備具有易于 安裝，技術(shù)成熟的優(yōu)勢。根據(jù)選擇的聲納頻率不同，可以得到不同精 度的測量結(jié)果（最高精度可精確至 0.1m 及以上）。但是使用聲納技術(shù) 監(jiān)測沖刷深度也有一些缺點： 除了超聲波在水中傳播有削減、 聲納設(shè) 備并價格較高等常規(guī)特點， 超聲監(jiān)測用于橋墩沖刷本身也有

6、一些難以 克服的缺點（該部分最后會作詳細(xì)說明） 。以下將簡要介紹常用的聲 吶監(jiān)測設(shè)備：圖 1 是常用的移動式雙探頭式監(jiān)測方法。 發(fā)射端探頭和接收端探 頭并排放置在水面處 , 探頭的發(fā)射面和接收面要放置于水面之下。工 作時,聲吶探頭超聲波從發(fā)射端探頭發(fā)出 , 遇到水于河床底部界面 , 會 在界面處發(fā)生反射 , 反射回來的超聲波能夠被接收端探頭接收。用發(fā) 射信號和接收信號之間的時間差的與聲波在水中的波速相乘 , 即可以 求得河床的深度。當(dāng)裝置在水面上拖行時 , 可以將行駛路線上的河床深度測出來。圖 2 所示的是固這種方法通常使用一個超聲波監(jiān)測方法探頭, 這種探頭既能發(fā)射信號又能接收信號。超聲探頭向

7、前發(fā)射超聲圖 1：移動式雙探頭式聲納監(jiān)測方法波 , 超聲波在水中向前傳播 , 會在河床底部發(fā)生反射 , 反射信號可以被 發(fā)射探頭接收。 用發(fā)射信號和接收信號之間的時間差的與聲波在水中的波速相乘 , 即可以求得河床的深度 , 深度的變化反映了河床的變化?；谝陨蟽煞N方法原理 ,刷的核心在于但是這利用發(fā)射信號與接信號的時間差來直接反映河床深度的變化種方法的缺點也是顯而易見的 :1、移動式監(jiān)測方法只適用于日常的河床位置的變化, 不適用于洪, 這種方法可以算是水期間的沖刷監(jiān)測。當(dāng)水位圖穩(wěn)2：定固定、式流聲納速監(jiān)測穩(wěn)方定法時 種比較好的一般沖刷的監(jiān)測方法 , 但是對于洪水期間的河床變化未能 為力, 也不

8、能有效用于橋墩附近局部沖刷的監(jiān)測。而局部沖刷對橋梁 安全威脅最大 , 并且最大沖刷深度一般發(fā)生在洪水期間 , 因此這種方 法的有效性大打折扣。對于固定式的監(jiān)測方法 , 由于要求能夠在洪水 期間工作 , 而洪水中往往夾雜著石塊、 漂浮物等 , 這些隨著流水高速流 動的雜物具有相當(dāng)大的沖擊力 , 一對超聲探頭造成損壞。2、超聲波在水中傳播時會有衰減 , 尤其是在洪水期間 ,水的含沙 量很高 , 而且水中中夾雜著大量的氣泡和多種雜物 , 超聲波能夠在這 種水流狀態(tài)下傳輸?shù)木嚯x大大減小 , 嚴(yán)重的制約了監(jiān)測的效果。3、超聲波可以在界面處發(fā)生反射 , 但是洪水期間 , 河床底部的泥 沙在不斷的運動 ,

9、有大量的泥沙被洪水帶走 , 又有大量的泥沙從上游 流入并沉積。在這種河床劇烈變化的環(huán)境中 , 河床與水的界面將變得 模糊, 使得超聲波沒有清晰的反射界面 , 反射的超聲波強度大大減弱這部分反射波在復(fù)雜的水流中繼續(xù)衰減 , 實際到達(dá)接收端的信號強度 非常微弱 , 使得檢測結(jié)果難以辨別和解讀。由于以上存在的種種缺陷 , 目前應(yīng)用于橋梁沖刷監(jiān)測中的超聲波 技術(shù)并沒有取得令人滿意的效果。 即使最來有學(xué)者開發(fā)出了一些的改 良技術(shù), 但是并沒有從根本上克服上述缺陷 , 其效果仍然值得商榷。時域反射系統(tǒng)時域反射系統(tǒng) (Time Domain Reflectometry 簡稱 TDR)用于橋梁沖刷的監(jiān)測該系統(tǒng)

