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1、第第十三十三章章 桥梁墩台冲刷计算桥梁墩台冲刷计算p13.1 墩台冲刷类型墩台冲刷类型p13.2 桥下断面一般冲刷深度桥下断面一般冲刷深度 p13.3 墩台局部冲刷深度墩台局部冲刷深度 p13.4 桥下河槽最低冲刷线桥下河槽最低冲刷线13.1 建桥后的河床演变建桥后的河床演变 p冲刷组成冲刷组成自然演变冲刷自然演变冲刷 一般冲刷一般冲刷 局部冲刷局部冲刷p河床自然演变冲刷的四种类型：河床自然演变冲刷的四种类型： 1) 河流发育成长过程中河床河流发育成长过程中河床纵断面纵断面的变形；的变形； 2) 河槽河槽横向横向移动所引起的变形；移动所引起的变形； 3) 河段河段深泓线摆动深泓线摆动引起的冲刷
2、变形；引起的冲刷变形； 4) 河槽河槽周期性变形周期性变形关于河床自然演变冲刷深度，目前尚无成熟的计算关于河床自然演变冲刷深度，目前尚无成熟的计算方方法，一般多法，一般多通过调查或利用桥位上下游水文站历年通过调查或利用桥位上下游水文站历年实实测断面资料统计分析确定测断面资料统计分析确定。6.3 桥下断面的一般冲刷计算桥下断面的一般冲刷计算 p一般冲刷的基本概念：一般冲刷的基本概念： 建桥后，由于桥孔压缩河床，桥下过水面积减小，建桥后，由于桥孔压缩河床，桥下过水面积减小，从而引起桥下流速的增大，水流挟沙能力也随之从而引起桥下流速的增大，水流挟沙能力也随之增大，造成整个断面的河床冲刷。这一冲刷过程
3、，增大，造成整个断面的河床冲刷。这一冲刷过程，称为称为桥下断面的一般冲刷桥下断面的一般冲刷。p随着一般冲刷的发展，桥下过水断面逐渐增大，随着一般冲刷的发展，桥下过水断面逐渐增大，流速逐渐降低，冲刷速率逐渐减小。流速逐渐降低，冲刷速率逐渐减小。p当桥下河槽各点泥沙的冲刷及淤积达到平衡时，当桥下河槽各点泥沙的冲刷及淤积达到平衡时，一般冲刷趋于停止，一般冲刷的深度达到最大。一般冲刷趋于停止，一般冲刷的深度达到最大。目前在工程界，一般冲刷目前在工程界，一般冲刷后最大水深后最大水深用用hp表示。表示。php表示当一般冲刷完成后，从表示当一般冲刷完成后，从设计水位设计水位算起的算起的计计算垂线处水深算垂线
4、处水深（也即为计算垂线处天然水深与一（也即为计算垂线处天然水深与一般冲刷完成后河底被冲刷深度之和）。般冲刷完成后河底被冲刷深度之和）。二、非粘性土河床的一般冲刷二、非粘性土河床的一般冲刷1. 河槽部分河槽部分 1）641修正式修正式QAvQAvBBspzqh vspzqhv2）64-2简化式简化式12GG桥下淤积桥下淤积p原理：原理：输沙平衡原理输沙平衡原理；p适用性：有适用性：有推移质运动推移质运动的的非粘性土河床非粘性土河床。pG1上游天然河道的来沙量，上游天然河道的来沙量， G2桥下河槽断面的排沙量。桥下河槽断面的排沙量。12GG桥下冲刷桥下冲刷12GG桥下冲淤平衡桥下冲淤平衡p推移质的
5、推移质的输沙率输沙率gs：单位时间单位河宽通过推移：单位时间单位河宽通过推移质的质量质的质量【kg/(ms)】41111 11sGgBvBp上游天然河道的来沙量：上游天然河道的来沙量：1111QvB h4111111QGBB h2224222(1)(1)sGgBvBp桥下断面的排沙量：桥下断面的排沙量：2222(1)dA QvB h4222222(1)(1)dA QGBB h12GG2phhp令令44211122121(1)(1)dpA QQBBB hB h0.660.9021.041cpdcmccgBQhAhQB314422111121pdQBhAhQB 64-2简化式：简化式：三、粘性土河
