群桩冲刷及抛石级配与厚度对防护效果的影响

齐梅兰，周马生，汤改春

（1.北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044；2.中国路桥工程有限责任公司，北京 100011）

1 研究背景

群桩结构广泛应用于跨河或近海工程的水下基础，群桩冲刷及其防护的研究是必不可少的。冲刷的防护措施已有多种，但就其机理或功能而言，可分为两大类：（1）削弱造成冲刷的水流动力，如结构性防护；（2）增强抵抗水流冲刷力，如床面层大颗粒抛石。诸多学者针对单一桥墩的冲刷防护，研究了结构性防护及其效果，如墩体开缝［1-2］、设置分流板、环翼式防冲板、水平护圈、导流屏［2-6］、牺牲桩［7-8］等措施。抛石防护因其不改变桥墩或其基础的结构形式，便于工程应用，尤其对群桩基础的防护设计具有优越性，抛石防护机理及设计的研究也有很多进展，例如，由水面向下抛石的落距［9］、抛石失稳机理和模式条件［10-11］，等等。本文期望从提高桩群防护效果的角度，研究抛石防护设计的关键参数。

抛石防护效果与水流动力、桩结构尺度、抛石材料组成、抛石层厚度及抛石平面范围等参数有关。关于抛石材料，已有研究更多地考虑了均匀抛石颗粒，并将水流动能［12］、水流弗劳德数［13］或桩弗劳德数［14］视为主要变量。当抛石与床沙的平均粒径之比很大，如大于20时，由于底部床沙有自大块抛石颗粒空隙间析出的可能，因此，有学者提出了抛石层材料需进行级配设计［15-16］。墩柱周围抛石的平面范围可根据局部冲刷坑尺度确定，但通常的研究将其设计为墩柱直径的倍数。……