對(duì)于橋梁水下基礎(chǔ)的局部沖刷檢測(cè)

橋梁基礎(chǔ)作為橋梁的重要結(jié)構(gòu)，在流場(chǎng)環(huán)境作用下，往往受到水流的沖刷作用。其中在基礎(chǔ)周圍產(chǎn)生的局部沖刷，會(huì)導(dǎo)致其周圍的泥沙被隨之帶走，產(chǎn)生漩渦、淘蝕進(jìn)而形成沖刷坑。這些沖刷會(huì)影響到橋梁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，從而威脅橋梁本身及相關(guān)結(jié)構(gòu)的安全。

1、局部沖刷的影響因素

在修建橋梁后，橋梁基礎(chǔ)會(huì)壓縮水流的過流斷面，從而導(dǎo)致水流流速加快。此外，橋梁基礎(chǔ)的出現(xiàn)也會(huì)改變其周圍水流的流場(chǎng)，形成復(fù)雜的漩渦體系。若水流滿足基礎(chǔ)周圍床面土體的起動(dòng)條件，則底床土顆粒會(huì)在基礎(chǔ)周圍的水流漩渦的作用下，打破平衡從靜止?fàn)顟B(tài)開始運(yùn)動(dòng)，被水流挾帶離去，從而導(dǎo)致基礎(chǔ)周圍床面發(fā)生侵蝕，產(chǎn)生局部沖刷。隨著水流和沙床相互作用，基礎(chǔ)周圍水流流態(tài)和沖刷坑會(huì)不斷發(fā)展演變，直到達(dá)成新的平衡。橋梁基礎(chǔ)沖刷包含了水流、巖土和結(jié)構(gòu)物的相互作用，受到相應(yīng)因素的影響，具有根據(jù)相應(yīng)因素和條件對(duì)應(yīng)的復(fù)雜機(jī)理。

2、局部沖刷的預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)

在局部沖刷監(jiān)測(cè)方面，傳統(tǒng)的水下作業(yè)直接測(cè)量方式存在檢測(cè)設(shè)備昂貴且安裝困難，檢測(cè)人員作業(yè)難度大，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定等問題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于此開展了一系列理論與試驗(yàn)研究，形成了理論分析和數(shù)值模擬等多種局部沖刷的預(yù)測(cè)和識(shí)別方法?？紤]到?jīng)_刷所受的影響因素較為復(fù)雜，且不同橋位處的具體情況均有所不同，機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能算法也被應(yīng)用于局部沖刷的預(yù)測(cè)當(dāng)中。

3、局部沖刷的衍生災(zāi)害

橋梁基礎(chǔ)產(chǎn)生局部沖刷后，沖刷坑隨時(shí)間逐漸發(fā)展，進(jìn)一步導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)裸露于水中，使得地基土體對(duì)基礎(chǔ)的約束作用逐漸減弱。基礎(chǔ)的承載力會(huì)受到影響，進(jìn)而改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。此時(shí)如果對(duì)結(jié)構(gòu)施加地震等外部激勵(lì)，不僅結(jié)構(gòu)自身的響應(yīng)會(huì)發(fā)生改變，基礎(chǔ)因沖刷而裸露于水中的部分也會(huì)被施加額外的動(dòng)水壓力，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的抗震性能。

4、局部沖刷的防護(hù)措施

橋梁的局部沖刷會(huì)帶來基礎(chǔ)承載力降低，橋梁結(jié)構(gòu)破壞等諸多危害，進(jìn)而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至是人員傷亡。因此，開展橋梁基礎(chǔ)沖刷特性及防護(hù)措施的相關(guān)研究，對(duì)降低橋梁沖刷災(zāi)害、保障橋梁結(jié)構(gòu)安全具有重要指導(dǎo)意義和工程實(shí)踐價(jià)值。眾多學(xué)者聚焦于橋梁局部沖刷防護(hù)措施的研究當(dāng)中。常見的沖刷防護(hù)措施分為通過設(shè)置結(jié)構(gòu)物來改變墩周流場(chǎng)減弱墩周水流沖刷作用的主動(dòng)防護(hù)措施，以及通過設(shè)置裝置加強(qiáng)墩周沙床的抗沖刷能力并減弱水流掏蝕作用的被動(dòng)防護(hù)措施。

綜上來看，在沖刷影響因素方面，潮汐、波浪、水流、土體密度以及基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式、表面粗糙度等因素都被綜合考慮其中以探究復(fù)雜的沖刷機(jī)理。在沖刷預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)方面，新興的機(jī)器學(xué)習(xí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被應(yīng)用于沖刷預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建當(dāng)中。沖刷衍生災(zāi)害的研究上，除了承載力的影響，動(dòng)力響應(yīng)以及地震易損性的變化均納入了更為細(xì)節(jié)的考慮。沖刷防護(hù)措施方面，在較為常見的犧牲樁和護(hù)圈形式之外，更多新的防沖刷裝置被提出并驗(yàn)證其可行性，給沖刷防護(hù)的工程應(yīng)用領(lǐng)域帶來新的活力。