10、的原理是操作裝置通過傳輸線以一定的速度發(fā)出一 個脈沖，脈沖沿著傳輸線進(jìn)行傳播直到其末端，除非中間有斷口，這 些斷口是由于空氣和水或水和沉積物的入侵造成的， 這樣一部分信號 就會被反射回來 通過研究這些信號的返回時間， 就可以計算出不連 續(xù)點的位置圖 3是TDR的實驗裝置目前相關(guān)研究表明 TDR可以準(zhǔn) 確提供輸沙和橋梁沖刷數(shù)據(jù)， 并對嚴(yán)重沖刷情況予以預(yù)警 即便是高1.3. 光纖布拉格光柵1.3. 光纖布拉格光柵隨著光電學(xué)和用到結(jié)構(gòu)健康檢測纖布拉格光柵傳感感知應(yīng)變和溫度的變化， 并由此改變自身反射光波波長，F(xiàn)B)監(jiān)測(fiber Bragg g(fiber Bragg grating光纖傳感器被越

11、該傳感器能當(dāng)光束傳播能水流狀態(tài)下， 這種儀器也能提供實時的動態(tài)沖於數(shù)據(jù)。 但是尚未在 我國找到實際應(yīng)用案例圖 3： TDR實驗裝置到光纖布拉格光柵時， 光纖就會反射一種特定波長的光波， 通過對變化的反射波長的采集即可實現(xiàn)對待測物理量的監(jiān)測。該方法主要有以下優(yōu)點： （1）光纖光柵傳感技術(shù)在木結(jié)構(gòu)健康 監(jiān)測領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景， 相比于傳統(tǒng)的機械電子類傳感元件具 有多方面的優(yōu)點；（2）分布式光纖光柵傳感技術(shù)相比于傳統(tǒng)的點式應(yīng) 變傳感技術(shù)存在巨大優(yōu)勢， 其既可很好的反映結(jié)構(gòu)的整體模態(tài)信息且 對結(jié)構(gòu)的局部信息也非常敏感； （3）長標(biāo)距 FBG傳感器的封裝方法具 有很好的實用性， 其不僅對傳感器工作環(huán)

12、境給予保證而且對傳感器的 基本性能影響不大，對其在實際工程中的應(yīng)用給予可靠的保證。人、潛水），法在工程實踐經(jīng)相關(guān)實驗驗證， 這兩種傳感器在洪水期間依然有效， 而且這種 傳感器可以測量水位、沖刷深度、沉積物高度等一系列問題實驗結(jié) 果表明，采用光柵傳感器在橋梁沖刷實時監(jiān)控領(lǐng)域中有進(jìn)一步應(yīng)用的 潛力。與時域反射系統(tǒng)一樣，該方法也只停留在理論研究階段，尚未 在我國找到實際應(yīng)用案例。水下攝像、適用范圍。水下攝像與潛橋 該方法是新型水下機器 水檢測方 檢測方法， 有關(guān)實例圖證4：明應(yīng)了用 方FBG法進(jìn)行的橋可墩沖行刷監(jiān)性測。的兩種此模型外還有基于動力特性識 別的橋墩沖刷狀態(tài)分析等新興方法 （基于結(jié)構(gòu)自振頻

