基于曹娥江河口冲刷研究的特大桥钢护筒设计曹娥江是钱塘江第二大支流，发源于大盘山脉，流域地势山南向北倾斜，三面环山，东为四明山脉，南为天 台山脉，西为会稽山脉，北面濒临杭州湾，中部为河谷盆地，曹娥江大致自南向北经桥位后注入钱塘江曹娥江 大闸闸前大桥位于曹娥江入江口上游2km、曹娥江大闸上游约1km处，是杭州湾绍兴工业新城区北部杭州湾大道 跨越曹娥江的巫要桥梁工程曹娥江大闸闸前大桥工程全长3000m,包括主桥、引桥、引道三部分其中主桥为88m+M0m+M0m+88m四跨 预应力混凝土连续刚构桥，长456m；引桥共长1940m,为陆上30m现浇箱梁和水上50m预制T梁；引道共长604m 桥面布置为双向八车道，另设人行道和非机动车道，共宽45m,上下行分离，从13号墩开始至37号墩均为水中 墩主桥边墩采用7X 4）1.5mX2、主墩采用26X 4）1.5mX2的水下钻孔灌注桩，共184根；引桥12#-24#、30#-38# 为10X4）1. 2mX2的钻孔桩,共440根,全桥共计钻孔桩624根—、工程水域水文泥沙概况1、 水文气象流域内雨量充沛，多年平均降水量1500mm左右，时空分布不均，降水量年际间变化较大,最大年降水量2514mm （1975年），最少为813.8mm （1967年），降水量年内分配很不均匀。
3-6月为梅雨期，7-9月为台风期，梅雨 期与台风期径流量占全年的大部分表1-1不同频率下洪峰流量与设计高水位表站名 频率 0.33% 1% 2% 5% 10%口门 设计水位（m） 7.46 7.26 7.06 6.702、 涌潮涌潮是曹娥江河口潮汐的巫要特征，影响汕潮强弱的因索较多，其中最主要是曹娥江口门的潮差和江道地形, 江道河床低,潮差越大，涌潮越强，对桥墩的冲击破坏也大因此，建本大桥时必须考虑涌潮对桥墩的作用表1-2曹娥江河L」沿程汕潮高度单位（m)测站年•月・H口门迎阳闸三江闸桑盆殿吕家埠百官1998. 8. 23(农历0.30. 30.60. 780. 770. 317. 2)1998. 8. 22-26(农1.310. 840. 58历7. 1-5）中最大注：口门~三江闸涌潮高度为日测值；桑盆殿〜上浦的汹潮烏度山水尺规测得到，系指汕潮潮头过后1分钟的 水位涨幅，其中上浦无潮头3、潮流流速曹娥江河口伙1潮波变形剧烈，使涨潮流速大于落潮流速两倍多涨潮最大潮水流速…般发生在涌潮过后的快 水，潮差大涌潮高，快水流速大涌潮较小时，涨潮流速呈双峰型分布，第一个峰值为紧随涌潮的快水，第二个 峰值发生在中潮位附近的涨急时刻。
根据2002年7月29 口-8月1日进行了的曹娥江水文测验，测点位于本工程区域的桑盆殿、红旗闸和口门， 实测最大流速见表1-3表1-3桑盆殿、红旗闸和口门实测最大流速点位桑盆殿红旗闸口门潮差（m ）3. 294. 735. 84垂线最大流速（m/s）涨潮3. 802. 902.92落潮1.741.403. 48测点最人流速（m/s）涨潮4. 453. 293. 65落潮2. 101.953. 754、泥沙曹娥江河口段，陆域來沙较少，多年平均输沙量为68. 6万吨左右，平均含沙量为0. 3kg/m3,河口段泥沙主 要來自海域，小潮含沙量较低，平均在1 kg/m3以下，大潮含沙量较大，在3 kg/m3左右，最大含沙量可达10 kg/m3 以上另外山于潮波不对称，涨潮含沙量远大于落潮，在无洪水期，涨落潮输沙量比值一•般为3-4曹娥江河口 的泥沙属细粉沙，悬沙中经d50—般为0. 02-0. 03mm；洪水期较粗，一般为0. 03-0. 04mm二、 工程地质根据勘探结果，木工程桥位处主要地质情况白上而下依次为：粉砂、亚砂土、粉砂、淤泥质亚粘土、亚粘土、 粉砂、砾砂、亚粘土、砾砂、粉砂、含砾中砂。
