กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 4 นาที

การกัดเซาะสะพาน

การกัดเซาะสะพาน คือการขจัด ตะกอน เช่น ทราย และ กรวด ออกจากบริเวณ ฐาน สะพาน หรือ เสาตอม่อ การ กัดเซาะทางอุทกพลศาสตร์ ที่เกิดจากน้ำที่ไหลเร็วสามารถกัด เซาะ จนเกิดเป็นหลุม...

การกัดเซาะสะพาน

แผนภาพแสดงวิธีการเกิดหลุมกัดเซาะบริเวณฐานสะพาน

การกัดเซาะสะพานคือการขจัดตะกอนเช่นทรายและกรวดออกจากบริเวณฐานสะพาน หรือเสาตอม่อการกัดเซาะทางอุทกพลศาสตร์ที่เกิดจากน้ำที่ไหลเร็วสามารถกัดเซาะจนเกิดเป็นหลุม ทำให้โครงสร้างเสียหายได้[ 1 ]

ในสหรัฐอเมริกาการกัดเซาะสะพานเป็นหนึ่งในสามสาเหตุหลักของการพังทลายของสะพาน (สาเหตุอื่นๆ ได้แก่ การชนและการบรรทุกเกินพิกัด) มีการประมาณการว่าร้อยละ 60 ของการพังทลายของสะพานทั้งหมดเกิดจากการกัดเซาะและสาเหตุอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับไฮดรอลิก[ 2 ]เป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของ การพังทลายของสะพาน ทางหลวงในสหรัฐอเมริกา[ 3 ]โดย 46 จาก 86 การพังทลายของสะพานขนาดใหญ่เกิดจากการกัดเซาะใกล้เสาตอม่อระหว่างปี 1961 ถึง 1976 [ 4 ]

พื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากการกัดเซาะ

สะพาน ทางหลวงหมายเลข 33 ของรัฐมิสซิสซิปปีข้ามแม่น้ำโฮโมชิตโตพังทลายลงเนื่องจากการกัดเซาะที่เกิดจากน้ำท่วม

โดยปกติแล้วน้ำจะไหลเร็วขึ้นบริเวณเสาและฐานรองรับสะพาน ทำให้เกิดการกัดเซาะเฉพาะที่ได้ง่าย บริเวณช่องเปิดสะพาน การกัดเซาะจากการหดตัวอาจเกิดขึ้นได้เมื่อน้ำเร่งความเร็วขณะไหลผ่านช่องเปิดที่แคบกว่าช่องทางน้ำด้านต้นน้ำของสะพานการกัดเซาะจากการสึกหรอเกิดขึ้นทั้งด้านต้นน้ำและปลายน้ำของสะพานในพื้นที่ขนาดใหญ่ เมื่อเวลาผ่านไปนาน อาจส่งผลให้พื้นลำธารลด ระดับลงได้ [ 2 ]

สาเหตุ

ความไม่เสถียรของช่องทางน้ำที่ส่งผลให้เกิดการกัดเซาะ แม่น้ำ และการเปลี่ยนแปลงมุมการโจมตีสามารถนำไปสู่การกัดเซาะสะพานได้ เศษวัสดุยังสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อการกัดเซาะสะพานได้หลายวิธี การสะสมของวัสดุสามารถลดขนาดของทางน้ำใต้สะพาน ทำให้เกิดการกัดเซาะจากการหดตัวในช่องทาง การสะสมของเศษวัสดุบนฐานรองรับสะพานสามารถเพิ่มพื้นที่กีดขวางและเพิ่มการกัดเซาะเฉพาะที่เศษวัสดุสามารถเบี่ยงเบนการไหลของน้ำ เปลี่ยนมุมการโจมตีและเพิ่มการกัดเซาะเฉพาะที่ เศษวัสดุยังอาจทำให้ช่องทางทั้งหมดรอบสะพานเปลี่ยนไป ทำให้การไหลของน้ำและการกัดเซาะเพิ่มขึ้นในตำแหน่งอื่น[ 3 ]

ปัญหาการกัดเซาะสะพานที่พบได้บ่อยที่สุดมักเกี่ยวข้องกับ วัสดุ ตะกอนน้ำพาที่หลวมและถูกกัดเซาะได้ง่าย ไม่ควรคิดว่าการกัดเซาะโดยรวมในดินเหนียวหรือดินที่ยึดติดกันจะไม่มากเท่ากับในดินที่ไม่ยึดติดกัน เพียงแต่การกัดเซาะจะใช้เวลานานขึ้นเท่านั้น