13、率與振型， 對其 合理篩選后轉(zhuǎn)換得到能反映橋梁狀態(tài)的結(jié)構(gòu)柔度矩陣， 基于該結(jié)構(gòu)柔 度矩陣得到反映關(guān)注方向結(jié)構(gòu)剛度的 “計算結(jié)構(gòu)位移差”），只在此對 原理簡要說明。2.1. 潛水監(jiān)測檢測時， 由潛水員手持帶照明設(shè)備的水下攝像器材下潛作業(yè)， 攜 帶小塊磁鐵、鏟刀、鋼尺、引水定位砣繩及探照燈，并配合實時監(jiān)控 錄像系統(tǒng)來獲取水下結(jié)構(gòu)物的影像資料， 潛水員與水面監(jiān)控人員實時 通訊聯(lián)系，以保證檢查攝錄影像的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)物缺陷的各個細(xì)節(jié)及遇 到突發(fā)事件的反應(yīng)能力潛水檢測的優(yōu)點在于對基礎(chǔ)附近的水質(zhì)要求較低 （無論清水、 混水均可），在檢測區(qū)域內(nèi)不留死角，且在檢測的同時，可以對一些缺 陷進(jìn)行及時修補。 缺圖點4是

14、：利檢用測潛水速作業(yè)度方慢法進(jìn)、行水檢中橋測墩基費礎(chǔ)用檢測高以及潛水員人身安 全威脅較大，特別是在深水、湍急河流以及橋下有沉船等情況下，潛水員容易出現(xiàn)安全事故。 從理論上講， 只要潛水深度在生命安全范圍 內(nèi)（一 般不超過 60m），潛水檢測基礎(chǔ)均能實施。因此，除了坐落于 大江大河上的橋梁以及跨海大橋外（一般水深均較深） ，潛水檢測對 于一般的大橋、特大橋基礎(chǔ)均能實現(xiàn)檢測任務(wù)（1）檢測范圍：墩臺水面線至河床位置。移動路線：從水面線起，按潛水員距離基礎(chǔ) 60cm 內(nèi)的俯仰視角 范圍（約 1.5m），大致等分為若干個此深度范圍的區(qū)域，在每個深度 區(qū)域內(nèi)，潛水員 360 度檢查并拍攝該深度區(qū)域的基礎(chǔ)表

15、面， 從而完整 的 反映結(jié)構(gòu)物在水下的病害情況。2）病害定位：如在某一位置發(fā)現(xiàn)病害后，由潛水員根據(jù)深度 表或攜帶的標(biāo)尺，判斷病害所在的深度，并在該位置釋放浮標(biāo)，水面 人員根據(jù)預(yù)定坐標(biāo)和水流影響， 大致判定浮標(biāo)相對基礎(chǔ)所在方向， 并 結(jié)合深度來確定病害具體位置，在立柱水位線上對應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)識， 在記錄紙上記錄病害發(fā)生的樁號、高度、徑向位置、錄像文件編號并 繪制病害方位示意圖。（ 3）截圖和錄像：對無病害的樁截圖 2-3 張；對有病害的基礎(chǔ) 除進(jìn)行正常截圖外， 病害部位應(yīng)從不同角度進(jìn)行截圖， 圖片能夠完全 反映病害的類型及病害的嚴(yán)重程度。 對水下檢測的影像資料進(jìn)行后期 處理，并對缺陷處的描述進(jìn)行錄

16、音解說，最終整合到相應(yīng)視頻文 件 中去。水下攝像檢測 組合式水下攝像檢測儀由水下攝像頭、水下照明器、傳輸電纜、 監(jiān)視器、配音系統(tǒng)、專用吊放設(shè)備 （ 作為攝像鏡頭的上下移動裝置 ） 以及駁船 （作為 作業(yè)平臺使用 ）組合而成。檢測時， 將工作船用繩索與被檢測墩臺固定在一起， 在基礎(chǔ)上方 水面將各拍攝點做好標(biāo)記。 采用專用吊放設(shè)備把攝像頭固定在欲檢測 部位起始原點上，豎向垂直拍攝 , 拍攝過程中要求鏡頭與目標(biāo)物表面 要保持 2030cm左右的距離 （ 以能看清目標(biāo) 物為準(zhǔn) ） ，并盡量使移動 平穩(wěn)、勻速。完成一次豎向垂直拍攝后，沿基礎(chǔ)表面平移或環(huán)繞規(guī)定 的間距再反向繼續(xù)拍攝。在拍攝過程中，做好記錄