三、 桥墩河床冲刷计算对于建桥后的冲刷问题，绍兴市曹娥江大闸投资开发冇限公司委托浙江省水利河口研究院进行专题研究1、桥墩的一般冲刷浙江省水利河口研究院曾以大量实测地形和实测含沙量资料，统计钱塘江挟沙能力決系式，因单宽流量而引 起水深变化的计算式为：Ah=0. 857Aq/q0h0式中Ah为建桥后的水深变化值，为建桥后单宽流量变化值，q0和h0分别为建桥前单宽流量和水深按数模的计算结果可得四朋桥主槽（主墩）和边滩（边墩）的一般冲刷值表3-1表3-1 一般冲刷冲深值一览表（m ） 位置 主槽（主墩） 左侧滩地 右侧滩地闸前大桥 0.4 0. 1 0. 12、桥墩的局部冲刷①根据规范公式计算应用《公路桥位勘测设计规范》推荐的粘性土桥墩局部冲刷计算公式：hb二KgBO. 6I1.25V式中：hb为桥墩局部冲刷深度（m）,为冲刷坑的最大深度；K为桥墩系数；B为桥墩计算宽度（山）;I为粘性液性指数；V为冲向桥墩流速（垂线平均流速）②据C. R. Neill公式计算根据部分钱塘江河口的桥墩冲刷试验资料对国内外十儿个桥墩局部冲刷经验公式进行检校，发现C. R. Neill 公式较适用于估算河床泥沙较细的河口桥墩的冲刷坑深度预测。
其计算公式为：hs二n （b/h）O. 65FrO. 43h 式 中hs为床面以下冲刷坑深度；b为桥墩计算宽度；h为桥墩上游水深；Fr为桥墩匕游佛汝徳数；□为系数表3-2桥墩的局部冲刷坑深度计算值（m ）位置桥名闸前大桥主墩规范公式C.R.Ne订1公式13.41 12.0左侧边墩规范公式C. R. Neill公式6. 48 6. 32右侧边墩规范公式 C. R. Neill公式4.91 5.54上述计算方法结合数模计算的水力要索可得各桥墩的局部冲深值，见表3-2o为了分析计算结果的可靠性,与钱塘江二、四、五、六桥的桥墩局部冲刷试验进行了比较，例举钱塘江五桥的试验结果，桥墩冲刷试验在长28m,宽2. bn的水梢中进行，平面比尺与垂直比尺均为50,模型沙为电木粉， 结果经二桥实测洪水冲刷验证钱塘江五桥河床底质中值粒径约0. 03mm与四座桥河段的河床底质接近，钱塘江 五桥主墩台迎水流方向宽14m,在百年一遇的洪水条件下，肖主墩行近流速2. 8m/s时，墩台钢围堰顶高程4-8川,试验局部冲刷坑的最大冲深10-14. 9m,与表：3-2中公式计算的主墩冲深值较为接近，说明计算的冲刷深度基木合理。
比较表3-2中两种方法的计算结果，相差不大，从女全出发宜采用规范值山表看出主墩冲深值较大，原因是墩台宽，设置高程高，桥墩的阻水大所引起四、护筒埋深计算1、计算依据交通部第一公路工程公司，公路施工手册《桥涵》对于深水河床护筒底端埋置深度的计算公式如卜:L=[(h+H) rw -H ro]/( rd - rw) (1)式中：L—护筒埋置深度(图一)，m；H——施工水位至河床表而深度，m；h—护筒内水头，即护筒内水位与施工水信之差，m；r\v——护筒内泥浆容重，KN/m3；ro——水的容重，KN/m3；rd——护筒外河床土的饱和容重，KN/m3；rd= (A+e) ro/ (1+e) (2)式中：△——土粒的相对密度；e——饱和土的孔隙比；当护筒穿过儿种不相同的土质时，护筒外河床土的饱和容重取平均值，即rd =(Erid Li)/ELi (3)式中：rd——儿种不同土的平均饱和容重，KN7m3；r i d 每种不同土的饱和容重,KN/m3；Li——每种不同土的层厚，2、取值说明⑴栈桥采用万能杆件，其梁部下弦底标高按20年一遇洪水位设计,取7.0m,上弦+9. 0m,栈桥桥面系顶面 +9. 5m。