สมการการกัดเซาะส่วนใหญ่ได้มาจากการศึกษาในห้องปฏิบัติการ ซึ่งยากที่จะระบุขอบเขตการใช้งานได้อย่างแม่นยำ การศึกษาส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่เสาตอม่อและ โครงสร้าง เสาเข็มแม้ว่าปัญหาการกัดเซาะสะพานส่วนใหญ่จะเกี่ยวข้องกับโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่าของฐานรองรับสะพานก็ตาม การศึกษาบางส่วนได้รับการตรวจสอบโดยใช้ข้อมูลภาคสนามที่จำกัด แต่ก็ยากที่จะปรับขนาดให้ถูกต้องเพื่อวัตถุประสงค์ในการสร้างแบบจำลองทางกายภาพ ในระหว่างการวัดภาคสนามหลังการกัดเซาะ หลุมกัดเซาะที่เกิดขึ้นในช่วงที่ระดับน้ำสูงขึ้นหรือที่จุดสูงสุด อาจถูกถมกลับอีกครั้งในช่วงที่ระดับน้ำลดลง ด้วยเหตุนี้ ความลึกสูงสุดของการกัดเซาะจึงไม่สามารถจำลองได้ง่ายๆ หลังเหตุการณ์

การกัดเซาะอาจทำให้เกิดปัญหาในการวิเคราะห์ทางไฮดรอลิกของสะพานได้เช่นกัน การกัดเซาะอาจทำให้ร่องน้ำผ่านสะพานลึกขึ้นอย่างมาก และลดหรือแม้กระทั่งกำจัดน้ำขังด้านหลัง สะพานได้ อย่างไรก็ตาม ไม่ควรพึ่งพาการลดลงของน้ำขังด้านหลังสะพานนี้ เนื่องจากลักษณะของกระบวนการที่เกี่ยวข้องนั้นคาดเดาไม่ได้

ในการพิจารณาเรื่องการกัดเซาะ มักจะแยกแยะระหว่างตะกอนที่ไม่เกาะตัวกัน (ตะกอนน้ำพา) กับวัสดุที่เกาะตัวกัน โดยทั่วไปแล้วตะกอนที่ไม่เกาะตัวกันมักเป็นที่สนใจในการศึกษาในห้องปฏิบัติการมากกว่า ส่วนวัสดุที่เกาะตัวกันนั้นต้องใช้เทคนิคพิเศษและยังมีการวิจัยน้อย

ประเด็นสำคัญประการแรกเมื่อพิจารณาถึงการกัดเซาะคือ การแยกแยะระหว่าง การกัดเซาะ ในน้ำใสและ การกัดเซาะ ในพื้นแม่น้ำที่มีสิ่งมีชีวิต ประเด็นสำคัญคือ ค่าเฉลี่ยของแรงเฉือนที่พื้นแม่น้ำเหนือสะพานนั้น น้อยกว่าหรือมากกว่าค่าเกณฑ์ที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายวัสดุที่พื้นแม่น้ำหรือไม่

หากแรงเฉือนต้นน้ำน้อยกว่าค่าเกณฑ์ ตะกอนดินบริเวณต้นน้ำของสะพานจะหยุดนิ่ง สภาวะนี้เรียกว่าสภาวะน้ำใส เนื่องจากกระแสน้ำที่ไหลเข้ามาใสและไม่มีตะกอน ดังนั้น ตะกอนดินใดๆ ที่ถูกกำจัดออกจากหลุมกัดเซาะเฉพาะที่ จะไม่ถูกแทนที่ด้วยตะกอนที่ถูกพัดพามาโดยกระแสน้ำที่ไหลเข้ามา ความลึกของการกัดเซาะเฉพาะที่สูงสุดจะเกิดขึ้นเมื่อขนาดของหลุมกัดเซาะส่งผลให้แรงเฉือนเฉพาะที่ลดลงจนถึงค่าวิกฤต จนกระทั่งกระแสน้ำไม่สามารถกำจัดตะกอนดินออกจากบริเวณที่ถูกกัดเซาะได้อีกต่อไป

