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1、会计学 1桥涵(qiohn)水文第一页，共77 页。第一节 桥位河段水流图式(t sh)和桥孔布置原则第 1 页/共 77 页第二页，共77 页。第一节 桥位河段水流(shuli)图式和桥孔布置原则 从桥涵水文的角度看，孔径(kngjng)若小于河道天然宽度太多，河道被桥大量压缩，过水断面减小，桥位断面流速相应增大，将引起较大的冲刷。从而影响了桥墩基础的埋置深度，增加了施工难度，使造价提高。一、建桥前后桥位河段水流运动的变化1.建桥前 由于桥位一般选在顺直河段，可以看成是均匀流(各个断面的比降、流速均相等)，任意一个断面的输沙存在一个动态平衡状态。第 2 页/共 77 页第三页，共77 页。第
2、一节 桥位河段水流图式(t sh)和桥孔布置原则2.建桥后 建桥后桥位河段的水流和泥沙运动状态是桥孔水力计算的依据，但桥位河段的水流和泥沙运动十分复杂，目前(mqin)只能在某些假定和实验的基础上提出简化的水流图式。桥渡的修建总是对河床有一定程度的压缩，使桥位河段天然水流遭到破坏，引起水流状态变化，水面有雍高和跌水现象，河床有淤积和冲刷现象。第 3 页/共 77 页第四页，共77 页。1 2 334第 4 页/共 77 页第五页，共77 页。第一节 桥位河段水流图式和桥孔(qiokng)布置原则(1)桥位上游 在-之间形成了一个雍水区，水面逐渐升高z，水面呈a1型曲线，随着水深的增加，水面坡度
3、i和流速v逐渐减小，水流挟沙能力减弱，不能继续全部输移上游到来的泥沙，因而在-之间逐渐沉积下来(xi li)。雍水区长度：当有导流堤时，雍水区长度较大。第 5 页/共 77 页第六页，共77 页。第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置(bzh)原则(2)桥位上端溢流区-之间，过水断面逐渐减小(水面逐渐被压缩呈漏斗状)，水面坡度i及流速也相应增大，挟沙能力也逐渐增大，水中的来沙逐渐小于去沙，从而产生冲刷。溢流区长度为L LB，LB为导流堤在桥位上游的长度。(3)桥位下端压缩区-之间，水深继续降低，由于有桥墩的阻水，水流速度继续增大，继续造成冲刷。过水断面的最小断面：有导流堤桥孔断面无导流堤桥孔下游第
4、 6 页/共 77 页第七页，共77 页。第一节 桥位河段水流(shuli)图式和桥孔布置原则(4)桥位下游扩散区 水流逐渐(zhjin)扩散至天然河宽，流速逐渐(zhjin)变小直至恢复天然河道流速，水流的携沙能力由大变小，在河床上从冲刷变小到出现淤积，又从淤积逐渐(zhjin)减小到恢复天然河道河流状态。第 7 页/共 77 页第八页，共77 页。第一节 桥位河段水流图式(t sh)和桥孔布置原则小结：雍水高度、桥孔长度、冲刷三者相关。桥孔长度，压缩，雍水高度，冲刷。设计时应综合考虑它们的影响。桥孔长度增大，雍水高度小，桥面标高低，但桥梁造价增大；桥孔长度减小，雍水高度大，威胁桥位上游两岸
5、的安全；桥面标高大，引道工程量增大，且基础工程的埋深加大。考虑河流的型性，不同河段(h dun)桥孔布设应作不同的考虑。第 8 页/共 77 页第九页，共77 页。第一节 桥位河段水流图式(t sh)和桥孔布置原则在冲积河流上建桥，常常对河流的自然过水断面中，那些水面很宽，过水面积很大，但通过的流量却很小的部分，用路堤代替桥孔。在宽浅变迁和宽浅游荡河段上，洪水的摆动常将河槽扩宽到远大于排洪与输沙实际需要的宽度，建桥时用引道路堤代替桥孔。在边滩微弯河段上，通常只对河滩进行压缩，而对河槽宽度则不压缩或少压缩。对深槽和浅槽稳定(wndng)河段，一般毫不压缩地以桥孔跨越河槽的全部过水宽度。在通航河段
6、和有堤防的河段上，是否可以压缩设计洪水的过水断面以缩短桥孔长度，须视具体情况而定。第 9 页/共 77 页第十页，共77 页。第一节 桥位河段水流图式和桥孔(qiokng)布置原则二、桥孔布置的原则桥孔设计(shj)应在保证桥梁安全运营的情况下，顺畅宣泄包括设计(shj)洪水在内的各级洪水的水流和泥沙，避免河床产生不利变形，保证墩台具有足够的稳定性，并做到经济合理。桥孔设计(shj)应满足通航、流冰、流木及其他漂流物顺畅通过桥下的要求。桥孔设计(shj)不宜过分压缩河道、改变水流的天然状态。建桥后引起的流势变化、河床变形和桥前雍水高度，应在两岸农田、村镇和堤防安全的允许范围之内。桥孔设计(sh
