桥涵水文学习.pptx
第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布桥位河段水流图式和桥孔布置原则置原则第1页/共77页第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则 从桥涵水文的角度看，孔径若小于河道天然宽度太多，从桥涵水文的角度看，孔径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，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。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一、建桥前后桥位河段水流运动的变化1.1.建桥前建桥前 由于桥位一般选在顺直河段，可以看成是均匀流由于桥位一般选在顺直河段，可以看成是均匀流(各个断各个断面的比降、流速均相等面的比降、流速均相等)，任意一个断面的输沙存在一个动，任意一个断面的输沙存在一个动态平衡状态。态平衡状态。第2页/共77页第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则2.2.建桥后建桥后 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，计算的依据，但桥位河段的水流和泥沙运动十分复杂，目前只能在某些假定和实验的基础上提出简化的水流图目前只能在某些假定和实验的基础上提出简化的水流图式。式。桥渡的修建总是对河床有一定程度的压缩，使桥位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。高和跌水现象，河床有淤积和冲刷现象。第3页/共77页12334第4页/共77页第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则(1)(1)桥位上游桥位上游 在在-之间形成了一个雍水区，水面逐渐升高之间形成了一个雍水区，水面逐渐升高z z，水，水面呈面呈a1a1型曲线，随着水深的增加，水面坡度型曲线，随着水深的增加，水面坡度i i和流速和流速v v逐渐减逐渐减小，水流挟沙能力减弱，不能继续全部输移上游到来的泥沙，小，水流挟沙能力减弱，不能继续全部输移上游到来的泥沙，因而在因而在-之间逐渐沉积下来。之间逐渐沉积下来。雍水区长度雍水区长度：当有导流堤时，雍水区长度较大。当有导流堤时，雍水区长度较大。第5页/共77页第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则(2)(2)桥位上端桥位上端溢流区溢流区 -之间，过水断面逐渐减小之间，过水断面逐渐减小(水面逐渐被压缩呈漏斗水面逐渐被压缩呈漏斗状状)，水面坡度，水面坡度i i及流速也相应增大，挟沙能力也逐渐增大，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。水中的来沙逐渐小于去沙，从而产生冲刷。溢流区长度为溢流区长度为L LL LB B，L LB B为导流堤在桥位上游的长度。为导流堤在桥位上游的长度。(3)(3)桥位下端桥位下端压缩区压缩区 -之间，水深继续降低，由于有桥墩的阻水，水流速之间，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。度继续增大，继续造成冲刷。过水断面的最小断面：过水断面的最小断面：有导流堤有导流堤桥孔断面桥孔断面无导流堤无导流堤桥孔下游桥孔下游第6页/共77页第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则(4)(4)桥位下游桥位下游扩散区扩散区 水流逐渐扩散至天然河宽，流速逐渐变小直至恢复天然水流逐渐扩散至天然河宽，流速逐渐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，又从淤积逐渐减小到恢复天然河道河流状态。到出现淤积，又从淤积逐渐减小到恢复天然河道河流状态。第7页/共77页第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则小结：小结：u雍水高度、桥孔长度、冲刷三者相关。雍水高度、桥孔长度、冲刷三者相关。桥孔长度桥孔长度，压缩，压缩，雍水高度，雍水高度，冲刷，冲刷。u设计时应综合考虑它们的影响。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，但桥梁造桥孔长度增大，雍水高度小，桥面标高低，但桥梁造价增大；价增大；桥孔长度减小，雍水高度大，威胁桥位上游两岸的安桥孔长度减小，雍水高度大，威胁桥位上游两岸的安全；桥面标高大，引道工程量增大，且基础工程的埋深全；桥面标高大，引道工程量增大，且基础工程的埋深加大。加大。u考虑河流的型性，不同河段桥孔布设应作不同的考虑。考虑河流的型性，不同河段桥孔布设应作不同的考虑。第8页/共77页第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式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。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。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。宽度则不压缩或少压缩。对深槽和浅槽稳定河段，一般毫不压缩地以桥孔跨越河对深槽和浅槽稳定河段，一般毫不压缩地以桥孔跨越河槽的全部过水宽度。槽的全部过水宽度。在通航河段和有堤防的河段上，是否可以压缩设计洪水在通航河段和有堤防的河段上，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。