17、和描述。組合式水下攝像檢測儀作業(yè)方法的優(yōu)點在于檢測速度快、 成本低， 并且檢測人員作業(yè)較安全， 缺點是對檢測的環(huán)境要求比較高， 即只有在水質(zhì)比較 清、基礎(chǔ)表面無水草等微生物附著且基礎(chǔ)在水中部分深 度不超過 5m的環(huán)境下，檢測的效果會比較好。因此，它比較適合檢 測山區(qū)橋梁以及平原地區(qū)中、 小跨徑的橋梁基礎(chǔ)， 而不使用于平原地 區(qū)的大跨徑 橋梁以及跨海大橋的基礎(chǔ)檢測。新型水下機器人檢測作業(yè)方法水下遙控機器人 （ 英文縮寫 ROV）潛水有多種，通?？煞譃樾⌒陀^ 察型和作業(yè)型兩種。檢測人員應(yīng) 根據(jù)不同檢測環(huán)境以及檢測目選擇合適的水下機器人?，F(xiàn)場檢測時具體工作流程如下：1）入水：首先將 ROV擺到船舷以

18、外， 監(jiān)控員認(rèn)為滿足條件后，通知絞盤操作員開始下放臍帶， ROV 垂直下水，到達(dá)預(yù)定水深后停圖 5：水下機器人在水中橋墩基礎(chǔ)檢測止下放。（ 2）游動：釋放韁繩， ROV在操作員的控制下靠自身的推進(jìn)系 統(tǒng)上下、左右、前后自由游動。（3）定位： ROV自身攜帶有水下定位系統(tǒng)及聲納掃測系統(tǒng)。（ 4）監(jiān)控與作業(yè)： ROV水下就位后，依靠自身配置的水下監(jiān)控 攝像機從不同的角度實時監(jiān)控水下情況， 并通過 ROV水下操作系統(tǒng)完 成各種動作。（ 5）出水： ROV水下完成作業(yè)后，不存在如同潛水員一樣水下 減壓，隨時可以撤離。其他程序與組合式水下攝像儀檢測方法相同。水下機器人檢測作業(yè)的優(yōu)點在于能深水檢測， 這是

19、組合式水下攝 像儀檢測以及潛水檢測無法比擬的優(yōu)勢； 缺點是目前水下機器人的推 進(jìn)器動力還不足，一般水下檢查作業(yè)型的抗水能力是 24節(jié)。 因此， 檢查型的水下機器人目前適合于流速較低跨海橋梁以及庫區(qū)橋梁的 基礎(chǔ)檢測，對于流速較大的橋梁基礎(chǔ)尚不能完成檢測任務(wù)。目前，已有水下機器人在三峽水利樞紐導(dǎo)流底孔封堵檢修門水下 清理工程和在較深的水庫中使用水下機器人在橋墩沖刷監(jiān)測的應(yīng)用 案例。橋梁沖刷的預(yù)防與保護(hù) 橋墩沖刷的防護(hù)分為主動防護(hù)和被動防護(hù)兩種思路： （1）減弱下降流和馬蹄渦的侵蝕力。一般通過增大樁基部或在 底床周圍建造護(hù)圈來實現(xiàn)，減弱馬蹄渦的影響，一般稱為主動防護(hù)。 可設(shè)置減速不沖防護(hù)， 這類防護(hù)