การกัดเซาะแบบพื้นลำน้ำเคลื่อนที่เกิดขึ้นเมื่อแรงเฉือนต้นน้ำมีค่ามากกว่าค่าเกณฑ์ และวัสดุพื้นลำน้ำเหนือทางข้ามมีการเคลื่อนที่ หมายความว่ากระแสน้ำที่ไหลเข้ามาจะขนส่งตะกอนเข้าไปในหลุมกัดเซาะเฉพาะที่อย่างต่อเนื่อง โดยตัวมันเองแล้ว พื้นลำน้ำเคลื่อนที่ในลำน้ำที่สม่ำเสมอจะไม่ทำให้เกิดหลุมกัดเซาะ การที่จะเกิดหลุมกัดเซาะได้นั้น จำเป็นต้องมีแรงเฉือนเพิ่มขึ้นอีก เช่น ที่เกิดจากการหดตัว (ตามธรรมชาติหรือที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น สะพาน) หรือสิ่งกีดขวางเฉพาะที่ (เช่น เสาตอมสะพาน) ความลึกของการกัดเซาะที่สมดุลจะเกิดขึ้นเมื่อวัสดุถูกขนส่งเข้าไปในหลุมกัดเซาะในอัตราเดียวกับที่ถูกขนส่งออกไป

โดยทั่วไปแล้ว อัตราการกัดเซาะในน้ำใสที่สมดุลสูงสุดจะมากกว่าอัตราการกัดเซาะในพื้นแม่น้ำที่มีสิ่งมีชีวิตอยู่ประมาณ 10% สภาวะที่เอื้อต่อการกัดเซาะในน้ำใส ได้แก่ วัสดุพื้นแม่น้ำหยาบเกินกว่าจะถูกพัดพาไปได้ การมีอยู่ของร่องน้ำที่มีพืชปกคลุมหรือร่องน้ำที่เสริมแรงด้วยวัสดุเทียมซึ่งความเร็วของน้ำสูงเพียงพอเนื่องจากการกัดเซาะเฉพาะจุด หรือความลาดชันของพื้นแม่น้ำที่ราบเรียบในช่วงที่มีปริมาณน้ำไหลต่ำ

เป็นไปได้ว่าทั้งการกัดเซาะในน้ำใสและการกัดเซาะในพื้นแม่น้ำที่มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่สามารถเกิดขึ้นได้ ในระหว่างเหตุการณ์น้ำท่วม แรงเฉือนที่พื้นแม่น้ำอาจเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของกระแสน้ำท่วม เป็นไปได้ที่จะมีสภาพน้ำใสในช่วงเริ่มต้นของเหตุการณ์น้ำท่วม เปลี่ยนไปเป็นพื้นแม่น้ำที่มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ ก่อนที่จะกลับมาเป็นสภาพน้ำใสอีกครั้ง โปรดทราบว่าความลึกของการกัดเซาะสูงสุดอาจเกิดขึ้นภายใต้สภาพน้ำใสในช่วงเริ่มต้น ไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นเมื่อระดับน้ำท่วมสูงสุดและการกัดเซาะในพื้นแม่น้ำที่มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่กำลังดำเนินอยู่ ในทำนองเดียวกัน ความเร็วที่ค่อนข้างสูงสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อกระแสน้ำถูกจำกัดอยู่ภายในตลิ่ง แทนที่จะกระจายไปทั่วที่ราบน้ำท่วมถึงในช่วงที่มีปริมาณน้ำไหลสูงสุด

การขยายตัวของเมืองส่งผลให้ปริมาณน้ำท่วมเพิ่มขึ้นและทำให้กราฟแสดงปริมาณน้ำไหลสูงสุดเร็วกว่าเดิม ส่งผลให้ความเร็วของน้ำในลำน้ำสูงขึ้นและการกัดเซาะเพิ่มขึ้น การปรับปรุงลำน้ำหรือการขุดเอาหินกรวดออก (ทั้งเหนือหรือใต้พื้นที่ที่เกี่ยวข้อง) สามารถเปลี่ยนแปลงระดับน้ำ ความเร็วของการไหล ความลาดชันของพื้นลำน้ำ และ ลักษณะ การเคลื่อนที่ของตะกอนและส่งผลต่อการกัดเซาะได้ ตัวอย่างเช่น หากลำน้ำที่เกิดจากตะกอนถูกทำให้ตรงขึ้น กว้างขึ้น หรือเปลี่ยนแปลงไปในลักษณะอื่นใดที่ส่งผลให้สภาวะพลังงานการไหลเพิ่มขึ้น ลำน้ำจะค่อยๆ กลับสู่สภาวะพลังงานที่ต่ำกว่าโดยการกัดเซาะต้นน้ำ กว้างขึ้น และมีการสะสมตะกอนปลายน้ำ