为方便施工平台与栈桥Z间履带吊、汽车、人员等通行，钢平台顶标高取为与栈桥边平，即护筒顶标高 为+9. 5m o⑵根拥冲刷监测及冲刷计算，28#墩附近冲刷最为严重，河床冲刷最深可达-13. 41m本次计算以-13. 0m控制⑶钻孔桩施工中，为了控制护筒内外泥浆面差值，现场采取了辅助泥浆泵等来调节泥浆面高度，防止护筒内 外压力差过大本计算，护筒内泥浆面比护筒外差值相对维持在2. 5m左右⑷28#墩河床以上至下，土层为1—2粉砂，2—2亚砂土，2—3粉砂，3—1流塑淤泥质亚粘上为避免施工 过程中出现塌孔等质量爭故，护筒底宜穿过2—3粉砂，到达3—1流塑淤泥质亚粘土3、计算山公式(2):地层 1-2 处：rid =(2. 69+0. 749)/(1+0. 749) X 10=19. 66 (KN/m3) Ll=0地层 2-2 处：r2d =(2. 69+0. 711)/(1+0. 711) X 10=19. 88 (KN/m3) Ll=0. 3地层 2-3 处：r3d =(2. 69+0. 756)/(1+0. 756) X 10=19. 62 (KN/m3) L3=2. 5地层 3-1 处：r4d=(2. 73+1. 122)/(1+1. 122)X10=18. 15 (KN/m3) L4=16. 8工况一：河床-13. 0m，施工水位+2.0,护筒内泥浆面与施工水位差值2. 5m。
即：H=15.0 m, h=2.5m, n=5. Om, rw=13KN/m3, ro=10KN/m3；山公式(3):rd=19. 66X0+19. 88X0. 3+19. 62X2. 5+18. 15X16.8) / (0+0. 3+2. 5+16.8) =18. 4(KN/m3)；山公式(1):L=[(h+H) rw -H ro]/( rd - rw) =[(2. 5+15) X13-15X 10]/[18. 4-10]=9. 2 (m)应取 ls=(l. 5"2)L,取 Ls=l. 5XL=1.5X9. 2=13.8 (m)护筒总长 L 总二n+ H +h+LS=5+15+2. 5+13.8=36. 3 (m)工况二：河床-13.0m，施工水位+5. Om,护筒内泥浆而与施工水位差值2.5m即：H=18. Om, h=2. 5m, n=2. Om, r w =13KN/m3, r o =10KN/m3, r d =18. 4KN/m3o山公式(1):L=[ (h+H) rw -H ro] / ( rd - rw)= [(18. 0+2. 5) X 13-18X10]/ (18. 4-10) =10.3 (m)应取 LS二(1.52~2) L,取 Ls=1.5L=1.5X10. 3=15.5 (m)护筒总长 L 总=n+H+h+Ls=2+18+2. 5+15. 5=38. 0 (m)以上两种工况计算时主墩河床深度按理论冲刷计算之最大值考虑，实际河床深度及施工水位始终处于变化之 中。
因3—1层淤泥质亚粘土层顶标高为-19. 00^-14. 06m,实际施工护筒深度按36米取值因护筒底在3—1层 淤泥质亚粘土 7. 5米以下，根据钱塘江施工经验，可以认为钻孔桩施工是安全的五、钢护筒施工⑴钢护筒的制竹二根据规范要求，钢护筒采用G235c、10mm厚的钢材制作，每节钢护筒卜口均加上lOnim厚、 100mm高的包篩作为加强篩，增加钢护筒刚度⑵釆用导向架插打钢护筒，并与栈桥连接：受汕潮影响给护筒的就位插打带来一定难度，池工中釆用15t震 动锤进行震打。