7、j)应考虑桥址上下游已建成或拟建的水利工程、航道、码头和管线等引起的河床演变对桥孔的影响。第 10 页/共 77 页第十一页，共77 页。第一节 桥位河段水流图式(t sh)和桥孔布置原则5.桥孔布设应于天然河流断面流量分配相适应。6.在通航和筏运的河段上，应充分考虑河床演变所引起的航道变化，将通航孔布设在稳定的航道上，必要时可预留通航孔。7.在主流(zhli)深泓线上不宜布设桥墩，在断层、溶洞等不良地段也不宜布设墩台。8.桥孔设计时，对跨径在50m以下的桥孔，应尽量采用标准跨径。9.考虑施工条件和经济效益及生态环境效益，作全面的技术经济比较，选择合理的桥孔设计方案。第 1 1 页/共 77
8、页第十二页，共77 页。第二节 桥孔(qiokng)长度计算第 12 页/共 77 页第十三页，共77 页。第二节 桥孔长度(chngd)计算桥孔长度：设计水位(shuwi)两桥台前缘之间(埋入式桥台则为两桥台护坡坡面之间)的水面宽度。第 13 页/共 77 页第十四页，共77 页。桥涵分类公路桥涵多孔跨径总长L/m 单孔跨径l/m特大桥 L1000 l150大桥 100 L 1000 40 l 150中桥 30 L100 20l40小桥 8 L30 5l 20涵洞-l5第二节 桥孔长度(chngd)计算桥涵分类(fn li)有两个标准：单孔跨径和多孔跨径总长。第 14 页/共 77 页第十五
9、页，共77 页。在桥梁工程中，中小跨度的桥梁占的比例非常大。这部分桥梁如果采用标准设计，其工程设计和施工质量将大大提高，其经济效益也是非常可观(kgun)的，因而我国公路工程技术标准中规定，标准设计或新建桥涵跨径在50m以下时，均应采用标准跨径。桥涵标准化跨径有:0.75m,1.0m,1.25m,1.5m,2.0m,2.5m,3.0m,4.0m,5.0m,6.0m,8.0m,10m,13m,16m,20m,25m,30m,35m,40m,45m,50m。第二节 桥孔长度(chngd)计算第 15 页/共 77 页第十六页，共77 页。第二节 桥孔(qiokng)长度计算 桥孔长度(chngd)
10、的确定，首先应满足排洪和输沙的要求，保证设计洪水及其所携带的泥沙从桥下顺利通过，并应综合考虑桥孔长度(chngd)、桥前雍水和桥下冲刷的相互影响。一、冲刷系数法 利用桥位断面的设计流量 和设计水位，根据水力学的连续性原理，求出桥下顺利渲泄设计洪水时所需要的最小过水面积，用以控制桥孔的最小长度(chngd)。建桥后桥孔压缩了水流，桥下河槽开始冲刷，桥下过水断面积增大，而桥下流速逐渐降低，河槽的冲刷将相应的减缓，最终趋于停止。第 16 页/共 77 页第十七页，共77 页。第二节 桥孔长度(chngd)计算别列柳伯斯基假定：桥下过水面积扩大到使桥下流速等于天然河槽流速时，桥下冲刷即停止。为了推算冲
11、刷后的桥下过水面积，引入冲刷系数P:由于冲刷前后(qinhu)的流量不变，所以第 17 页/共 77 页第十八页，共77 页。第二节 桥孔长度(chngd)计算所以，实际(shj)所需的过水面积：挤束系数(xsh)：压缩系数：第 18 页/共 77 页第十九页，共77 页。第二节 桥孔长度(chngd)计算得到(d do)最小桥长得到(d do)最小净长第 19 页/共 77 页第二十页，共77 页。设计流速单孔跨径10 13 16 20 25 30 35 40 451 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.001.0 0.96 0.97 0.98