ความสำคัญของการกัดเซาะที่เกิดจากการเสื่อมสภาพต่อการออกแบบสะพานคือ วิศวกรต้องตัดสินใจว่าระดับความสูงของร่องน้ำที่มีอยู่จะคงที่ตลอดอายุการใช้งานของสะพานหรือไม่ หรือว่าจะเปลี่ยนแปลงไป หากมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลง ก็ต้องคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงนั้นเมื่อออกแบบทางน้ำและฐานราก

เสถียรภาพด้านข้างของร่องน้ำอาจส่งผลต่อความลึกของการกัดเซาะด้วยเช่นกัน เพราะการเคลื่อนตัวของร่องน้ำอาจทำให้สะพานอยู่ในตำแหน่งหรือแนวที่ไม่ถูกต้องเมื่อเทียบกับกระแสน้ำที่ไหลเข้ามา ปัญหานี้อาจมีความสำคัญในทุกกรณี แต่มีโอกาสร้ายแรงมากในพื้นที่แห้งแล้งหรือกึ่งแห้งแล้ง และในลำธารที่ไหลเป็นช่วงๆ อัตราการเคลื่อนตัวด้านข้างนั้นคาดเดาได้ยาก บางครั้งร่องน้ำที่เคยมีความมั่นคงมาหลายปีอาจเริ่มเคลื่อนตัวอย่างกะทันหัน แต่ปัจจัยที่มีอิทธิพลอย่างมาก ได้แก่ น้ำท่วม วัสดุของตลิ่ง พืชพรรณบนตลิ่งและที่ราบน้ำท่วมถึง และการใช้ที่ดิน

โดยทั่วไป การกัดเซาะบริเวณสะพานจะแบ่งออกเป็น การกัดเซาะจากการหดตัว (หรือการบีบตัว) และการกัดเซาะเฉพาะจุด การกัดเซาะจากการหดตัวเกิดขึ้นทั่วทั้งหน้าตัดเนื่องจากความเร็วและแรงเฉือนที่พื้นเพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากการแคบลงของช่องทางน้ำโดยสิ่งก่อสร้าง เช่น สะพาน โดยทั่วไป ยิ่งอัตราส่วนการเปิดแคบลงเท่าใด ความเร็วของกระแสน้ำก็จะยิ่งมากขึ้น และศักยภาพในการกัดเซาะก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น หากกระแสน้ำหดตัวจากที่ราบน้ำท่วมถึงที่กว้าง การกัดเซาะและการพังทลายของตลิ่งอาจเกิดขึ้นอย่างมาก การบีบตัวที่ค่อนข้างรุนแรงอาจต้องมีการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอเป็นเวลาหลายทศวรรษเพื่อต่อต้านการกัดเซาะ เห็นได้ชัดว่าวิธีหนึ่งในการลดการกัดเซาะจากการหดตัวคือการทำให้ช่องเปิดให้กว้างขึ้น

การกัดเซาะเฉพาะจุดเกิดขึ้นจากความเร็วที่เพิ่มขึ้นและกระแสน้ำวนที่เกี่ยวข้อง เมื่อน้ำไหลเชี่ยวรอบมุมของฐานราก เสา และเขื่อนกั้นน้ำ

รูปแบบการไหลรอบเสาตอม่อทรงกระบอก

กระแสน้ำที่ไหลเข้ามาจะชะลอตัวลงเมื่อเข้าใกล้ทรงกระบอก และหยุดนิ่งที่กึ่งกลางของเสาตอม่อแรงดันหยุดนิ่ง ที่เกิดขึ้น จะมีค่าสูงสุดใกล้ผิวน้ำซึ่งเป็นจุดที่ความเร็วในการไหลเข้ามามีค่ามากที่สุด และจะมีค่าน้อยลงในบริเวณที่ต่ำลงไปแรงดัน ที่ลดลง ตามหน้าเสาตอม่อจะนำกระแสน้ำลงด้านล่าง การกัดเซาะเสาตอม่อเฉพาะจุดจะเริ่มขึ้นเมื่อความเร็วของกระแสน้ำที่ไหลลงใกล้จุดหยุดนิ่งมีค่ามากพอที่จะเอาชนะแรงต้านการเคลื่อนที่ของอนุภาคในพื้นน้ำได้