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页第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则二、桥孔布置的原则二、桥孔布置的原则1.1.桥孔设计应在保证桥梁安全运营的情况下，顺畅宣泄包括桥孔设计应在保证桥梁安全运营的情况下，顺畅宣泄包括设计洪水在内的各级洪水的水流和泥沙，避免河床产生不设计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。利变形，保证墩台具有足够的稳定性，并做到经济合理。2.2.桥孔设计应满足通航、流冰、流木及其他漂流物顺畅通过桥孔设计应满足通航、流冰、流木及其他漂流物顺畅通过桥下的要求。桥下的要求。3.3.桥孔设计不宜过分压缩河道、改变水流的天然状态。建桥桥孔设计不宜过分压缩河道、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。农田、村镇和堤防安全的允许范围之内。4.4.桥孔设计应考虑桥址上下游已建成或拟建的水利工程、航桥孔设计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。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页第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则5.5.桥孔布设应于天然河流断面流量分配相适应。桥孔布设应于天然河流断面流量分配相适应。6.6.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。航孔。7.7.在主流深泓线上不宜布设桥墩，在断层、溶洞等不良地段在主流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。也不宜布设墩台。8.8.桥孔设计时，对跨径在桥孔设计时，对跨径在50m50m以下的桥孔，应尽量采用标准以下的桥孔，应尽量采用标准跨径。跨径。9.9.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。经济比较，选择合理的桥孔设计方案。第11页/共77页第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算第12页/共77页第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算桥孔长度：桥孔长度：设计水位两桥台前缘之间设计水位两桥台前缘之间(埋入式桥台则为两桥台护埋入式桥台则为两桥台护坡坡面之间坡坡面之间)的水面宽度。的水面宽度。第13页/共77页桥涵桥涵分类分类公路桥涵公路桥涵多孔跨径总长多孔跨径总长L/mL/m单孔跨径单孔跨径l/ml/m特大桥特大桥L1000L1000l150l150大桥大桥100 L 1000100 L 100040 l 15040 l 150中桥中桥3030 L L1001002020l l4040小桥小桥8 L308 L305l 5l 2020涵洞涵洞-l l5 5第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算桥涵分类有两个标准：单孔跨径和多孔跨径总长。桥涵分类有两个标准：单孔跨径和多孔跨径总长。第14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的，因而我国大大提高，其经济效益也是非常可观的，因而我国公公路工程技术标准路工程技术标准中规定，中规定，标准设计或新建桥涵跨径在标准设计或新建桥涵跨径在50m50m以下时，均应采用标准跨径以下时，均应采用标准跨径。桥涵标准化跨径有桥涵标准化跨径有:0.75m,1.0m,1.25m,1.5m,2.0m,2.5m,3.0m,4.0m,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,5.0m,6.0m,8.0m,10m,13m,16m,20m,25m,30m,35m,40m,45m,50m 25m,30m,35m,40m,45m,50m。第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算第15页/共77页第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算 桥孔长度的确定，首先应满足排洪和输沙的要求，保桥孔长度的确定，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、桥前雍水和桥下冲刷的相互影响。合考虑桥孔长度、桥前雍水和桥下冲刷的相互影响。一、冲刷系数法一、冲刷系数法 利用桥位断面的设计流量利用桥位断面的设计流量 和设计水位和设计水位 ，根据水，根据水力学的连续性原理力学的连续性原理 ，求出桥下顺利渲泄设计洪水，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。时所需要的最小过水面积，用以控制桥孔的最小长度。建桥后桥孔压缩了水流，桥下河槽开始冲刷，桥下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。相应的减缓，最终趋于停止。第16页/共77页第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算别列柳伯斯基假定：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。时，桥下冲刷即停止。