20、工程措施主要包括護(hù)圈防護(hù)、 開縫防 護(hù)以及墩前排樁防護(hù)等，或者通過調(diào)治構(gòu)造物 , 使水流軸線方向偏離 橋梁墩臺 , 或減低防護(hù)處所的流速 , 甚至促使其淤積 , 從而起到安 全保護(hù)作用。（ 2）提高床沙的抗侵蝕能力?？赏ㄟ^在樁基部鋪設(shè)石塊或顆粒 材料保護(hù)層來實現(xiàn)， 稱為被動防護(hù)。 其中實體抗沖防護(hù)主要有拋石防 護(hù)、混凝土鉸鏈排防護(hù)、擴大橋墩基礎(chǔ)防護(hù)、護(hù)腳和沉箱防護(hù)、填充 混凝土模袋防護(hù)等。其中，拋石防護(hù)是應(yīng)用最為廣泛的防護(hù)形式之一， 其特點在于取材方便， 工藝簡單，操作實施靈活性大，實際應(yīng)用最多， 也是研究熱點之一。此外，在橋梁設(shè)計建造的初期 , 應(yīng)選擇根據(jù)當(dāng)?shù)氐臉蚝馁Y料 選取合適的橋位與

21、橋墩布置形式 （ 橋孔）; 對于已有的易受沖刷橋梁 , 應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)拇胧┓乐箾_刷的產(chǎn)生和發(fā)展 , 盡可能降低橋梁的沖刷 帶來的危害。在該部分中， 將簡要介紹被動防護(hù)的拋石防護(hù)法、 主動防護(hù)法的 防護(hù)板和阻砂檻的設(shè)置。合理選擇橋位與橋孔及附屬構(gòu)造物橋位即橋梁的建造地址 , 是指橋梁軸線所在位置。選擇適當(dāng)?shù)臉?位可以有效減小由于河道本身造成的橋梁的沖刷。 橋位的選擇需要考 慮的因素有很多 , 包括橋梁的設(shè)計功能條件、水文條件、地形地貌、 地質(zhì)條件、通航方面等。 橋位的選擇和橋孔的設(shè)計必須保證在交通正 常運行的狀態(tài)下順暢的通過洪水和凌汛 , 并與附近地區(qū)環(huán)境保護(hù)及引 道路基、路面排水、堤防設(shè)施等想

22、配套。在滿足上述功能要求的前提 下, 一般應(yīng)選在河道順直、穩(wěn)定、較窄、河槽明顯的河段 , 橋軸線宜與 中、高水位的水流正交 , 避開險灘、淺灣、急彎、匯流口、急流河段。 橋孔的選擇則應(yīng)根據(jù)設(shè)計洪水量和設(shè)計水位來計算確定。 在確定橋梁 孔徑、和橋面高度等信息之后 , 還應(yīng)考慮盡量降低因水流作用帶來的 不良影響。選擇橋孔時應(yīng)避免壓縮河道 , 橋頭河灘路堤應(yīng)與洪水主流 方向正交。對于變遷性河段 , 橋孔布設(shè)應(yīng)根據(jù)洪水主流總趨勢確定。 對于彎曲河段 , 必須要考慮河灣的凹岸沖刷。橋梁的調(diào)冶構(gòu)造物時橋 梁工程的重要組成部分。 適當(dāng)?shù)倪x擇橋梁調(diào)冶構(gòu)造物可以有效的預(yù)防 沖刷。常用的調(diào)冶構(gòu)造物有導(dǎo)流堤、丁壩等

23、 , 其作用是調(diào)節(jié)、引導(dǎo)水 流均勻順暢地通過橋孔 , 防止橋下斷面和上下游附近的河床、河岸發(fā)生不利變形 , 同時可以使橋梁墩臺免受集中沖刷。以上部分是橋梁設(shè)計時應(yīng)該考慮的重要內(nèi)容 , 是橋梁沖刷安全性 的基礎(chǔ)。合理選擇橋位與橋孔 , 并設(shè)置合適的附屬構(gòu)造物 , 對于橋梁的 安全具有非常重要的意義。拋石防護(hù)法（被動防護(hù)）對于拋石防護(hù)法， 在實際案例中已經(jīng)有所應(yīng)用 （例如烏龍江大橋 沖刷防護(hù)、鄭焦鐵路黃河大橋沖刷防護(hù)實例等） 。在具體事例中，需 要根據(jù)具體的水文情況，考慮、計算分析所使用石塊的粒徑、形狀質(zhì) 量等。拋石是應(yīng)用最為廣泛的防護(hù)形式之一，其特點在于取材方便， 工藝簡單， 操作實施靈活性大。

