CN110717237A - 强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度的间接测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度间接测量方法，包括输入装置和输出装置，其还包括，存储器、处理器可获得冲刷深度间接测量的数值。本方法的测量值与实测值、其他潮流作用下局部冲刷试验值吻合良好，式1不仅可以较好地反映室内试验数据，而且得到了杭州湾大桥实测值、汕头妈屿跨海大桥以及江苏苏通长江大桥试验值的较好验证，进一步核实了本发明的合理性和可靠性。且本发明不需要声学探头，避免了水沙等干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥墩局部冲刷深度的探测方法，尤其涉及强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度的间接测量方法。
背景技术
根据经验积累，影响桥墩健康的因素很多：一是水沙因素，包含行进流速、水深、泥沙粒径、泥沙颗粒级配、床沙黏性等；二是桥墩因素，包括桥墩形状、桥墩迎水面宽度、桥墩长度、桥墩与水流方向夹角等。经过长期研究，水流冲刷是引起桥梁桩基失稳的主要因素，这是由于处于河口海湾中的桥墩，周边海床受水流冲刷淘蚀，基底出现不同程度的淘空，基底截面重心位置偏移，引起上部结构传递下来的轴力有了偏心，弯矩增大，进而引起失稳。因此，对桥墩局部冲刷深度进行监测，是确保桥梁工程安全运营的重要举措。
长期以来，广大科技工作者提出了大量的具体方法对桥墩局部冲刷深度进行测量，大多是利用传感器(如超声波测深仪)直接对桥墩周边的河(海)床高程进行测量。如公开号为CN201610371374.3的中国发明专利申请公开了一种测量桥墩周围局部冲刷深度的装置，该装置包括支撑平台、升降机构、测量平台、监测探头和控制系统，支撑平台固定在桥墩的墩顶或墩身，升降机构安装在支撑平台上，测量平台悬挂在升降机构的下端，在测量平台上固定安装监测探头；控制系统安装在支撑平台或桥墩顶端，通过电缆和所述升降机构和监测探头连接，根据监测探头当前的高度值、监测探头与河床表面的测量点之间的距离值计算出河床表面的测量点当前的冲刷深度。又如公开号为CN106705832A的中国发明专利申请公开了一种桥墩冲刷探测系统，目的在于解决桥墩周围基础覆盖层受冲刷程度的问题，包括探杆和微处理平台，而微处理平台包括电极切换组、滤波组、放大组、模数转换组和微控单元，探杆输出端与电极切换组信号输入端连接，电极切换组控制端与微控单元控制端连接，电极切换组输出端与滤波组输入端连接，滤波组控制端与微控单元控制端连接，滤波组输出端与放大组输入端连接，放大组控制端与微控单元控制端连接，放大组输出端与模数转换组输入端连接，模数转换组控制端与微控单元控制端连接。然而，在杭州湾等强潮水域，由于河床大冲大淤、水体含沙浓度高等复杂因素，探测的难度就会大大增加，需要更为合适、便捷、可靠的测量手段。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术提供一种具有合理性好、测量值可靠性高，干扰因素少的强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度的间接测量方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度的间接测量方法，其采用包括输入装置和输出装置的计算终端，该计算方法包括如下步骤：
采集式1：
的运算参数：
w、k1、k2、B、u、h、d50、a1、a2、a3、a4；
采用式1计算得到hb；
计算终端为笔记本电脑、手机、平板电脑。
计算终端为强潮作用下桥墩局部冲刷深度间接测量的终端；强潮作用下桥墩局部冲刷深度间接测量的终端包括：
存储器，用于存储输入和/或预置的运算参数；
处理器，用于将存储器中运算参数经式1运算得到hb；
能与外界进行有线和/或无线通信的通信模块，用于接受外部设备数据并存储到存储器中或式1的运算参数中参与运算；
采用经通信模块获取外设的水深探测装置记录的全潮最大水深h(未受冲刷坑影响的自然状况下水深)，全潮最大水深条件下平均阻水宽度B可以根据构建物形态手工输入；d50为河床泥沙的平均中值粒径，可根据河床取样资料的泥沙粒配曲线查得；参数w取值为5至20，u为全潮最大流速，通过流速计取得，以手工或无线传输方式输入到存储器；k1为基础桩平面布置系数，条带型k1＝1.0，梅花型k1＝0.862；k2为基础桩垂直布置系数，直桩k2＝1.0，斜桩k2＝1.176，手工输入、预置或利用通信模块从服务器获取。本装置的测量值与实测值、其他潮流作用下局部冲刷试验值吻合良好，式1不仅可以较好地反映室内试验数据，而且得到了杭州湾大桥实测值、汕头妈屿跨海大桥以及江苏苏通长江大桥试验值的较好验证，进一步核实了本发明的合理性和可靠性。且本发明不需要声学探头，避免了水沙等干扰。
为优化上述技术方案，采取的措施还包括：