为了推算冲刷后的桥下过水面积，引入为了推算冲刷后的桥下过水面积，引入冲刷系数冲刷系数P:P:由于冲刷前后的流量不变，所以由于冲刷前后的流量不变，所以第17页/共77页第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算所以，实际所需的过水面积：挤束系数：压缩系数：第18页/共77页第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算得到最小桥长得到最小净长第19页/共77页设计设计流速流速单孔跨径单孔跨径10101313161620202525303035354040454511Fr1）修建桥梁后，桥梁上游河槽不）修建桥梁后，桥梁上游河槽不出现雍水曲线，即不存在桥前雍水高度和桥下雍水出现雍水曲线，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页第三节第三节 桥面高程桥面高程2.2.波浪波浪(1)(1)桥位处的波浪高度桥位处的波浪高度 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：难时，可按下式计算：计算桥面高程时，以桥位处静水面以上，波浪高度的三计算桥面高程时，以桥位处静水面以上，波浪高度的三分之二计入。分之二计入。第34页/共77页第三节第三节 桥面高程桥面高程(2)(2)路堤（或导流堤等）边坡处的波浪爬高路堤（或导流堤等）边坡处的波浪爬高 波浪冲向路堤波浪冲向路堤(或导流堤等或导流堤等)边坡而爬升的高度，称为波边坡而爬升的高度，称为波浪爬高或波浪侵袭高度。确定河滩路堤和导流堤等顶面高程浪爬高或波浪侵袭高度。确定河滩路堤和导流堤等顶面高程时，应计入这一高度。时，应计入这一高度。(3)(3)斜向的波浪爬高斜向的波浪爬高第35页/共77页第三节第三节 桥面高程桥面高程3.3.水拱高水拱高 河流涨水时同一断面的主槽流速比两侧河滩的流速大，河流涨水时同一断面的主槽流速比两侧河滩的流速大，主槽水位比河滩水位上涨快，形成河心水位高，两边河滩水主槽水位比河滩水位上涨快，形成河心水位高，两边河滩水位低的水拱现象；在洪水由峡谷山口流出时，也会出现水拱位低的水拱现象；在洪水由峡谷山口流出时，也会出现水拱现象。河中水面高出两边的高为水拱高。现象。河中水面高出两边的高为水拱高。4.4.河湾水位超高河湾水位超高 河湾处形成水面横比降，引起凹岸水位超高：河湾处形成水面横比降，引起凹岸水位超高：计算桥面高程时，可计入河湾水位超高值的计算桥面高程时，可计入河湾水位超高值的1/21/2。第36页/共77页第三节第三节 桥面高程桥面高程二、桥面最低标高的确定二、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、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的综合影响。道路线型布设的需要等因素的综合影响。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，甚至危及桥梁的安全及桥位上游局部地区的人涝灾害，甚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。民生命财产安全。第37页/共77页第三节第三节 桥面高程桥面高程1.1.不通航河段不通航河段桥面中心最低标高：桥面中心最低标高：第38页/共77页第三节第三节 桥面高程桥面高程桥梁部位桥梁部位按设计洪水位计算要求按设计洪水位计算要求的桥下净空安全值的桥下净空安全值高出最高流冰水位以上高出最高流冰水位以上的净空安全值的净空安全值梁底梁底0.50.75支承垫石支承垫石顶面顶面0.250.5拱脚拱脚按注按注要求办理要求办理0.25不通航河流不通航河流 公路桥梁公路桥梁桥下净空安全值桥下净空安全值注：注：无胶拱的拱脚，允许被设计洪水淹没，淹没高度一般不超无胶拱的拱脚，允许被设计洪水淹没，淹没高度一般不超过拱圈矢高的三分之二，拱脚至计算水位的净高不小于过拱圈矢高的三分之二，拱脚至计算水位的净高不小于1m；有锚；有锚固的普通板式橡胶支座，其桥台端桥下净空可不受固的普通板式橡胶支座，其桥台端桥下净空可不受0.25或或0.5的限的限制。制。表列最小净空安全值与注表列最小净空安全值与注的净高，应同时根据河流的具的净高，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。影响，适当加高。第39页/共77页第三节第三节 桥面高程桥面高程桥梁部位桥梁部位高出设计水位加高出设计水位加h后最小高度后最小高度高出检算水位加高出检算水位加h后最小高度后最小高度梁梁底底一般情况一般情况洪水期有大漂流物洪水期有大漂流物有泥石流有泥石流0.50.751.51.01.0支承垫石顶面支承垫石顶面0.25拱肋和拱圈的拱脚拱肋和拱圈的拱脚0.25铁路桥梁铁路桥梁桥下净空安全值桥下净空安全值第40页/共77页第三节第三节 桥面高程桥面高程类型类型净跨净跨(m)主槽桥孔主槽桥孔边滩桥孔边滩桥孔流冰流冰微弱微弱中等中等强烈强烈162040101330流木流木中等中等流木长度加流木长度加1m强烈强烈流木长度加流木长度加2m流冰、流木河段上桥梁最小净跨流冰、流木河段上桥梁最小净跨第41页/共77页第三节第三节 桥面高程桥面高程2.2.通航河段通航河段 通航河桥的桥面高程通航河桥的桥面高程除应满足不通航河流的要求外除应满足不通航河流的要求外，同时，同时还应满足下式的要求：还应满足下式的要求：第42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。第三节第三节 桥面高程桥面高程航道等级航道等级洪水重现期洪水重现期20105天然河流设计最高通航水位标准天然河流设计最高通航水位标准第43页/共77页第三节第三节 桥面高程桥面高程【例例】某桥桥下为通航河流，河道通航等级为某桥桥下为通航河流，河道通航等级为级，经计算，级，经计算，河道设计水位为河道设计水位为863.00m863.00m，河道设计最高通航水位为，河道设计最高通航水位为860.50m860.50m；桥梁为；桥梁为T T型梁，结构高度为型梁，结构高度为1.2m1.2m；桥面铺装厚度；桥面铺装厚度0.12m0.12m，人，人行道高度行道高度0.20m,0.20m,护栏高度护栏高度1.2m;1.2m;桥前最大雍水高度桥前最大雍水高度1.26m1.26m，浪，浪高高0.82m0.82m，水拱高度，水拱高度0.65m0.65m。