Evaluating bridge abutment scour models under varying contraction

Thi Thao Pham; Quang Huy Mai

doi:10.7409/rabdim.026.011

Opublikowane: 2026-06-30

Tom 25 Nr 2 (2026)

Ocena modeli rozmywania przyczółków mostowych dla różnych wartości współczynnika zwężenia przepływu

Thi Thao Pham

, Quang Huy Mai

Dział: Artykuły

https://doi.org/10.7409/rabdim.026.011

Abstrakt

W artykule przedstawiono porównawczą analizę parametryczną i ilustracyjną trzech modeli rozmycia przyczółków mostowych: Froehlicha, HIRE oraz NCHRP 24-20, w celu oceny ich odpowiedzi modelowych oraz implikacji projektowych w warunkach zróżnicowanej intensywności zwężenia przepływu. W ramach systematycznej analizy parametrycznej rozpatrzono zmienność względnego wskaźnika rozmycia y_sp/y_a jako funkcji współczynnika zwężenia L/y_a, uwzględniając wpływ medianowej średnicy ziaren rumowiska D₅₀ oraz liczby Froude’a przepływu dopływowego Fr. Wyniki wskazują na istotne różnice w charakterze odpowiedzi analizowanych modeli. Modele empiryczne (Froehlich i HIRE) wykazują monotoniczny wzrost zgodny z prawem potęgowym, niezależnie od właściwości rumowiska. Natomiast model NCHRP 24-20, oparty na podejściu fizycznym, dostarcza odpowiedzi interpretowalnej w kategoriach redystrybucji przepływu oraz warunków ruchliwości rumowiska. Kluczowym wynikiem analizy jest identyfikacja ograniczonej odpowiedzi modelu, w której względny wskaźnik rozmycia dąży do wartości około 3,36 w warunkach rozmycia przy aktywnym transporcie rumowiska (ang. live-bed). Analiza wrażliwości wykazała, że w przypadku grubszych osadów model NCHRP 24-20 prognozuje mniejsze głębokości rozmycia w warunkach przepływu bez transportu rumowiska (ang. clear-water), tj. gdy V < V_c, co wskazuje na istotny wpływ ruchliwości rumowiska na odpowiedź modelu. Ponadto zidentyfikowano strefę przejściową dla współczynnika zwężenia przepływu L/y_a ≈ 35–45, w analizowanym zakresie liczb Froude’a, w której wyniki modelu NCHRP 24-20 mogą przekraczać zachowawczą (konserwatywną) obwiednię modelu Froehlicha. Wskazuje to na potencjalne ryzyko niedowymiarowania fundamentów w przypadku intensywnych ingerencji w obszary zalewowe. Uzyskane wyniki stanowią podstawę do wstępnej oceny projektowej (screeningowej) i mogą wspomagać określanie głębokości posadowienia fundamentów oraz projektowanie zabezpieczeń przeciwrozmyciowych w złożonych korytach wielonurtowych. Zastosowanie przedstawionych zależności wymaga więc każdorazowej weryfikacji z uwzględnieniem lokalnych warunków hydraulicznych, sedymentologicznych, geometrycznych i geotechnicznych.

Słowa kluczowe:

geometria przyczółku, rozmywanie przyczółkowe, współczynnik zwężenia, stabilność geotechniczna, amplifikacja hydrauliczna, NCHRP 24-20

Pobierz pliki

PDF

Zasady cytowania

Pham, T. T., & Mai, Q. H. (2026). Ocena modeli rozmywania przyczółków mostowych dla różnych wartości współczynnika zwężenia przepływu. Roads and Bridges – Drogi I Mosty, 25(2), 155–166. https://doi.org/10.7409/rabdim.026.011

Cited by / Share

Licencja

Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe.

Bibliografia

Melville B.W., Coleman S.E.: Bridge scour. Water Resources Publications, Highlands Ranch, Colorado, USA, 2000
Google Scholar

Dey S., Barbhuiya A.K.: Clear water scour at abutments. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Water Management, 157, 2, 2004, 77-97, DOI: 10.1680/wama.2004.157.2.77
Google Scholar

Korkmaz M., Emiroglu M.E.: Local scour at a bridge abutment along a curved channel. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Bridge Engineering, 177, 4, 2024, 252-267, DOI: 10.1680/jbren.21.00060
Google Scholar

Mohammadpour R., Ghani A.Ab., Zakaria N.A., Ali T.A.: Predicting scour at river bridge abutments over time. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Water Management, 170, 1, 2017, 15-30, DOI: 10.1680/jwama.14.00136
Google Scholar

Arneson L.A., Zevenbergen L.W., Lagasse P.F., Clopper P.E.: Evaluating scour at bridges. Hydraulic Engineering Circular No. 18 (HEC-18), Publication No. FHWA-HIF-12-003, Federal Highway Administration, Washington, DC, 2012
Google Scholar

Oben-Nyarko K., Ettema R.: Pier and abutment scour interaction. Journal of Hydraulic Engineering, 137, 12, 2011, 1598-1605, DOI: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000446
Google Scholar

Gholitabar S., Torres A.: Assessing the impact of climate change on bridge scour risks in New York state. In: CSCE Construction Specialty Conference / Construction Research Congress, CON 377, Montreal, Quebec, 2025, 1-6, DOI: 10.22260/CRC-CSCE-2025/0216
Google Scholar

Mố cầu hở toác sau mưa lũ, hàng nghìn người bất an lo cầu sập [eng. trans. Abutment eroded after heavy rain and floods, thousands of people anxious about bridge collapse]. DânTrí Online Newspaper, 2024, https://dantri.com.vn/thoi-su/mo-cau-ho-toac-sau-mua-lu-hang-nghin-nguoi-bat-an-lo-cau-sap-20241113114323046.htm (available in Vietnamese: 24.03.2026)
Google Scholar

