Page 101 - 水利学报2021年第52卷第6期

抛石设计首要的问题是防护体自身的稳定，在抛石稳定的前提下，进一步要考虑采用最少的抛
石工程量达到减少冲刷的最佳防护效果。相对于均匀抛石料而言，采用非均匀抛石料在抛石稳定性
和防护效果两方面均有较好表现。文献［10］对均匀抛石料试验得出，保持抛石稳定的防护层厚度
Δh d r，50 与水流条件 U/U 呈正相关，并从中可知当 U/U ≈0.50 时， Δh d r，50 约为 8.0，抛石才能稳
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定。据该文献，对于本文 U/U =0.85 的水沙条件，达到抛石稳定的 Δh d r，50 的值将远大于 5.0（本试验
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结果）。该文献给出了 U/U =0.45 条件下在抛石层厚度 Δh d r，50 =5.77 ~ 11.54 范围内的平衡冲刷深度数
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据，分析可知其减少冲刷的百分比不大于 50%。由此比较分析，可得与本文前述试验结果一致的认
识：相同的抛石层厚度，非均匀的抛石料减冲效果较好。

5 结论

本文主要针对由四桩组成、作井字形排列的群桩进行了冲刷及防护试验，旨在揭示群桩间距对
局部冲刷深度、桩间冲刷分布的影响，同时揭示群桩冲刷发展速率特征；进而探讨抛石防护的材料
级配和抛石层厚度对群桩冲刷防护效果的影响。通过水槽试验及对观测数据的整理和综合分析，得
出以下认识：
（1）恒定的水流条件下，群桩的桩间净距由零增大时，冲刷坑的平衡冲刷尺度（垂向深度及平面
范围）会减小，但达到最大桩间净距时，冲刷深度不再随净距增大，这个最大桩间净距与表征水动力
与桩阻力比值的桩弗劳德数有关；达到最大桩间净距时，平衡冲刷深度约为零净距时的 0.5 ~ 0.6 倍。
（2）群桩冲刷深度的空间分布，具有前排桩柱前冲刷深度大于桩间冲刷深度的特征；群桩局部冲
刷深度随时间的增长规律符合单桩的冲刷规律表达式，但具有不同的系数和指数，由此得出，在冲
刷初期的 30%时段内，群桩的冲刷速率较之单桩可偏小 30% ~ 50%之多。
（3）非均匀抛石料较均匀抛石料具有更好的防护体稳定性和减少冲刷的防护效果；抛石料级配和
抛石层厚度对减小群桩冲刷的防护效果，与水流和桩径等因素有关，存在最佳抛石料非均匀系数和
最佳抛石层厚度，本文条件下得到的二者取值分别为 1.74 和桩径的 1.0 倍。
（4）抛石是群桩冲刷防护的方便措施之一，本文特别提出对非均匀抛石料的防护效果进行研究，
并发现了一定的优越性。更详尽和更多影响因素的研究值得深入进行，以便为水下群桩冲刷的防护
设计提供依据。

参 考 文 献：

［ 1 ］ CHIEW Y M.Scour protection at bridge piers［J］. J . Hydraul . Eng . ，1992，118（9）：1260-1269 .
［ 2 ］ DEY S B，SUMER M，FREDSØE J . Control of scour at vertical circular piles under waves and current［J］. J . Hy⁃
draul . Eng . ，2006，132（3）：270-279 .
［ 3 ］ TAFA R A，GAUDIO R，DEY S . Flow-altering countermeasures against scour at bridge piers：a review［J］. J .
Hydraul . Eng . ，2010，48（4）：441-452 .
［ 4 ］ TAFA R A，GAUDIO R，CALOMINO F . Evaluation of flow-altering countermeasures against bridge pier scour
［J］. J . Hydraul . Eng . ，2012，138（3）：297-305 .
［ 5 ］ 陈兵，胡涛，苏宗周 . 圆柱基础扰流环冲刷防护试验研究［J］. 大连理工大学学报，2014，54（1）：71-77 .
［ 6 ］ 房世龙，陈红，施小飞 . 桥墩清水局部冲刷减速不冲防护技术试验研究［J］. 重庆交通大学学报（自然科学
版），2016，35（3）：71-77 .
［ 7 ］ MELVILLE B W，HADFIELD A C . Use of sacrificial piles as pier scour countermeasures［J］. J . Hydraul .
Eng . ，1999，125（11）：1221-1224 .
［ 8 ］ WANG C，LIANG F，YU X . Experimental and numerical investigations on the performance of sacrificial piles in
reducing local scour around pile groups［J］. Nat Hazards，2017，85（3）：1417-1435 .
［ 9 ］ 齐梅兰，魏金，刘春光 . 墩周绕流对抛石落距的影响［J］. 水利学报，2013，44（2）：232-237 .

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