6、床的一般冲刷三、粘性土河床的一般冲刷00PPLLPPWWWWIWWI粘性土：粘性土：0.05dmm13.3 桥墩的局部冲刷计算桥墩的局部冲刷计算 修建在河床内的桥墩，经受着桥位河段及桥下修建在河床内的桥墩，经受着桥位河段及桥下断面的一般冲刷，同时，桥墩阻挡水流，水流在桥断面的一般冲刷，同时，桥墩阻挡水流，水流在桥墩两侧绕流，形成十分复杂的、以墩两侧绕流，形成十分复杂的、以绕流漩涡体系为绕流漩涡体系为主主的绕流结构，引起桥墩周围急剧的泥沙运动，形的绕流结构，引起桥墩周围急剧的泥沙运动，形成桥墩周围局部冲刷坑。成桥墩周围局部冲刷坑。 为了便于分析计算，假定桥墩局部冲刷是在为了便于分析计算，假定桥墩
7、局部冲刷是在一一般冲刷完成后般冲刷完成后的基础上进行的。桥墩计算公式中的的基础上进行的。桥墩计算公式中的墩前水深和流速都是采用一般冲刷后的水深和流速。墩前水深和流速都是采用一般冲刷后的水深和流速。一、桥墩局部冲刷的机理一、桥墩局部冲刷的机理 1. 桥墩周围的水流桥墩周围的水流桥墩周围的水流结构桥墩周围的水流结构1.墩前向下水流墩前向下水流2.墩前水面涌波墩前水面涌波3.尺度很大的漩涡体系尺度很大的漩涡体系漩涡体系漩涡体系1.两侧绕流漩涡两侧绕流漩涡2.墩前向下水流在床面附近形成的墩前向下水流在床面附近形成的马蹄形漩涡马蹄形漩涡3.桥墩两侧边界层分离形成的桥墩两侧边界层分离形成的尾流漩涡尾流漩涡
8、4.床面附近形成的小漩涡床面附近形成的小漩涡 每个急速旋转并向下游移动漩涡的中心形成负每个急速旋转并向下游移动漩涡的中心形成负压，吸起床沙，带往下游。伴随漩涡的生成和移动，压，吸起床沙，带往下游。伴随漩涡的生成和移动，引起床面静止的泥沙呈阵发性、突然的随机运动状引起床面静止的泥沙呈阵发性、突然的随机运动状态。在桥墩下游两侧漩涡相汇，泥沙沉积，形成很态。在桥墩下游两侧漩涡相汇，泥沙沉积，形成很长的沙脊。当行近流速较小时，在桥墩下游约长的沙脊。当行近流速较小时，在桥墩下游约8倍倍墩宽（墩径）处，漩涡逐渐消失。墩宽（墩径）处，漩涡逐渐消失。 3. 影响桥墩周边局部冲刷的主要因素影响桥墩周边局部冲刷的
9、主要因素 涌向桥墩的水流流速、流向涌向桥墩的水流流速、流向 桥墩宽度桥墩宽度 桥墩型式桥墩型式 墩前水深墩前水深 床沙粒径床沙粒径6.5 桥台冲刷计算桥台冲刷计算 一、桥台的冲刷机理一、桥台的冲刷机理 13.4 桥梁墩台基底最小埋深桥梁墩台基底最小埋深 minspbHHhhq桥墩的最低冲刷线高程桥墩的最低冲刷线高程h h 桥台所在位置桥台所在位置（河滩或河槽）的平均（河滩或河槽）的平均水深水深(m)h hs s 桥台冲刷深度。桥台冲刷深度。minssHHhh桥台的最低冲刷线高程桥台的最低冲刷线高程设计所需基础埋置深度设计所需基础埋置深度h由由桥梁基础桥梁基础课程所述课程所述方法确定；方法确定； 基底埋置安全深度基底埋置安全深度h查表确定。查表确定。 二墩台基础最小埋深的确定原则：二墩台基础最小埋深的确定原则：p根据桥位河段具体情况，取河床自然演变冲刷根据桥位河段具体情况，取河床自然演变冲刷一般冲刷和局部冲刷的不利组合，作为确定墩台一般冲刷和局部冲刷的不利组合，作为确定墩台基础埋深的依据。基础埋深的依据。p1.岩性河床墩台基础埋深岩性河床墩台基础埋深p2.桥台基底埋深桥台基底埋深p3.桥台锥体坡面防护桥台锥体坡面防护