Yorozuya A., Ettema R.: Three abutment scour conditions at bridge waterways. Journal of Hydraulic Engineering, 141, 12, 2010, Article ID: 04015028, DOI: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001053
Google Scholar

Laursen E.M.: An analysis of relief bridge scour. Journal of the Hydraulics Division, 89, 3, 1963, 93-118, DOI: 10.1061/JYCEAJ.0000896
Google Scholar

Laursen E.M.: Scour at bridge crossings. Iowa Highway Research Board, Bulletin No. 8, Iowa City, Iowa, 1958
Google Scholar

Hong S.H., Sturm T.W., Stoesser T.: Clear water abutment scour in a compound channel for extreme hydrologic events. Journal of Hydraulic Engineering, 141, 6, 2019, Article ID: 04015005, DOI: 10.1061/(asce)hy.1943-7900.0001002
Google Scholar

Morales R., Ettema R.: Insights from depth-averaged numerical simulation of flow at bridge abutments in compound channels. Journal of Hydraulic Engineering, 139, 5, 2013, 470-481, DOI: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000693
Google Scholar

Sediqi S., Sui J., Li G.: Local scour around bridge abutments in vegetated beds under ice-covered flow conditions – An experimental study and mathematical assessment using machine learning methods. Journal of Hydrology, 659, 2025, Article ID: 133257, DOI: 10.1016/j.jhydrol.2025.133257
Google Scholar

Dey S.: Fluvial hydrodynamics: Hydrodynamic and sediment transport phenomena. Revised Second Edition, Springer, Cham, Switzerland, 2024
Google Scholar

Barkdoll B., Ettema R., Melville B.W.: Countermeasures to protect bridge abutments from scour. NCHRP Report 587, Transportation Research Board, Washington, D.C., 2007, https://www.nationalacademies.org/publications/17620 (available: 20.06.2026)
Google Scholar

Froehlich D.C.: Local scour at bridge abutments. In: Proceedings of the 1989 National Conference on Hydraulic Engineering, New Orleans, LA, USA, 1989, 13-18
Google Scholar

Ettema R., Nakato T., Muste N.: Estimation of scour depth at bridge abutments. NCHRP Report 24-20, Transportation Research Board, Washington, D.C., 2010, https://onlinepubs.trb.org/onlinepubs/nchrp/docs/nchrp24-20_fr.pdf (available: 20.06.2026)
Google Scholar

Evaluation of bridge-scour research: abutment and contraction scour processes and prediction. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, NCHRP Web-Only Document 181. The National Academies Press, Washington, DC, 2011, DOI: 10.17226/22841
Google Scholar

Kirby A.M., Roca M., Kitchen A., Escarameia M., Chesterton O.J.: Manual on scour at bridges and other hydraulic structures. Second edition. Construction Industry Research and Information Association (CIRIA), Report No. C742, Department for Transport, London, UK, 2015, https://www.ciria.org/CIRIA/CIRIA/Item_Detail.aspx?iProductCode=C742 (available: 20.06.2026)
Google Scholar

Barbhuiya A., Dey S.: Local scour at abutments: A review. Sadhana, 29, 2004, 449-476, DOI: 10.1007/BF02703255
Google Scholar

Deng Y., Liu Y., Zhang D., Cao Z.: Machine learning-based prediction of scour depth around different-shaped bridge abutments. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Water Management, 177, 5, 2024, 308-326, DOI: 10.1680/jwama.22.00087
Google Scholar

Morales R., Ettema R., Barkdoll B.: Large-scale flume tests of riprap-apron performance at a bridge abutment on a floodplain. Journal of Hydraulic Engineering, 134, 6, 2008, 800-809, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2008)134:6(800)
Google Scholar

Mai H.Q., Doan N.T.: Assessment of methods of riprap size selections as scour countermeasures at bridge abutments and approach embankments. In: CIGOS 2019, Innovation for Sustainable Infrastructure. Lecture Notes in Civil Engineering, 54, Springer, Singapore, 2020, 227-232, DOI: 10.1007/978-981-15-0802-8_33
Google Scholar

Melville B.W., Van Ballegooy S., Coleman S.E., Barkdoll B.: Countermeasure toe protection at spill-through abutments. Journal of Hydraulic Engineering, 132, 3, 2006, 235-245, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2006)132:3(235)
Google Scholar

Lagasse P.F., Zevenbergen L.W., Schall J.D., Clopper P.E.: Bridge scour and stream instability countermeasures: Experience, selection, and design guidance. Hydraulic Engineering Circular No. 23 (HEC-23), Federal Highway Administration, Washington, DC, 2001, https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/57156/dot_57156_DS1.pdf (available: 20.06.2026)
Google Scholar

Shahriar A.R., Gabr M.A., Montoya B.M., Ortiz A.C.: Local scour around bridge abutments: Assessment of accuracy and conservatism. Journal of Hydrology, 619, 2023, Article ID: 129280, DOI: 10.1016/j.jhydrol.2023.129280
Google Scholar

Topczewski Ł., Mikołajewski P., Biskup M.: The Polish system for riverbed scour monitoring in the proximity of bridge supports. Roads and Bridges – Drogi i Mosty, 24, 4, 2025, 465-479, DOI: 10.7409/rabdim.025.030
Google Scholar

Ocena modeli rozmywania przyczółków mostowych dla różnych wartości współczynnika zwężenia przepływu

Abstrakt

Słowa kluczowe:

Pobrania

Thi Thao Pham

Quang Huy Mai