桥梁墩台冲刷计算

K1 0.8
1
0.45
1 0.15
d
d
V0——河床泥沙起动流速(m/s)
V0
0.0246
hP d
0.14
332d 10 hP
0.72
d
V0′——墩前泥沙始冲流速(m/s)，
V0
0.462
d B1
0.06
V0
n1——指数，
n1
V0 V
0.25d 0.19
第三节 墩台局部冲刷深度
一、非粘性土河床桥墩局部冲刷计算
●推荐使用公式
65-1修正式 65-2式
1. 65-1修正式 当V≤V0，
hb K K1B10.6 V V0
（13-24）
当V >V0，
hb K K1B10.6
V0 V0
V V0
V0 V0
n
（13-25）
式中：
第三节 墩台局部冲刷深度
K1——河床颗粒的影响系数，
第一节 墩台冲刷类型
最大冲刷深度是各种因素综合作用的结果，十分复
杂。为了便于研究和计算，桥涵水文中把这一复杂的冲
刷过程简化为独立的三部分——自然冲刷、一般冲刷、
局部冲刷，并假定它们相继发生，可以分别计算，然后
叠加，作为墩台的最大冲刷深度，并据以确定墩台基础
的埋置深度。
hs h hP hb
自然冲刷、一般冲刷、局部冲刷形成的原因各不相同。
Qtp
Ltp
ht max ht
5 7
3
0.33
1 IL
(13-13) (13-14)
IL—液性指数
第二节 桥下断面一般冲刷深度
4、64-1公式应用说明：
①计算流量： 当桥下为全部河槽或冲刷后河槽可扩宽至全桥时，应取Qcp=Qp，其 中Qp为设计流量，Qcp则为河槽部分桥孔的设计流量；当桥孔只压缩 了部分河滩且冲刷后河槽无扩宽至全桥可能时，设计流量Qp将有一部 分通过河滩处的桥孔，河槽及河滩部分桥孔的设计流量分别为：
第二节 桥下断面一般冲刷深度
一、64-1修正式（按冲止流速建立的公式）
建立的概念：
任一垂线，在一般冲刷的 过程中，当断面扩大使垂线的 平均流速降到该垂线的冲止流 速时，冲刷就停止了，一般冲 刷深度达到最大，并且桥下所 有垂线的冲刷都停止时，整个 桥下断面的一般冲刷就停止了。
垂线
hP Vs
第二节 桥下断面一般冲刷深度
1、均质土河床：
hp Ph
2、无导流堤的桥梁，河滩流量较大时，将因水流绕流而产生桥台附 近的偏斜冲刷，使一般冲刷深度增大，可按下式计算：
hp'
P
hmax
h h
hmax
h
第二节 桥下断面一般冲刷深度
3、河床遇到岩石或不易冲刷的土壤时，易冲土壤部分的冲刷深度将增 大，可以按下式计算：
一般冲刷示意图：
Bridge and Culvert Hydrology
第十三章 桥梁墩台冲刷计算
第十三章 桥梁墩台冲刷计算
13.1 墩台冲刷类型 13.2 桥下断面一般冲刷深度 13.3 墩台局部冲刷深度 13.4 桥下河槽最低冲刷线
第一节 墩台冲刷类型
为了保证桥梁的安全和顺利宣泄洪水，桥梁不但要 有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且，墩台基础还要有 足够的埋置深度，以免遭受洪水冲刷破坏。因此，设计 桥梁时，还必须合理的预计桥梁使用期内河床的演变和 墩台的冲刷，为确定墩台基础的埋置深度提供依据。
第一节 墩台冲刷类型
计算断面选择：
平原顺直型河段：桥位上游附近最大水深断面
最大水 深断面
:.· :.·
:.·:.·
:.·:.· ::..·· :.·:.·
hmax
h
第一节 墩台冲刷类型
平原弯曲型河段：桥位上游附近河湾半径最小的河 湾顶点断面
hmax h
第一节 墩台冲刷类型
游荡型和变迁型河段：在桥位断面上、下游桥位河 段内取若干河床断面重叠后的外包线。
第二节 桥下断面一般冲刷深度
64-2公式：
hp
K
Q2 Q1
4
m1
1
B1
B2
3m1 hmax
K 1 0.02lg H max Hd
（13-20）
第二节 桥下断面一般冲刷深度
三、包尔达可夫公式：
包尔达可夫按别列柳伯斯基假定，建立了一般冲刷深度公式，称为 包尔达可夫公式，适用于稳定性河段的河槽部分。
(
v
v0 v0
)n2
K 2
0.0023 d 2.2
0.375d
0.24
v0 0.28(d 0.7)0.5