12、 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.991.5 0.96 0.96 0.97 0.97 0.98 0.98 0.98 0.99 0.992.0 0.93 0.94 0.95 0.97 0.97 0.98 0.98 0.98 0.982.5 0.90 0.93 0.94 0.96 0.96 0.97 0.97 0.98 0.983.0 0.89 0.91 0.93 0.95 0.96 0.96 0.97 0.97 0.983.5 0.87 0.90 0.92 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.974.0 0.85 0.88 0.91 0.93 0.94 0
13、.95 0.96 0.96 0.97桥墩水流侧向压缩系数值第 20 页/共 77 页第二十一页，共77 页。第二节 桥孔长度(chngd)计算计算(j sun)法 在实测桥位断面图上布设桥孔方案；计算设计水位下所取桥孔方案的毛过水面积；取(略大于)且水面宽度最小的布设方案为最后采用方案。由此所得的最小水面宽度即为所求。综合地质、地形航运及基础类型等要求，按标准跨径划分桥孔长度，布设桥孔孔数。桥孔长度应取整米数，实际过水面积应略大于计算过水面积。第 21 页/共 77 页第二十二页，共77 页。第二节 桥孔(qiokng)长度计算图解法 在实测桥位断面上布设桥孔方案；按计算值 在过水断面面积累积
14、曲线坡度较陡处确定水面宽最小的桥孔位置，相应的最小水面宽度即桥孔长度(chngd)；如计算法，划分桥孔长度(chngd)和孔数。第 22 页/共 77 页第二十三页，共77 页。第二节 桥孔(qiokng)长度计算第 23 页/共 77 页第二十四页，共77 页。第二节 桥孔长度(chngd)计算二、用桥孔(qiokng)净长经验公式计算 自20世纪50年代起，我国公路桥梁都是应用冲刷系数法确定桥孔(qiokng)长度。使用近20年后总结经验发现，这种方法对于颗粒细、均匀砂质河床，平原稳定性河床基本能反映实际情况。但对我国广大地区的大颗粒、宽浅变迁性河床等不稳定性河床，却与实际情况相差较大。公
15、路工程水文勘测设计规范(JTG C30-2002)中对各类河段的桥孔(qiokng)长度的计算公式：1.峡谷河段 可按河床地形布孔，不宜压缩河槽，可不作桥孔(qiokng)最小净长度计算。第 24 页/共 77 页第二十五页，共77 页。第二节 桥孔长度(chngd)计算2.开阔、顺直微弯、分汊、弯曲(wnq)河段及滩槽可分的不稳定河段河段类型开阔、微弯0.84 0.90分汊、弯曲0.95 0.87滩、槽可分0.69 1.59第 25 页/共 77 页第二十六页，共77 页。第二节 桥孔(qiokng)长度计算3.宽滩河段(h dun)4.滩槽难分的不稳定(wndng)河段第 26 页/共 7
16、7 页第二十七页，共77 页。第二节 桥孔长度(chngd)计算注意:1.这些公式算出的桥孔长度是指在一定的水力、泥沙及河床条件下，通过设计洪水流量时，桥下过水断面(与流向垂直的横断面)必须具有的桥孔最小净长度。2.实际桥孔长度为算出的最小桥孔净长度再加所有桥墩的宽度(kund)；3.算出的桥孔净长度是指水流与桥轴正交时的长度，如果是斜桥，则应换算为斜桥轴线方向的长度。第 27 页/共 77 页第二十八页，共77 页。【例】某三级公路跨越平原区次稳定河段，拟建一座桥梁。根据外业收集资料及计算知，桥位处天然河槽平均流速为3.10m，设计流量为3500m3/s。桥位断面如图所示。初步拟定上部构造采
17、用标准跨径为20m(桥墩中心间距(jin j)的预应力钢筋混凝土简支梁，墩宽为1.0m，试用冲刷系数法确定桥长及桥跨布置。第二节 桥孔长度(chngd)计算第 28 页/共 77 页第二十九页，共77 页。解：1.平原区次稳定河段冲刷系数P=1.2；2.压缩系数：3.折减系数：4.所需桥下毛过水面积(min j)5.参照地形图，采用820m桥跨，将两岸桥台置于K0+575.50 和K0+730.07，计算得桥下实有毛过水面积(min j)为1152.3m3/s第二节 桥孔(qiokng)长度计算第 29 页/共 77 页第三十页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程第 30 页/共