试求桥面最低高度。试求桥面最低高度。解：解：按不通航河流算按不通航河流算按通航河流算按通航河流算第44页/共77页第三节第三节 桥面高程桥面高程【例例】已知：已知：(1)(1)桥址河床断面及地质资料如图；桥址河床断面及地质资料如图；(2)(2)平原次稳定河流，设计流量平原次稳定河流，设计流量 ，设计水位，设计水位 ,河槽天然流速河槽天然流速 ,河滩天然平均流速河滩天然平均流速 ,水流与桥位正交，汛期含沙量水流与桥位正交，汛期含沙量(3)(3)通航等级为五级航道，最小净跨通航等级为五级航道，最小净跨35m,35m,最小净高最小净高8m8m，通航，通航水位水位105.00m;105.00m;(4)(4)采用净跨采用净跨36m(36m(梁全长梁全长36.6m)36.6m)的预应力钢筋混凝土梁，圆的预应力钢筋混凝土梁，圆端形桥墩，宽端形桥墩，宽3.10m3.10m，长，长9.10m9.10m，梁建筑高度，梁建筑高度3.00m3.00m，梁缝，梁缝0.10m0.10m，基础为沉井，尺寸为，基础为沉井，尺寸为4.6m10.6m4.6m10.6m。要求要求:(1)(1)确定桥孔长度；确定桥孔长度；(2)(2)确定桥面中心最低高程。确定桥面中心最低高程。第45页/共77页第三节第三节 桥面高程桥面高程第46页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算第47页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算 为了使设计洪水在桥下安全通过，不但要有足够的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。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。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，决定不被冲进行冲刷计算的目的是要找最大冲刷深度，决定不被冲走的地基面的标高。走的地基面的标高。一、桥下冲刷的组成一、桥下冲刷的组成1.1.天然冲刷天然冲刷 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，边滩下过程造成的冲刷现象。例如：河床逐年下切、淤积，边滩下移，河湾发展变形以及截弯取直，河槽摆动。移，河湾发展变形以及截弯取直，河槽摆动。第48页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算 无论修桥与否，天然冲刷都存在无论修桥与否，天然冲刷都存在。修桥后，可能对天然。修桥后，可能对天然冲刷有影响。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，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资料统一般多调查或利用桥位上、下游水文站历年实测断面资料统计分析。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下切的深度。自然下切的深度。对于河槽横向变动已引起的自然演变冲刷，宜在桥位河段内对于河槽横向变动已引起的自然演变冲刷，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。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、对于现有涉河工程引起的河床变形，可收集已有分析资料、动床模型试验成果预测，或采用相应公式计算确定。动床模型试验成果预测，或采用相应公式计算确定。第49页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算2.2.一般冲刷一般冲刷 建桥后，由于桥孔压缩河床，桥下过水面积减小，从而建桥后，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，造成引起桥下流速的增大，水流携沙能力也随之增大，造成整个整个桥下断面桥下断面的河床冲刷。这一冲刷过程，称为桥下断面的一般的河床冲刷。这一冲刷过程，称为桥下断面的一般冲刷。冲刷。3.3.局部冲刷局部冲刷 水流因受墩台阻挡，在水流因受墩台阻挡，在墩台附近发生墩台附近发生的冲刷现象叫局部的冲刷现象叫局部冲刷。在桥墩的前缘与两侧形成冲刷坑。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。们独立地相继进行，可分别计算，最后叠加。第50页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算二、一般冲刷计算二、一般冲刷计算 关于桥下断面一般冲刷深度计算，目前尚无成熟理论，关于桥下断面一般冲刷深度计算，目前尚无成熟理论，主要按经验公式计算。常用的经验公式有主要按经验公式计算。常用的经验公式有64-164-1，64-264-2，包尔，包尔达可夫公式。达可夫公式。1.64-21.64-2公式公式原理：输沙平衡原理原理：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能力(主要是推移质主要是推移质),),则发生冲刷。伴随冲刷的发展，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。上游来沙量桥下断面增大，流速和挟沙能力逐渐减小。上游来沙量G1G1和下游排沙量和下游排沙量G2G2趋向平衡，冲刷趋于停止，达到最大趋向平衡，冲刷趋于停止，达到最大冲刷深度。冲刷深度。