技术文章

对于桥梁水下基础的局部冲刷检测

桥梁基础作为桥梁的重要结构，在流场环境作用下，往往受到水流的冲刷作用。其中在基础周围产生的局部冲刷，会导致其周围的泥沙被随之带走，产生漩涡、淘蚀进而形成冲刷坑。这些冲刷会影响到桥梁基础的稳定性，从而威胁桥梁本身及相关结构的安全。

1、局部冲刷的影响因素

在修建桥梁后，桥梁基础会压缩水流的过流断面，从而导致水流流速加快。此外，桥梁基础的出现也会改变其周围水流的流场，形成复杂的漩涡体系。若水流满足基础周围床面土体的起动条件，则底床土颗粒会在基础周围的水流漩涡的作用下，打破平衡从静止状态开始运动，被水流挟带离去，从而导致基础周围床面发生侵蚀，产生局部冲刷。随着水流和沙床相互作用，基础周围水流流态和冲刷坑会不断发展演变，直到达成新的平衡。桥梁基础冲刷包含了水流、岩土和结构物的相互作用，受到相应因素的影响，具有根据相应因素和条件对应的复杂机理。

2、局部冲刷的预测监测

在局部冲刷监测方面，传统的水下作业直接测量方式存在检测设备昂贵且安装困难，检测人员作业难度大，监测数据不稳定等问题。国内外学者基于此开展了一系列理论与试验研究，形成了理论分析和数值模拟等多种局部冲刷的预测和识别方法。考虑到冲刷所受的影响因素较为复杂，且不同桥位处的具体情况均有所不同，机器学习、神经网络等智能算法也被应用于局部冲刷的预测当中。

3、局部冲刷的衍生灾害

桥梁基础产生局部冲刷后，冲刷坑随时间逐渐发展，进一步导致桥梁基础裸露于水中，使得地基土体对基础的约束作用逐渐减弱。基础的承载力会受到影响，进而改变结构的动力特性。此时如果对结构施加地震等外部激励，不仅结构自身的响应会发生改变，基础因冲刷而裸露于水中的部分也会被施加额外的动水压力，进而影响结构的抗震性能。

4、局部冲刷的防护措施

桥梁的局部冲刷会带来基础承载力降低，桥梁结构破坏等诸多危害，进而产生巨大的经济损失甚至是人员伤亡。因此，开展桥梁基础冲刷特性及防护措施的相关研究，对降低桥梁冲刷灾害、保障桥梁结构安全具有重要指导意义和工程实践价值。众多学者聚焦于桥梁局部冲刷防护措施的研究当中。常见的冲刷防护措施分为通过设置结构物来改变墩周流场减弱墩周水流冲刷作用的主动防护措施，以及通过设置装置加强墩周沙床的抗冲刷能力并减弱水流掏蚀作用的被动防护措施。

综上来看，在冲刷影响因素方面，潮汐、波浪、水流、土体密度以及基础的结构形式、表面粗糙度等因素都被综合考虑其中以探究复杂的冲刷机理。在冲刷预测监测方面，新兴的机器学习与神经网络技术被应用于冲刷预测模型的构建当中。冲刷衍生灾害的研究上，除了承载力的影响，动力响应以及地震易损性的变化均纳入了更为细节的考虑。冲刷防护措施方面，在较为常见的牺牲桩和护圈形式之外，更多新的防冲刷装置被提出并验证其可行性，给冲刷防护的工程应用领域带来新的活力。