ในช่วงที่เกิดน้ำท่วม แม้ว่าฐานรากของสะพานอาจไม่ได้รับความเสียหาย แต่ดินถมด้านหลังฐานรองรับสะพานอาจถูกกัดเซาะได้ ความเสียหายประเภทนี้มักเกิดขึ้นกับสะพานช่วงเดียวที่มีฐานรองรับเป็นกำแพงแนวตั้ง

การตรวจสอบสะพานและการประเมินการกัดเซาะ

โดยปกติแล้ว กระบวนการตรวจสอบจะดำเนินการโดยนักอุทกวิทยาและ ช่างเทคนิค ด้านอุทกวิทยาซึ่งประกอบด้วยการทบทวน ข้อมูล ทางวิศวกรรมในอดีตเกี่ยวกับสะพาน ตามด้วยการตรวจสอบด้วยสายตา มีการบันทึกข้อมูลเกี่ยวกับประเภทของหินหรือตะกอนที่แม่น้ำพัดพามา และมุมที่แม่น้ำไหลเข้าและออกจากสะพาน นอกจากนี้ยังมีการตรวจสอบพื้นที่ใต้สะพานเพื่อหาหลุมและร่องรอยการกัดเซาะอื่นๆ ด้วย

การตรวจสอบสะพานเริ่มต้นด้วยการสำรวจในสำนักงาน ควรบันทึกประวัติของสะพานและปัญหาการกัดเซาะที่เคยเกิดขึ้นก่อนหน้านี้ เมื่อพบว่าสะพานใดมีความเสี่ยงต่อการกัดเซาะ จะดำเนินการประเมินเพิ่มเติม ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบภาคสนาม การวิเคราะห์ความเสี่ยงต่อการกัดเซาะ และการจัดลำดับความสำคัญ สะพานจะได้รับการจัดอันดับและจัดลำดับความสำคัญตามความเสี่ยงต่อการกัดเซาะ เมื่อประเมินแล้วว่าสะพานมีความเสี่ยงต่อการกัดเซาะสูง เจ้าของสะพานควรจัดทำแผนปฏิบัติการเพื่อลดผลกระทบจากข้อบกพร่องที่ทราบและที่อาจเกิดขึ้น แผนดังกล่าวอาจรวมถึงการติดตั้งมาตรการป้องกัน การเฝ้าระวัง การตรวจสอบหลังเหตุการณ์น้ำท่วม และขั้นตอนการปิดสะพานหากจำเป็น

นอกจากนี้ ยังมีการนำเทคโนโลยีการตรวจจับมาใช้ในการประเมินการกัดเซาะ ระดับการตรวจจับการกัดเซาะสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ระดับ ได้แก่ การตรวจสอบสะพานทั่วไป การรวบรวมข้อมูลแบบจำกัด และการรวบรวมข้อมูลโดยละเอียด[ 5 ]มีระบบตรวจสอบการกัดเซาะอยู่ 3 ประเภท ได้แก่ แบบติดตั้งอยู่กับที่ แบบพกพา และแบบกำหนดตำแหน่งทางธรณีฟิสิกส์ แต่ละระบบสามารถช่วยตรวจจับความเสียหายจากการกัดเซาะเพื่อป้องกันการพังทลายของสะพาน ซึ่งจะช่วยเพิ่มความปลอดภัยสาธารณะ

มาตรการรับมือและการป้องกัน

คู่มือวิศวกรรมไฮดรอลิกฉบับที่ 23 (HEC-23) ประกอบด้วยแนวทางการออกแบบทั่วไปสำหรับมาตรการป้องกันการกัดเซาะที่ใช้ได้กับเสาตอม่อและฐานราก การกำหนดหมายเลขในตารางต่อไปนี้แสดงถึงส่วนของแนวทางการออกแบบ HEC-23: [ 6 ]

คำอธิบายประเภทมาตรการตอบโต้ใน HEC-23
คำอธิบายหลักเกณฑ์การออกแบบหมายเลข
ฝายโค้งและสันดอนลำธาร1
ดินซีเมนต์2
ที่นอนหินเรียงหุ้มลวด3
ระบบบล็อกคอนกรีตแบบข้อต่อ4
ที่นอนอุดร่องยาแนว5
หน่วยเกราะคอนกรีต6
ถุงที่บรรจุปูนยาแนวหรือซีเมนต์7
หินกันคลื่นบริเวณท่าเรือและฐานรองรับสะพาน8
สเปอร์ส9
ธนาคารแนะนำ10
เขื่อนกั้นน้ำและโครงสร้างลดระดับ11
กำแพงกันคลื่น12