18、77 页第三十一页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程 桥面高程是指桥面中心线上最低点的高程。桥面高程设计必须满足桥下通过设计洪水、流冰、流木和通航的要求，还要配合整个路线的纵断面设计。一、引致桥下水位升高的因素 引致桥下水位升高的因素主要有：桥下雍水、波浪升高、水拱、河湾超高等。1.雍水 建桥后，天然水流受到桥孔压缩，桥前形成雍水。最大雍水高度的位置：有导流堤时，约在导流堤的上游堤端附近(fjn)；无导流堤时，约在桥位中线上游一个桥孔长度附近(fjn)。第 31 页/共 77 页第三十二页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程(1)桥前最大雍水高度(god)(1)桥前最
19、大雍水高度(god)(2)桥下雍水高度序号 洪水和河床土质条件 取值1一般情况2洪水暴涨暴落，土质坚实、不易冲刷3洪水涨落缓慢、土壤松软易冲刷 不计第 32 页/共 77 页第三十三页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程 急流河槽（Fr1）修建桥梁后，桥梁上游河槽不出现雍水曲线(qxin)，即不存在桥前雍水高度和桥下雍水高度。但出现桥墩迎水面水流溅起的冲击高度:第 33 页/共 77 页第三十四页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程2.波浪(1)桥位处的波浪高度 桥位处河流洪水的波浪高度一般通过调查确定。调查困难时，可按下式计算：计算桥面高程时，以桥位处静水面以上(ys
20、hng)，波浪高度的三分之二计入。第 34 页/共 77 页第三十五页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程(2)路堤（或导流堤等）边坡处的波浪爬高 波浪冲向路堤(或导流堤等)边坡而爬升的高度，称为波浪爬高或波浪侵袭(qnx)高度。确定河滩路堤和导流堤等顶面高程时，应计入这一高度。(3)斜向的波浪爬高第 35 页/共 77 页第三十六页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程3.水拱高 河流涨水时同一断面的主槽流速比两侧河滩的流速大，主槽水位(shuwi)比河滩水位(shuwi)上涨快，形成河心水位(shuwi)高，两边河滩水位(shuwi)低的水拱现象；在洪水由峡谷山口流出
21、时，也会出现水拱现象。河中水面高出两边的高为水拱高。4.河湾水位(shuwi)超高 河湾处形成水面横比降，引起凹岸水位(shuwi)超高：计算桥面高程时，可计入河湾水位(shuwi)超高值的1/2。第 36 页/共 77 页第三十七页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程二、桥面最低标高的确定 桥面中心及河床内引道路面最低标高的确定受设计洪水水位、设计最高通航水位、因桥梁建筑而引起的水位升高、水面漂浮物、通航船只净高以及桥梁结构物高度、道路线型布设的需要等因素(yn s)的综合影响。若此标高设置过大，将使工程投入显著增大；但是标高设置过小，将会造成桥位上游正常通航或局部的洪涝灾害，甚
22、至危及桥梁的安全及桥位上游局部地区的人民生命财产安全。第 37 页/共 77 页第三十八页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程1.不通航(tnghng)河段桥面中心最低标高：第 38 页/共 77 页第三十九页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程桥梁部位按设计洪水位计算要求的桥下净空安全值高出最高流冰水位以上的净空安全值梁底0.5 0.75支承垫石顶面0.25 0.5拱脚按注 要求办理 0.25不通航河流(hli)公路桥梁桥下净空安全值注：无胶拱的拱脚，允许被设计洪水淹没，淹没高度一般不超过拱圈(n qun)矢高的三分之二，拱脚至计算水位的净高不小于1m；有锚固的普通板
