桥涵水文学习.pptx
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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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，
8、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
9、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
10、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
11、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.
12、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
13、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
14、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
15、.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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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.
22、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，
23、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
24、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
25、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
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