ฝายโค้ง สันกั้น และตลิ่งนำทางสามารถช่วยจัดแนวการไหลด้านต้นน้ำ ในขณะที่หินเรียงกำแพงหิน คอนกรีตบล็อกแบบข้อต่อ และที่นอนที่เติมปูนสามารถช่วยเสริมความมั่นคงทางกลให้กับเสาและลาดเอียงของฐานสะพานได้[ 6 ]หินเรียงยังคงเป็นมาตรการป้องกันที่ใช้กันทั่วไปเพื่อป้องกันการกัดเซาะที่ฐานสะพาน การเพิ่มสิ่งปลูกสร้างทางกายภาพหลายอย่างให้กับฐานสะพานสามารถช่วยป้องกันการกัดเซาะได้ เช่น การติดตั้งกำแพงหินและการเรียงหินด้านต้นน้ำจากฐานราก การเพิ่มแผ่นเหล็กตอกเสาเข็มหรือ คอนกรีตบล็อก สำเร็จรูป ที่เชื่อมต่อกัน ก็สามารถให้การป้องกันได้เช่นกัน มาตรการป้องกันเหล่านี้ไม่ได้เปลี่ยนแปลงการไหลของการกัดเซาะและเป็นเพียงชั่วคราว เนื่องจากทราบกันดีว่าส่วนประกอบต่างๆ จะเคลื่อนที่หรือถูกพัดพาไปในน้ำท่วม[ 7 ]สำนักงานบริหารทางหลวงแห่งสหรัฐอเมริกา (FHWA) แนะนำเกณฑ์การออกแบบใน HEC-18 และ 23 เช่น การหลีกเลี่ยงรูปแบบการไหลที่ไม่พึงประสงค์ การปรับปรุงฐานรองรับสะพานให้ลื่นไหล และการออกแบบฐานรากเสาตอม่อที่ทนต่อการกัดเซาะโดยไม่ต้องพึ่งพาการใช้หินเรียงหรือมาตรการป้องกันอื่นๆ

ร่องน้ำรูป สี่เหลี่ยมคางหมูที่ลอดผ่านสะพานสามารถลดความลึกของการกัดเซาะเฉพาะจุดได้อย่างมากเมื่อเทียบกับฐานรากแบบกำแพงแนวตั้ง เนื่องจากให้การเปลี่ยนผ่านที่ราบรื่นกว่าผ่านช่องเปิดของสะพาน ซึ่งช่วยขจัดมุมหักศอกที่ก่อให้เกิดพื้นที่ปั่นป่วนเขื่อนกั้นน้ำแบบยื่น เขื่อนหนามเขื่อนกันคลื่นและแผ่นกั้นน้ำ เป็นโครงสร้างปรับปรุงลำน้ำที่เปลี่ยนพลศาสตร์ของกระแสน้ำเพื่อลดการกัดเซาะหรือการสะสมที่ไม่พึงประสงค์ โดยปกติจะใช้ในลำน้ำที่ไม่มั่นคงเพื่อช่วยเปลี่ยนทิศทางการไหลของน้ำไปยังตำแหน่งที่เหมาะสมกว่าผ่านสะพาน การตอกเสาเข็มหรือฐานรากที่ลึกกว่าก็ใช้เพื่อช่วยเสริมความแข็งแรงของสะพานเช่นกัน