23、式橡胶支座，其桥台端桥下净空可不受0.25或0.5的限制。表列最小净空安全值与注 的净高，应同时根据河流的具体情况，酌情考虑雍水、浪高、河床淤高、漂流物和流冰阻塞的影响，适当加高。第 39 页/共 77 页第四十页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程桥梁部位高出设计水位加 h后最小高度高出检算水位加h后最小高度梁底一般情况洪水期有大漂流物有泥石流0.5 0.751.5 1.01.0 支承垫石顶面0.25 拱肋和拱圈的拱脚0.25 铁路桥梁桥下净空(jn kn)安全值第 40 页/共 77 页第四十一页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程类型净跨(m)主槽桥孔 边滩桥孔流
24、冰微弱中等强烈162040101330流木中等流木长度加1m强烈流木长度加2m流冰、流木河段(h dun)上桥梁最小净跨第 41 页/共 77 页第四十二页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程2.通航河段 通航河桥的桥面高程除应满足(mnz)不通航河流的要求外，同时还应满足(mnz)下式的要求：第 42 页/共 77 页第四十三页，共77 页。设计最高通航水位根据各种河流具体情况确定。一般天然 设计最高通航水位根据各种河流具体情况确定。一般天然(tinrn)(tinrn)河流的设计最高通 河流的设计最高通航水位可采用下表中规定的各级洪水重现期水位。航水位可采用下表中规定的各级洪水重
25、现期水位。第三节 桥面(qio min)高程航道等级 洪水重现期20 10 5天然(tinrn)河流设计最高通航水位标准第 43 页/共 77 页第四十四页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高程【例】某桥桥下为通航河流，河道通航等级(dngj)为级，经计算，河道设计水位为863.00m，河道设计最高通航水位为860.50m；桥梁为T型梁，结构高度为1.2m；桥面铺装厚度0.12m，人行道高度0.20m,护栏高度1.2m;桥前最大雍水高度1.26m，浪高0.82m，水拱高度0.65m。试求桥面最低高度。解：按不通航河流算按通航(tnghng)河流算第 44 页/共 77 页第四十五页，
26、共77 页。第三节 桥面(qio min)高程【例】已知：(1)桥址河床断面及地质资料如图；(2)平原次稳定河流，设计流量，设计水位,河槽天然流速,河滩天然平均(pngjn)流速,水流与桥位正交，汛期含沙量(3)通航等级为五级航道，最小净跨35m,最小净高8m，通航水位105.00m;(4)采用净跨36m(梁全长36.6m)的预应力钢筋混凝土梁，圆端形桥墩，宽3.10m，长9.10m，梁建筑高度3.00m，梁缝0.10m，基础为沉井，尺寸为4.6m10.6m。要求:(1)确定桥孔长度；(2)确定桥面中心最低高程。第 45 页/共 77 页第四十六页，共77 页。第三节 桥面(qio min)高
27、程第 46 页/共 77 页第四十七页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算第 47 页/共 77 页第四十八页，共77 页。第四节 桥下河床冲刷(chngshu)计算 为了使设计洪水在桥下安全通过，不但要有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且桥梁墩台基础还必须有足够的埋置深度。桥下冲刷直接影响着桥墩台的基础埋置深度，要保证桥梁安全，就必须将墩台基础放置在可靠的地基上。进行冲刷计算的目的是要找最大冲刷深度，决定(judng)不被冲走的地基面的标高。一、桥下冲刷的组成1.天然冲刷 河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下，自然发育过程造成的冲刷现象。例如：河床逐年下切、淤积，边滩下移，河