输入装置含有无线模块，并且该无线模块能采集外源水深测量模块测得的全潮最大水深h(未受冲刷坑影响的自然状况下水深)。采用无线模块获取参数，能提高便利性和实时性。
河床泥沙的平均中值粒径d50为预置值或输入值；k1的取值范围是0.5至1.0，k2的取值范围是1.0至1.5；全潮最大水深条件下平均阻水宽度B和/或全潮最大流速u为输入值。
a1取值为0.2至0.4；a2取值为0.1至0.2；a3取值为0.5至0.7。
终端还具有GPS模块。
处理器以总线方式连接存储器、通信模块和GPS模块；处理器还分别连接有输入装置和输出装置；输入装置包括鼠标或键盘或触屏；输出装置包括屏幕和/或扬声器。通过输入装置将有关人为需要输入的参数进行输入或设置调整。式1中的输入参数绝大部分以通信模块从服务器获得以提高效率。
存储器中还存储有泥沙粒配曲线；处理器能根据GPS模块提供的位置信息从泥沙粒配曲线查询相应的d50的值，并存储到存储器的参数d50。通过数据的逐年积累，形成地理信息融入本系统，达到按需计算、实时计算的效果。
通信模块能将GPS模块提供的位置信息适配获取外部设备的泥沙粒配曲线，并存储到存储器。即根据GPS定位的位置不同，可以判定该测量位所处河流或海域的位置，通信模块向云服务器发送数据请求，从而根据存储在云服务器的预先测量信息找到事宜的泥沙粒配曲线并得到合适的d50数值，并发送回通信模块，然后，通信模块将相应数值传送给存储器，进而参与运算。
由于本发明采用了经过数据获取和式1的运算后能得到准确的桥墩局部冲刷深度hb。通过试验，本方法的测量值与实测值、其他潮流作用下局部冲刷试验值吻合良好，式1不仅可以较好地反映室内试验数据，而且得到了杭州湾大桥实测值、汕头妈屿跨海大桥以及江苏苏通长江大桥试验值的较好验证，进一步核实了本发明的合理性和可靠性。且本发明不需要声学探头，避免了水沙等干扰。因而本发明具有合理性好、测量数值可靠性高，监测便利，干扰因素少的优点。
附图说明
图1为本发明实施例步骤示意图；
图2为本发明实施例模块连接结构示意图；
图3为本发明实施例冲刷坑深度随时间变化过程图；
图4为本发明实施例冲刷坑实测高程变化过程图；
图5为本发明实施例主墩冲刷坑形态图。
具体实施方式
以下结合附实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：参照图1至图5，强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度的间接测量方法，采用如下步骤：采集式1参数：w、k1、k2、B、u、h、d50、a1、a2、a3、a4；
采用式1计算得到hb；
将hb与预设的预警值进行比较。
包括输入装置和输出装置，其还包括，存储器，用于存储输入和/或预置的运算参数；
处理器，用于将存储器中运算参数经式1运算得到hb；
能与外界进行有线和/或无线通信的通信模块，用于接受外部设备数据并存储到存储器中或式1的运算参数中参与运算。采用经通信模块获取外设的水深探测装置记录的全潮最大水深h(未受冲刷坑影响的自然状况下水深)，全潮最大水深条件下平均阻水宽度B可以根据构建物形态手工输入；d50为河床泥沙的平均中值粒径，可根据河(海)床取样资料的泥沙粒配曲线查得；参数w取值为5至20，u为全潮最大流速，通过流速计取得，以手工或无线传输方式输入到存储器；k1为基础桩平面布置系数，条带型k1＝1.0，梅花型k1＝0.862；k2为基础桩垂直布置系数，直桩k2＝1.0，斜桩k2＝1.176，手工输入、预置或利用通信模块从服务器获取。本装置的测量值与实测值、其他潮流作用下局部冲刷试验值吻合良好，式1不仅可以较好地反映室内试验数据，而且得到了杭州湾大桥实测值、汕头妈屿跨海大桥以及江苏苏通长江大桥试验值的较好验证，进一步核实了本发明的合理性和可靠性。且本发明不需要声学探头，避免了水沙等干扰。
输入装置含有无线模块，并且该无线模块能采集外源水深测量模块测得的全潮最大水深h(未受冲刷坑影响的自然状况下水深)。采用无线模块获取参数，能提高便利性和实时性。
河床泥沙的平均中值粒径d50为预置值或输入值；k1的取值范围是0.5至1.0，k2的取值范围是1.0至1.5；全潮最大水深条件下平均阻水宽度B和/或全潮最大流速u为输入值。本终端可以是手机、平板电脑或移动电脑，具有携带的便利性。
a1取值为0.2至0.4；a2取值为0.1至0.2；a3取值为0.5至0.7。作为优选的，采用a1＝0.326、a2＝0.167、a3＝0.628的计算结果更为准确。
终端还具有GPS模块。
处理器以总线方式连接存储器、通信模块和GPS模块；处理器还分别连接有输入装置和输出装置；输入装置包括鼠标或键盘或触屏；输出装置包括屏幕和/或扬声器。通过输入装置将有关人为需要输入的参数进行输入或设置调整。式1中的输入参数绝大部分以通信模块从服务器获得以提高效率。在不同的GPS区域上，对hb的计算结果应当按需设有预置预警值，该预警值的集合可以存在服务器上，也可以直接预置在存储器或手动设置、修改。当hb超出相应预警值，则应有在屏幕上的警告提示或扬声器声音信号，以便使用者采取措施，如应急抛石、加固等。
