广西南州大桥异型孔桥墩水力特性研究

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1、http://www.paper.edu.cn广西桂林南州大桥异型孔桥墩水力特性研究安建峰河海大学水利水电工程学院，江苏南京（210098）E-mail：gui-lian-520@163.com摘要：桥墩是桥梁的支撑结构，在桥梁稳定运行中起着十分重要的作用。异型孔桥墩是不同于传统桥墩的新型桥墩，如果不能熟知其水力特性，就有可能对河流通航和桥墩的安全性造成不良影响。本文通过对异型孔桥墩附近水流特性的模拟计算，研究了桥墩附近的水流状况，得出了尾流影响区域和其大致长度以及建桥后对河流通航的影响程度。计算研究表明，桥址断面（断面5-5）左岸近岸流速受桥墩的影

2、响较大，建桥后桥址断面水流受桥墩作用，在桥墩下游形成明显的尾流，建桥后航道线中心线垂线平均流速比建桥前有所增加，对通航有一定影响。关键词：异型孔桥墩尾流航道中心线垂线平均流速中文图书分类号：TV651.31.引言：中国是世界上水能资源最丰富的国家，河流交叉纵横，湖泊星罗棋布。为了满足我国经济的可持续高速发展的要求，近年来国家大力投资新建桥梁，促进河流两岸商业交流，为经济建设提供更加便利的交通需求。与此同时，在大力提倡可持续发展的前提下，经济发展已经不是城市建设的唯一目标。环境规划，景观要求在城市建设中的重要性与日俱增。异型孔桥墩就是为满足经济发展需要

3、和城市景观需求而出现的新型桥墩。由于桥墩对河流的“束窄”作用，桥墩附近水流形态十分复杂。异型孔桥墩与传统桥墩墩型千差万别，对其水力特性的研究关系到桥墩的安全稳定，通航的顺利进行，因而更是十分必要。2.基本资料2.1工程概述广西桂林市南洲大桥是连接漓江南北两岸的交通要道，又地处风景区，地质条件复杂，大桥桥型为钢-砼叠合梁曲线形独塔斜拉桥，跨径组合（50m+87m+144m+39m），其中87m和144m为曲塔1双索面斜拉桥，斜拉桥东西两侧各接50m辅助孔和39m过渡孔。主墩墩身为实心砼结构，根据建筑需要和过水要求，在墩身上开异型孔，承台设计为直径21m

4、的圆形，高5.0m，承台顶面高程146.0m，桥位处常水位146.65m。全桥、全墩、台均采用钻孔灌注桩基础。桥位处江道属于平原型河道，两岸为高台地，桥位上游有浅滩出露，河道顺直整齐，桥位处河段较为狭窄，河槽较深，为复式河槽。水面宽由低水位到高水位为150m～220m。1http://www.paper.edu.cn2.2基本资料工程基本资料以如下各图表形式给出：图2.1桥址河段横断面平面布置示意图桥面161.34157.69异型孔146.00承台141.00钻孔灌注桩直径1.5m图2.2南州大桥异型孔桥墩墩型图：表2-1下梁江（7-7）断面水位流量

5、关系洪水频率1％2％5％20％3流量（m/s）5220481042433290断面水位（m）155.04154.62154.15153.443.物理模型设计、量测3.1模型设计与制作[1]模型设计与制作按水利部部颁标准《水工(常规)模型试验规程》SL155-95中的有关规定执行。试验规程中未涉及到的内容参考有关科研成果和以往试验处理。[4]模型按重力相似准则进行设计，并兼顾阻力相似，几何正态，分为清水定床及局部动[2][3]床模型。根据试验要求，模型几何比尺采用λL=100，相应的其它物理量比尺为：2http://www.paper.edu.cn水深

6、比尺：λH=1000.5流速比尺：λV=100=102.5流量比尺：λQ=100=1000001/6糙率比尺：λn=100=2.15440.5起动流速比尺：λVc=λV＝100=10模型模拟了断面1-1～断面8-8之间约2800m的桥址河段，并增加了适当的过渡段，以保证模型模拟范围内河段的水流流态与原型相似，模型全长约40m。为便于加工，建筑物主桥墩及其承台等采用木材进行制作，控制误差±0.5mm，安装高程误差小于±0.3mm。河道地形采用断面板法进行制作，用水泥砂浆抹面并拉毛，糙率约为0.014，按模型糙率比尺换算与原型河道糙率0.029～0.03

7、1接近，基本上能保证模型与原型阻力相似。河道平面尺寸控制误差±5mm，地形高程控制误差在±0.5mm。3.2实验数据量测试验由循环式供水系统供水。循环式供水系统由蓄水库、水泵房、平水塔、供水管及回水槽等组成。模型进水头部与供水管连接，用电动阀门控制来水。模型下游尾水采用插板式尾门进行控制。模型进口流量利用水工混合模拟测控系统电磁流量计控制和量测，并采用矩形薄壁堰进行校核，以保证流量测量的准确性。流速采用计算机多点数据自动采集处理系统，配备光电流速传感器，起动流速0.02m/s，可同步采集64点流速，采样时间为10s，每点采样3次，取其平均值为该点流速

8、。模型水位、水深用测针筒引出，采用测针进行量测，测针测量精度为0.1mm。4.物理模型实验结果4.1桥址河段