第51页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算64-264-2简化公式简化公式适用于沙性土河槽的一般冲刷计算适用于沙性土河槽的一般冲刷计算规范推荐公式规范推荐公式第52页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算第53页/共77页设计设计流速流速单孔跨径单孔跨径101013131616202025253030353540404545111.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00 1.001.001.01.00.960.960.970.970.980.980.990.990.990.990.990.990.990.990.990.99 0.990.991.51.50.960.960.960.960.970.970.970.970.980.980.980.980.980.980.990.99 0.990.992.02.00.930.930.940.940.950.950.970.970.970.970.980.980.980.980.980.98 0.980.982.52.50.900.900.930.930.940.940.960.960.960.960.970.970.970.970.980.98 0.980.983.03.00.890.890.910.910.930.930.950.950.960.960.960.960.970.970.970.97 0.980.983.53.50.870.870.900.900.920.920.940.940.950.950.960.960.960.960.970.97 0.970.974.04.00.850.850.880.880.910.910.930.930.940.940.950.950.960.960.960.96 0.970.97桥墩水流侧向压缩系数值第54页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算2.64-12.64-1公式公式原理：根据冲止流速建立的冲刷公式原理：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。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都冲止流速理论认为：桥下断面内的任意垂线的流速都会由于桥梁墩台对河床的挤束作用而提高，此时，桥下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一般冲刷。随着一般冲刷的发展，桥下河床断面将发生一般冲刷。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。般冲刷即完全停止。第55页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算64-164-1公式公式 根据水力学的连续性原理，一般冲刷停止时，桥下最大垂根据水力学的连续性原理，一般冲刷停止时，桥下最大垂线水深线水深hphp与桥下断面最大单宽流量之间的关系为：与桥下断面最大单宽流量之间的关系为：一般冲刷后的最大水深：一般冲刷后的最大水深：桥下断面的最大单宽流量出现在桥下断面的最大水深处，桥下断面的最大单宽流量出现在桥下断面的最大水深处，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。由谢才流量对应着桥下断面的平均水深。由谢才-满宁公式可知，单满宁公式可知，单宽流量与相应垂线水深的宽流量与相应垂线水深的5/35/3次方成正比，所以：次方成正比，所以：桥下平均单宽流量：桥下平均单宽流量：桥下最大单宽流量：桥下最大单宽流量：第56页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算冲止流速：冲止流速：整理得整理得64-1式：规范推荐公式式：规范推荐公式适用于沙性土河槽适用于沙性土河槽第57页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算3.3.河滩部分冲刷计算河滩部分冲刷计算 河槽中流速大，大于床沙的起动流速，洪水发生时，河槽中流速大，大于床沙的起动流速，洪水发生时，总是处于泥沙运动状态；河滩上水深小，糙率大，流速总是处于泥沙运动状态；河滩上水深小，糙率大，流速很小，只有洪水漫滩后，才有水流，一般流速小于床沙很小，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。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桥下河滩冲刷后，只有当流速降低到土壤容许(不冲不冲刷刷)流速时，才逐渐停止，其冲止流速为河滩土壤的容许流速时，才逐渐停止，其冲止流速为河滩土壤的容许(不冲刷不冲刷)流速。流速。第58页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算沙性土河滩的一般冲刷沙性土河滩的一般冲刷第59页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算4.4.包尔达可夫公式包尔达可夫公式目前已应用不多目前已应用不多 包尔达可夫根据别列柳伯斯基假定，认为桥下流速达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，桥下冲刷即停止到天然河槽平均流速时，桥下冲刷即停止，而且同一垂，而且同一垂线处，冲刷后的水深与冲刷前的水深成正比，并且建立线处，冲刷后的水深与冲刷前的水深成正比，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。河槽土质均匀时河槽土质均匀时第60页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算河槽土质不均匀时河槽土质不均匀时 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将增大。土壤部分的冲刷深度将增大。