存储器中还存储有泥沙粒配曲线；处理器能根据GPS模块提供的位置信息从泥沙粒配曲线查询相应的d50的值，并存储到存储器的参数d50。通过数据的逐年积累，形成地理信息融入本系统，达到按需计算、实时计算的效果。通信模块能将GPS模块提供的位置信息适配获取外部设备的泥沙粒配曲线，并存储到存储器。即根据GPS定位的位置不同，可以判定该测量位所处河流或海域的位置，通信模块向云服务器发送数据请求，从而根据存储在云服务器的预先测量信息找到事宜的泥沙粒配曲线并得到合适的d50数值，并发送回通信模块，然后，通信模块将相应数值传送给存储器，进而参与运算。
hb即为潮流作用下桥墩的局部冲刷深度(含一般冲刷和局部冲刷)；运算参数如下：h为全潮最大水深(未受冲刷坑影响的自然状况下水深)；B为全潮最大水深条件下平均阻水宽度；d50为河床泥沙的平均中值粒径，可根据河床取样资料的泥沙粒配曲线查得；u为全潮最大流速；k1为基础桩平面布置系数，条带型k1＝1.0，梅花型k1＝0.862；k2为基础桩垂直布置系数，直桩k2＝1.0，斜桩k2＝1.176。a1取值为0.2至0.4；a2取值为0.1至0.2；a3取值为0.5至0.7，参数w取值为5至20。
尽管已结合优选的实施例描述了本发明，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够对在这里列出的主题实施各种改变、同等物的置换和修改，因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求限定的范围为准。
Claims (9)
1.强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度间接测量方法，其特征是：该计算方法包括如下步骤：
采集所述的式1：
的运算参数：
w、k1、k2、B、u、h、d50、a1、a2、a3、a4；
采用式1计算得到hb。
2.根据权利要求1所述的强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度间接测量方法，其特征是：所述的计算终端为笔记本电脑或手机或平板电脑。
3.根据权利要求1所述的强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度间接测量方法，其特征是：所述的计算终端为强潮作用下桥墩局部冲刷深度间接测量的终端；所述的强潮作用下桥墩局部冲刷深度间接测量的终端包括：
存储器，用于存储输入和/或预置的运算参数；
处理器，用于将存储器中所述的运算参数经式1运算得到hb；
能与外界进行有线和/或无线通信的通信模块，用于接受外部设备数据并存储到所述的存储器中或式1的运算参数中参与运算。
4.根据权利要求1或3所述的强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度间接测量方法，其特征是：所述的输入装置含有无线模块，并且该无线模块能采集外源水深测量模块测得的全潮最大水深h；计算得到所述的hb后，将所述的hb与预设的预警值进行比较。
5.根据权利要求3所述的强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度间接测量方法，其特征是：所述的河床泥沙的平均中值粒径d50为预置值或输入值；所述的k1的取值范围是0.5至1.0，所述的k2的取值范围是1.0至1.5；所述的全潮最大水深条件下平均阻水宽度B和/或所述的全潮最大流速u为输入值。
6.根据权利要求3所述的强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度间接测量方法，其特征是：所述的a1取值为0.2至0.4；所述的a2取值为0.1至0.2；所述的a3取值为0.5至0.7；所述的终端还具有GPS模块。
7.根据权利要求3所述的强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度间接测量方法，其特征是：所述的处理器以总线方式连接所述的存储器、通信模块和GPS模块；所述的处理器还分别连接有输入装置和输出装置；所述的输入装置包括鼠标或键盘或触屏；所述的输出装置包括屏幕和/或扬声器。
8.根据权利要求6所述的强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度间接测量方法，其特征是：所述的存储器中还存储有泥沙粒配曲线；所述的处理器能根据GPS模块提供的位置信息从所述的泥沙粒配曲线查询相应的d50的值，并存储到存储器的参数d50。
9.根据权利要求6所述的强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度间接测量方法，其特征是：所述的通信模块能将所述的GPS模块提供的位置信息适配获取外部设备的泥沙粒配曲线，并存储到所述的存储器。
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