28、湾发展变形以及截弯取直，河槽摆动。第 48 页/共 77 页第四十九页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算 无论修桥与否，天然冲刷都存在。修桥后，可能对天然冲刷有影响。关于天然冲刷深度的计算，目前尚无成熟的计算方法，一般多调查或利用桥位上、下游水文站历年实测断面(dun min)资料统计分析。对于河床下切的变形，可通过调查或利用各年河床断面，河段地形图等资料，分析逐年下切的程度，估算桥梁使用期内自然(zrn)下切的深度。对于河槽横向变动已引起的自然(zrn)演变冲刷，宜在桥位河段内选用对计算冲刷不利的断面作为计算断面。对于现有涉河工程引起的河床变形，可收集已有分析资料、动床模
29、型试验成果预测，或采用相应公式计算确定。第 49 页/共 77 页第五十页，共77 页。第四节 桥下河床冲刷(chngshu)计算2.一般(ybn)冲刷 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，水流携沙能力也随之增大，造成整个桥下断面的河床冲刷。这一冲刷过程，称为桥下断面的一般(ybn)冲刷。3.局部冲刷 水流因受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷现象叫局部冲刷。在桥墩的前缘与两侧形成冲刷坑。三种冲刷交织在一起，同时进行。计算时假定它们独立地相继进行，可分别计算，最后叠加。第 50 页/共 77 页第五十一页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算二、一般
30、冲刷计算(j sun)关于桥下断面一般冲刷深度计算(j sun)，目前尚无成熟理论，主要按经验公式计算(j sun)。常用的经验公式有64-1，64-2，包尔达可夫公式。1.64-2公式原理：输沙平衡原理 桥下河槽断面的上游来沙量小于桥下断面的水流挟沙能力(主要是推移质),则发生冲刷。伴随冲刷的发展，桥下断面增大，流速和挟沙能力逐渐减小。上游来沙量G1和下游排沙量G2趋向平衡，冲刷趋于停止，达到最大冲刷深度。第 51 页/共 77 页第五十二页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算64-2简化公式适用于沙性土河槽的一般冲刷计算(j sun)规范推荐公式第 52 页/共 77 页
31、第五十三页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算第 53 页/共 77 页第五十四页，共77 页。设计流速单孔跨径10 13 16 20 25 30 35 40 451 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.001.0 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.991.5 0.96 0.96 0.97 0.97 0.98 0.98 0.98 0.99 0.992.0 0.93 0.94 0.95 0.97 0.97 0.98 0.98 0.98 0.982.5 0.90 0.93 0.94
32、0.96 0.96 0.97 0.97 0.98 0.983.0 0.89 0.91 0.93 0.95 0.96 0.96 0.97 0.97 0.983.5 0.87 0.90 0.92 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.974.0 0.85 0.88 0.91 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97桥墩水流侧向压缩系数值第 54 页/共 77 页第五十五页，共77 页。第四节 桥下河床冲刷(chngshu)计算2.64-1公式原理：根据冲止流速建立的冲刷公式 桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速称为冲止流速。冲止流速理论认为：桥下断面内的任意垂线的流速