การประเมินความลึกของการกัดเซาะ

คู่มือวิศวกรรมไฮดรอลิกฉบับที่ 18 (HEC-18) ได้รับการเผยแพร่โดย FHWA และรวมถึงเทคนิคต่างๆ ในการประมาณความลึกของการกัดเซาะ สมการการกัดเซาะเชิงประจักษ์สำหรับการกัดเซาะในลำน้ำที่มีน้ำไหล การกัดเซาะในน้ำใส และการกัดเซาะเฉพาะจุดที่เสาและฐานรองรับสะพานแสดงอยู่ในบทที่ 5 – ส่วนการกัดเซาะทั่วไป ความลึกของการกัดเซาะทั้งหมดถูกกำหนดโดยการบวกส่วนประกอบการกัดเซาะสามส่วน ซึ่งรวมถึง การสะสม และการกัดเซาะของพื้นแม่น้ำ ในระยะยาวการกัดเซาะทั่วไปที่สะพาน และการกัดเซาะเฉพาะจุดที่เสาหรือฐานรองรับสะพาน[ 8 ]อย่างไรก็ตาม งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าสมการมาตรฐานใน HEC-18 ทำนายความลึกของการกัดเซาะสูงเกินไปสำหรับเงื่อนไขทางไฮดรอลิกและธรณีวิทยาหลายประการ ความสัมพันธ์ส่วนใหญ่ของ HEC-18 อิงตามการศึกษาในห้องปฏิบัติการโดยใช้รางน้ำที่ดำเนินการกับ ตะกอนขนาด ทรายที่เพิ่มด้วยปัจจัยความปลอดภัยที่ไม่สามารถระบุหรือปรับได้ง่าย[ 9 ]ทรายและกรวดละเอียดเป็นวัสดุพื้นทางน้ำที่ถูกกัดเซาะได้ง่ายที่สุด แต่ลำธารมักมีวัสดุที่ทนต่อการกัดเซาะมากกว่า เช่น ดิน เหนียว อัดแน่น ดินเหนียวแข็งและหินดินดานผลที่ตามมาจากการใช้วิธีการออกแบบโดยอิงจากประเภทดินเพียงประเภทเดียวมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับภูมิภาคทางกายภาพหลักหลายแห่งที่มีสภาพทางธรณีวิทยาและวัสดุฐานรากที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน ซึ่งอาจนำไปสู่ค่าการออกแบบที่อนุรักษ์นิยมมากเกินไปสำหรับการกัดเซาะในสภาวะอุทกวิทยาที่มีความเสี่ยงต่ำหรือไม่วิกฤต ดังนั้นจึงมีการปรับปรุงสมการอย่างต่อเนื่องเพื่อลดการประเมินค่าการกัดเซาะต่ำเกินไปและสูงเกินไป 