24、拋石一方面增加了泥沙卷揚起動所 需要的水流作用力， 另一方面其粗糙的石塊在一定程度上減緩了底層 水流速度。但是，拋石防護(hù)的整體性較差， 運行維護(hù)費用和工作量 較大，當(dāng)拋石相對位置發(fā)生了變化時，就失去了防護(hù)作用。所以，盡管采用拋石方法簡單方便， 但當(dāng)缺少拋石的石材或石材 粒徑不能滿足要求， 以及有環(huán)境保護(hù)或美觀要求的地方不宜采用拋石 防護(hù)。此時，可采用一些能適當(dāng)替代拋石的方法，較為常用的有混凝 土鉸鏈防護(hù)，混凝土硬殼單元體防護(hù)，以及混凝土石籠防護(hù)，這三種 防護(hù)方式與拋石法的防護(hù)機理類似， 都是阻擋下降水流帶來的沖刷以 及降低前進(jìn)水流攜走泥沙的能力。設(shè)置河床抗沖刷保護(hù)層或阻沙檻（主動防護(hù)） 這種方

25、法通過對橋墩周邊的水流施加人為作用 , 改變水流的流動 狀態(tài)或路徑 , 從而實現(xiàn)弱化水流沖刷作用的目的。 本著這一原理 , 目前 有不少學(xué)者提出了不同的方法：第一種是設(shè)置防護(hù)板。從護(hù)板防護(hù)法的原理圖 5 中可以看出 , 護(hù) 板將水流分為兩部分 , 并將橋墩周圍的下降流與下部的馬蹄形漩渦隔 離開來, 這樣可以大大降低下降流的水流強度 , 同時對馬地形漩渦也起著抑制作用。下降流與馬蹄形漩渦正是沖刷坑形成的主要原因, 通過對下降流和馬蹄形漩渦的抑制 , 可以有效的抑制沖刷坑的形成。護(hù) 板防護(hù)法的效果取決于護(hù)板的尺寸和設(shè)置位置 , 通過合理設(shè)計護(hù)板尺寸和安裝位置 ,到?jīng)_刷的作用。另一種比較創(chuàng)新的方法是

26、橋墩下游設(shè)置阻沙檻比較常見的做法是在橋的上游設(shè)這類防護(hù)方法中 ,護(hù)設(shè)施或者改變橋迎水面的幾何形狀。與其他方法相比 , 本方法選擇在下游處設(shè)置阻沙檻 , 可以避免由于一般沖刷和局部沖刷圖導(dǎo)5：致護(hù)的板防床護(hù)法位原下理圖降 , 同時可以降低橋墩受沖 刷的程度。于被動防護(hù)只是機械工程上現(xiàn)行的防護(hù)方式多以被動防護(hù)為主， 其中拋石防護(hù)最為常 見。如前文所述， 該類方法雖然操 地提高墩周土體的抗沖能力， 不能進(jìn)行修繕維護(hù)，代價高，工作量大， 較大時，拋石很容易流失，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。相反，主動防護(hù)著眼于沖刷的根源，從擾動水圖流6：結(jié)阻構(gòu)砂檻入設(shè)置手示，意圖降低來流的作用，從而起到很好的防護(hù)效果， 雖然一次性投入可能較被動防護(hù)要多， 但從長遠(yuǎn)角 度來看，修繕維護(hù)的人力和財力會被顯著降低， 應(yīng)是未來局部沖刷防 護(hù)的發(fā)展方向。 在一般的橋梁建設(shè)中， 通常僅采用某一種沖刷防護(hù)方 式。但在一些較大規(guī)模的橋梁工程中， 有時需要兼用主動與被動防護(hù)， 以達(dá)到良好的防沖效果，蘇通大橋的綜合防護(hù)就是很好的范例。參考文獻(xiàn)與資料薛小華 . 橋墩