33、都会由于桥梁墩台对河床的挤束作用而提高，此时，桥下河床断面将发生(fshng)一般冲刷。随着一般冲刷的发展，桥下过水断面不断扩大，过水垂线深度不断加大，使垂线平均流速不断下降。当垂线平均流速降低至该垂线的冲止流速时，该垂线处冲刷停止，一般冲刷达到最大；当桥下所有垂线的流速都降低至冲止流速时，桥下断面的一般冲刷即完全停止。第 55 页/共 77 页第五十六页，共77 页。第四节 桥下河床冲刷(chngshu)计算64-1公式 根据水力学的连续性原理(yunl)，一般冲刷停止时，桥下最大垂线水深hp与桥下断面最大单宽流量之间的关系为：一般(ybn)冲刷后的最大水深：桥下断面的最大单宽流量出现在桥下
34、断面的最大水深处，可根据桥下断面的平均单宽流量推求。桥下断面的平均单宽流量对应着桥下断面的平均水深。由谢才-满宁公式可知，单宽流量与相应垂线水深的5/3次方成正比，所以：桥下平均单宽流量：桥下最大单宽流量：第 56 页/共 77 页第五十七页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算冲止流速(li s)：整理得64-1式：规范推荐(tujin)公式适用于沙性土河槽第 57 页/共 77 页第五十八页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算3.河滩部分冲刷计算 河槽中流速大，大于床沙的起动流速，洪水发生(fshng)时，总是处于泥沙运动状态；河滩上水深小，糙率大，流速很
35、小，只有洪水漫滩后，才有水流，一般流速小于床沙起动流速，无推移质运动，冲刷后没有上游来沙的补偿。桥下河滩冲刷后，只有当流速降低到土壤容许(不冲刷)流速时，才逐渐停止，其冲止流速为河滩土壤的容许(不冲刷)流速。第 58 页/共 77 页第五十九页，共77 页。第四节 桥下河床冲刷(chngshu)计算沙性土河滩(htn)的一般冲刷第 59 页/共 77 页第六十页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算4.包尔达可夫公式目前已应用(yngyng)不多 包尔达可夫根据别列柳伯斯基假定，认为桥下流速达到天然河槽平均流速时，桥下冲刷即停止，而且同一垂线处，冲刷后的水深与冲刷前的水深成正比
36、，并且建立了桥下一般冲刷经验公式，此公式适用于稳定性河段的河槽。河槽土质均匀时第 60 页/共 77 页第六十一页，共77 页。第四节 桥下河床冲刷(chngshu)计算河槽土质不均匀时 冲刷遇到河床下埋岩石或不宜冲刷的土质时，易冲刷土壤部分的冲刷深度(shnd)将增大。第 61 页/共 77 页第六十二页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算三、桥墩周围的局部冲刷 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(shuli)，水流(shuli)在桥墩两侧绕流，形成十分复杂的，以绕流涡旋体系为主的绕流结构，引起桥墩周围急剧的泥沙运动，形成桥墩周围局部
37、冲刷坑。为便于分析计算，假定桥墩局部冲刷是在一般冲刷完成后的基础上进行的。第 62 页/共 77 页第六十三页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算1.墩周水流结构及局部冲刷(chngshu)机理第 63 页/共 77 页第六十四页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算 当水行近桥墩时，因桥墩阻水，一部分绕流而过，一部分因冲击桥墩前端，紧贴墩前缘的水流转向上和向下流动的两部分。其中(qzhng)向上流动的部分，形成与水流方向相反的漩涡，使墩前端出现雍高。向下流动的水流遇到桥墩后均向下流动，直至河底，在河底形成漩涡，它是导致局部冲刷的主要动力。在墩侧的河底部，有斜
38、轴漩涡。由底部漩涡搅起的泥沙，被其上部水流夹带向下输送，河底逐渐出现冲刷坑。第 64 页/共 77 页第六十五页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算2.影响局部冲刷的因素 影响桥墩局部冲刷深度的因素很多，其中(qzhng)最主要的影响因素是涌向桥墩的流速、桥墩宽度、桥墩形式、墩前水深及床沙粒径等。墩前行近流速第 65 页/共 77 页第六十六页，共77 页。第四节 桥下河床冲刷(chngshu)计算墩宽墩型系数 河床土质的粒径(反映河床土质抵抗(dkng)冲刷大小的能力)粒径越大，局部冲刷深度越小。斜交角 斜交角 桥墩计算宽度B 水深h影响(yngxing)甚微第 66 页/
