西汉高速公路设计时,考虑到对秦岭生态环境的保护,在较多沿河路段采用了纵向桥梁的方式来代替挖填方路基。纵向桥路段的桥墩沿河道排列密集,尤其是在水流流速大的急弯河段,水流冲击力和携带滚石的撞击力都会威胁到桥梁下部结构。本文针对单弯河道纵向桥段水流特性问题,运用室内模型试验和数值模拟的手段,研究了70°弯道内纵向桥桥墩的跨径和不同布设形式对弯道水流流速和压力分布特征的影响。在此基础上,对西汉高速K44+800路段进行了数值模拟,提出了防护建议。首先,本文分析归纳了影响纵向桥布设段水流形态的主要因素。在此基础上设计并开展了不同跨径(52cm、64cm、80cm、120cm、160cm)、不同桥墩布设方案(平行布设、交错布设)的室内试验。试验表明:(1)在桥墩布设方式一致时,各工况流场流速较无桥墩流场增大幅度随着跨径的增大逐渐减小,沿程流速的变化幅度随着跨径的增大逐渐减小;(2)跨径相同,布设形式不同时,流场流速变化量基本一致,流速沿程变化规律也基本相似;(3)同一工况,上游流速较无桥墩流场增大幅度小于下游。其次,在大中小跨径桥梁模型中,各选取了两个工况进行数值模拟,得到了压力、流速以及桥墩纵断面流线分布特征。模拟结果与试验结果吻合较好,证明RNG k-ε模型能较好的模拟多圆柱绕流问题。模拟研究表明:(1)桥墩跨径越小,流场整体流速越大;各工况压力变化规律相似,桥墩正前方压力最大,桥墩两侧和背后为负压区,流场的压力沿程逐渐减小,凸岸的压力小于凹岸,凹岸压力沿程逐渐减小,凸岸压力先减小至弯道出口处开始增大。(2)桥墩组平行布设时,中小跨径桥梁各桥墩断面流速变化规律相似,弯道上游的桥墩断面各桥墩两侧流速较大,越靠近凸岸一侧的桥墩两侧流速越大,位于弯道中下游的桥墩断面各桥墩受到桥墩绕流尾流的影响,桥墩两侧上下部流速小中部流速较大;大跨径桥梁各排桥墩之间的影响几乎可以忽略,相当于单排桥墩,各桥墩断面桥墩两侧的流速都有增大,靠近凹岸一侧的桥墩在弯道中下游段桥墩两侧流速增大明显。(3)桥墩组交错布设时,中小跨径桥梁各桥墩断面流速变化规律相似,位于弯道上游靠近凸岸的第一幅桥墩桥墩两侧流速增大明显,弯道中下游的第一幅桥墩两侧流速受到桥墩绕流的影响,桥墩两侧中部流速大于上下部,第二幅桥墩有相似的变化,但桥墩两侧流速增大幅度小于第一幅;由于弯道中下游水流结构的改变,中小跨径桥梁位于弯道下游的第二幅靠近凹岸的桥墩两侧流速大于上游;大跨径桥梁各排桥墩之间几乎没有影响,各幅中下游部位的桥墩两侧流速较上游均有所增大。(4)由于离心力的影响,第一列桥墩与凸岸壁面以及第一二列桥墩之间流线密集,第三列桥墩与第四列桥之间流线稀疏。最后,对西汉高速K44+800路段单弯纵向桥段进行了数值模拟。结果表明:弯道上游凸岸与弯道中下游桥墩右侧流速较大,为了防止冲刷破坏,应考虑对上游凸岸岸坡以及弯顶下游的桥墩两侧加以防护。