ภัยพิบัติสะพานที่เกิดจากการกัดเซาะ

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

  • บูร์สติน, โรเบิร์ต โอ. (1987). สะพานถล่มบนทางด่วน ทำให้รถติดอยู่ภายใน เล่มที่ CXXXVI, ฉบับที่ 47,101, เดอะนิวยอร์กไทมส์, 6 เมษายน 1987
  • Huber, Frank. (1991). "อัปเดต: การกัดเซาะสะพาน". วิศวกรรมโยธา, ASCE, เล่มที่ 61, ฉบับที่ 9, หน้า 62–63, กันยายน 1991.
  • Levy, Matthys และ Salvadori, Mario (1992). เหตุใดอาคารจึงพังทลาย. WW Norton and Company, นิวยอร์ก, นิวยอร์ก.
  • คณะกรรมการความปลอดภัยด้านการขนส่งแห่งชาติ (NTSB). (1988). "การพังถล่มของสะพานทางด่วนนิวยอร์ก (I-90) ข้ามลำน้ำโชฮารี ใกล้เมืองอัมสเตอร์ดัม รัฐนิวยอร์ก 5 เมษายน 1987" รายงานอุบัติเหตุทางหลวง: NTSB/HAR-88/02, วอชิงตัน ดี.ซี.
  • สำนักพิมพ์ Springer Netherlands. วารสารนานาชาติว่าด้วยการแตกหัก (International Journal of Fracture), เล่มที่ 51, ฉบับที่ 1. กันยายน 1991. "การพังทลายของสะพาน Schoharie Creek: กรณีศึกษาในกลศาสตร์การแตกหักของคอนกรีต"
  • Palmer, R. และ Turkiyyah, G. (1999). "CAESAR: ระบบผู้เชี่ยวชาญสำหรับการประเมินการกัดเซาะและความเสถียรของลำน้ำ" รายงานโครงการวิจัยทางหลวงแห่งชาติ (NCHRP) ฉบับที่ 426 วอชิงตัน ดี.ซี.
  • เชพเพิร์ด, โรบิน และ ฟรอสต์, เจ. เดวิด (1995). ความล้มเหลวในวิศวกรรมโยธา: กรณีศึกษาด้านโครงสร้าง ฐานราก และธรณีสิ่งแวดล้อม สมาคมวิศวกรโยธาแห่งอเมริกา นิวยอร์ก นิวยอร์ก
  • Thornton, CH, Tomasetti, RL และ Joseph, LM (1988). "บทเรียนจากลำธาร Schoharie", วิศวกรรมโยธา , เล่มที่ 58, ฉบับที่ 5, หน้า 46–49, พฤษภาคม 1988
  • Thornton-Tomasetti, PC (1987) "รายงานภาพรวมการสอบสวนเหตุการณ์สะพาน Schoharie Creek บนทางด่วนรัฐนิวยอร์กพังถล่ม" จัดทำขึ้นสำหรับ: คณะกรรมการเตรียมความพร้อมรับมือภัยพิบัติแห่งรัฐนิวยอร์ก ธันวาคม 1987
  • Wiss, Janney, Elstner Associates, Inc. และ Mueser Rutledge Consulting Engineers (1987) "การพังทลายของสะพานทางด่วนที่ Schoharie Creek" รายงานฉบับสุดท้าย จัดทำขึ้นสำหรับ: หน่วยงานทางด่วนแห่งรัฐนิวยอร์ก พฤศจิกายน 1987
  • Richardson, EV และ Davis, SR 1995. "การประเมินการกัดเซาะที่สะพาน ฉบับที่สาม" กระทรวงคมนาคมสหรัฐฯ เลขที่เอกสาร FHWA-IP-90-017
  • Sumer, BM และ Fredsøe, J. (2002). "กลไกการกัดเซาะในสภาพแวดล้อมทางทะเล", World Scientific, สิงคโปร์.
  • บรูซ ดับเบิลยู. เมลวิลล์, สตีเฟน อี. โคลแมน, บริดจ์ สกอร์
  • การศึกษาการกัดเซาะสะพาน
  • โครงการสำรวจการกัดเซาะสะพานแห่งชาติของ USGS
  • เอกสารเผยแพร่ของ USGS เกี่ยวกับการกัดเซาะสะพาน
  • การศึกษาการกัดเซาะสะพานของ USGS
  • ฐานข้อมูลการกัดเซาะสะพานแห่งชาติของ USGS
  • สูตรทางคณิตศาสตร์สำหรับการกัดเซาะชนิดต่างๆ
  • Ascelibrary - Bridge Scour เก็บถาวรเมื่อ 2012-03-27 ที่Wayback Machine
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Bridge_scour&oldid=1361414793 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การกัดเซาะสะพาน

การกัดเซาะสะพาน คือการขจัด ตะกอน เช่น ทราย และ กรวด ออกจากบริเวณ ฐาน สะพาน หรือ เสาตอม่อ การ กัดเซาะทางอุทกพลศาสตร์ ที่เกิดจากน้ำที่ไหลเร็วสามารถกัด เซาะ จนเกิดเป็นหลุม...

พื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากการกัดเซาะ

โดยปกติแล้วน้ำจะไหลเร็วขึ้นบริเวณเสาและฐานรองรับสะพาน ทำให้เกิดการ กัดเซาะเฉพาะที่ได้ง่าย บริเวณช่องเปิดสะพาน การกัดเซาะจาก การหดตัวอาจเกิดขึ้นได้เมื่อน้ำเร่งความเร็วขณะไหลผ่านช่องเปิดที่แคบกว่าช่องทางน้ำด้านต้นน้ำของสะพาน การกัดเซาะจากการสึกหรอ...

สาเหตุ

ความไม่เสถียรของช่องทางน้ำที่ส่งผลให้เกิด การกัดเซาะ แม่น้ำ และการเปลี่ยนแปลงมุมการโจมตีสามารถนำไปสู่การกัดเซาะสะพานได้ เศษวัสดุยังสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อการกัดเซาะสะพานได้หลายวิธี การสะสมของวัสดุสามารถลดขนาดของทางน้ำใต้สะพาน...

รูปแบบการไหลรอบเสาตอม่อทรงกระบอก

กระแสน้ำที่ไหลเข้ามาจะชะลอตัวลงเมื่อเข้าใกล้ทรงกระบอก และหยุดนิ่งที่กึ่งกลางของเสาตอม่อ แรงดันหยุดนิ่ง ที่เกิดขึ้น จะมีค่าสูงสุดใกล้ผิวน้ำซึ่งเป็นจุดที่ความเร็วในการไหลเข้ามามีค่ามากที่สุด และจะมีค่าน้อยลงในบริเวณที่ต่ำลงไป แรงดัน ที่ลดลง...