39、共 77 页第六十七页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算3.桥墩局部冲刷计算公式 局部冲刷深度hb通常是以一般冲刷完成后的高程起算，所表示的是桥墩垂线上的冲刷坑深度。目前，对桥墩局部冲刷有两类计算公式：用于非粘性土河床的65-2公式和65-1修正式；是粘性土河床的桥墩局部冲刷计算公式。1964年我国铁路、公路部门根据我国各类河段52座桥梁(qioling)99站年的实测观测资料和模型试验资料，制定了非粘性土的局部冲刷计算65-1公式和65-2公式。生产实践表明：这两个公式结构较为合理，反映了冲刷深度随行进流速的变化关系，并考虑了底沙运动对冲刷深度的影响，计算数值较为稳定可靠
40、。2002年，又在总结以往使用经验的基础上，提出了65-2公式和65-1修正式。第 67 页/共 77 页第六十八页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算3.桥墩局部冲刷(chngshu)计算公式65-1修正式 非粘性土河床桥墩局部冲刷(chngshu)计算公式。第 68 页/共 77 页第六十九页，共77 页。第四节 桥下河床冲刷(chngshu)计算第 69 页/共 77 页第七十页，共77 页。第四节 桥下河床冲刷(chngshu)计算65-2式 非粘性土河床(hchung)桥墩局部冲刷计算公式。第 70 页/共 77 页第七十一页，共77 页。第四节 桥下河床(hchu
41、ng)冲刷计算4.一般冲刷后墩前行近流速 桥墩局部冲刷假定是在一般冲刷完成后进行(jnxng)，因而一般冲刷后的最大水深为行进水深，一般冲刷后的垂线平均流速作为墩前行进流速。计算桥墩局部冲刷时，应根据所选用的一般冲刷计算公式，选择其对应的墩前行进流速公式。对于不同情况的局部冲刷，墩前行进流速按下列公式计算。第 71 页/共 77 页第七十二页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算第 72 页/共 77 页第七十三页，共77 页。第四节 桥下河床冲刷(chngshu)计算第 73 页/共 77 页第七十四页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算四、最低冲刷线高程
42、桥下河槽中，桥梁墩台处的最低冲刷线应为桥下全部(qunb)冲刷完成后的冲刷坑底。全部(qunb)冲刷完成后的最大水深，称为总冲刷深度，是河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷。桥墩的最低冲刷线高程：第 74 页/共 77 页第七十五页，共77 页。第四节 桥下河床(hchung)冲刷计算五、墩台(dn ti)基础的最小埋深 桥梁类别总冲刷深度(m)0 5 10 15 20一般桥梁 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5特殊桥梁 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0非岩性河床天然(tinrn)基础墩台基底埋深安全值 第 75 页/共 77 页第七十六页，共77 页。第四节 桥下河床冲刷(chngshu)计算岩石类别 岩石特征建议埋入岩面深度(m)按施工枯水季平均水位至岩面的距离分级h10m 极软岩胶结不良的长石砂岩、炭质页岩34 45 57 软质岩 粘土岩、泥质页岩 23 34 45 软质岩砂质页岩、砂质页岩互层、砂质砾岩12 23 34 硬质岩板岩、钙质砂岩、砂质岩、石灰岩、花岗岩、流纹岩、石英岩0.21.0 0.22.0 0.53.0岩性河床(hchung)基底埋置深度参考值 第 76 页/共 77 页第七十七页，共77 页。