第61页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算三、桥墩周围的局部冲刷三、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，水流在桥墩两侧绕流，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，以绕流涡旋体系为主的绕流结构，引形成十分复杂的，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，形成起桥墩周围急剧的泥沙运动，形成桥墩周围局部冲刷坑桥墩周围局部冲刷坑。为便于分析计算，为便于分析计算，假定桥墩局部冲刷是在一般冲刷完成假定桥墩局部冲刷是在一般冲刷完成后的基础上进行的后的基础上进行的。第62页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算1.1.墩周水流结构及局部冲刷机理墩周水流结构及局部冲刷机理第63页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算 当水行近桥墩时，因桥墩阻水，一部分绕流而过，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。其中向上流动的部分，形成与水流方下流动的两部分。其中向上流动的部分，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，有斜轴是导致局部冲刷的主要动力。在墩侧的河底部，有斜轴漩涡。由底部漩涡搅起的泥沙，被其上部水流夹带向下漩涡。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。输送，河底逐渐出现冲刷坑。第64页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算2.2.影响局部冲刷的因素影响局部冲刷的因素 影响桥墩局部冲刷深度的因素很多，其中最主要的影响桥墩局部冲刷深度的因素很多，其中最主要的影响因素是影响因素是涌向桥墩的流速、桥墩宽度、桥墩形式、墩涌向桥墩的流速、桥墩宽度、桥墩形式、墩前水深及床沙粒径前水深及床沙粒径等。等。墩前行近流速墩前行近流速第65页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算墩宽墩宽墩型系数墩型系数河床土质的粒径河床土质的粒径(反映河床土质抵抗冲刷大小的能力反映河床土质抵抗冲刷大小的能力)粒径越大，局部冲刷深度越小。粒径越大，局部冲刷深度越小。斜交角斜交角 斜交角斜交角 桥墩计算宽度桥墩计算宽度B B 水深水深h h影响甚微影响甚微第66页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算3.3.桥墩局部冲刷计算公式桥墩局部冲刷计算公式 局部冲刷深度局部冲刷深度h hb b通常是以一般冲刷完成后的高程起算，所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：有两类计算公式：用于非粘性土河床的用于非粘性土河床的65-265-2公式和公式和65-165-1修修正式正式；是粘性土河床的桥墩局部冲刷计算公式。是粘性土河床的桥墩局部冲刷计算公式。19641964年我国铁路、公路部门根据我国各类河段年我国铁路、公路部门根据我国各类河段5252座桥梁座桥梁9999站年的实测观测资料和模型试验资料，制定了非粘性土的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局部冲刷计算65-165-1公式和公式和65-265-2公式。生产实践表明：这两个公式。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，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。靠。20022002年，又在总结以往使用经验的基础上，提出了年，又在总结以往使用经验的基础上，提出了65-265-2公式和公式和65-165-1修正式。修正式。第67页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算3.3.桥墩局部冲刷计算公式桥墩局部冲刷计算公式65-165-1修正式修正式 非粘性土河床桥墩局部冲刷计算公式。非粘性土河床桥墩局部冲刷计算公式。第68页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算第69页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算65-265-2式式 非粘性土河床桥墩局部冲刷计算公式。非粘性土河床桥墩局部冲刷计算公式。第70页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算4.4.一般冲刷后墩前行近流速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，因而一般桥墩局部冲刷假定是在一般冲刷完成后进行，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。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页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算第72页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算第73页/共77页第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算四、最低冲刷线高程四、最低冲刷线高程 桥下河槽中，桥梁墩台处的最低冲刷线应为桥下