v0 0.12(d 0.5)0.55
(13-30) (13-31)
第三节 墩台局部冲刷深度
3.包尔达可夫公式：
hb
vp vmax
n
1
h
p
式中：
vp 桥下设计流速（m / s），一般取vp vz ; vmax 岩土容许不冲刷流速（m / s）见附录1； n 墩台形状指数，见表13 3。
第一节 墩台冲刷类型
自然冲刷地确定方法： 由于影响河床演变的因素非常多，而且错综复杂，难
以得到可靠的计算结果。目前在实际工作中，主要通过实 地调查或参考类似河流的观测资料，结合河段的特点和整 治规划，估计建桥以后可能发生的河床演变，作为设计桥 梁墩台的自然冲刷深度。
在实际工作中，一般可根据桥位河段的类型，通过选择 “计算断面”的方法来确定自然冲刷深度。
当流速V增大到床沙 hb 的起动流速V0（threshold velocity）时，床面泥沙
大量起动，上游泥沙进入
冲刷坑，冲刷坑冲刷的深
度因来沙的补偿而减缓。
因此，当V大于V0并继续 增大时，局部冲刷深度hb
V0
V0
V
与流速呈曲线关系。
第三节 墩台局部冲刷深度
模型试验表明：局部 冲刷深度最大只能达 到墩宽的二倍。
vH1—河滩水深1m时，非粘性土的容许不冲刷流速(m/s)，
见表13-1
第二节 桥下断面一般冲刷深度
第二节 桥下断面一般冲刷深度
3、粘性土河床
定义：平均粒径d均＜0.05mm的泥沙，称为粘性土。
5
河槽部分：h p
Qcp
L j
hmax hc
5
3
8
0.33
1 IL
6
河滩部分：htp
1.非粘性土河槽
3
5
hp
Qcp
1
L
j
Ed
6
hmax h
B H
0.1 5
Qcp—桥下河槽部分的计算流量 ξ—单宽流量集中系数 H—平滩水位时的断面平均水深 E--为与汛期含沙量有关的系数,见下表。
含沙量ρ(kg/m3) E
<1.0 0.46
1~10 0.66
(13-5)
>10 0.86
第三节 墩台局部冲刷深度
一般冲刷深度hp是从设计水位至一般冲刷线的最大深度， 而局部冲刷hb则是从一般冲刷线至冲刷坑底的最大深度。
目前，墩局部冲刷公式是1964年我国“桥渡冲刷计算学 术会议”推荐使用的65-1公式和65-2公式，符合我国河 流的实际情况，得到广泛应用。
第三节 墩台局部冲刷深度
速（以垂线平均流速表示）有关。 hb
当冲向桥墩的流速增
大到一定程度时，桥墩迎
水面及两侧的泥沙开始被
水流冲走，床面开始冲刷。
此时，把冲向桥墩的流速
称为床沙的起冲流速 V0
V0
V0
V
第三节 墩台局部冲刷深度
当V大于V0并继续增大时，河床继续冲刷，冲刷坑继续加深
扩大，冲刷深度hb与流速V呈直线关系增长。
桥位
hmax
h
第一节 墩台冲刷类型
山区河段 桥位断面
在河床演变不甚激烈的桥位河段，一般可用桥位断面作 为计算断面，同时，考虑桥位上游最大水深可能下移，实 际工作中常采用桥位上游附近实测或调查的最大水深作为 计算断面的最大水深。
第一节 墩台冲刷类型
桥梁墩台冲刷计算中如何 简化复杂的冲刷过程？
记计算断面来沙Qb1，桥 下排沙为Qb2。
计算断面 桥位断面
Q1 B h1 1
Qb B2
1
Qb Q2 h22=hP
建桥后，由于桥孔压缩水流，桥下流速增大，水流挟沙能 力加大，Qb1 < Qb2，桥下发生冲刷。随着冲刷的发展， 桥下断面不断扩大，桥下流速随之降低，水流挟沙能力也 随着降低。当断面扩大到使流速降到Qb2 ≈ Qb1 ，输沙平 衡，桥下一般冲刷就停止了，此时，桥下过水断面最大， 水深也达到最大。
Qp ht
②hmax/h均值的确定：
设断面图中深槽底部高程为HZ，设计水位为Hp，桥下河 槽部分的毛过水面积为Ac。河槽部分相应的桥长为Lc，
则有
同理，对于河滩有：
hc
Ac Lc
hmax H p H z
ht
At Lt
第二节 桥下断面一般冲刷深度
二、64-2简化式（按输沙平衡建立的公式）
建立的概念：
第一节 墩台冲刷类型
建桥以后，桥孔压缩水流，桥下流速增大，引起整个桥 下断面河床的冲刷，称为一般冲刷。
第一节 墩台冲刷类型
建桥以后，桥孔压缩水流，桥下流速增大，水流挟沙能力 随之增大，引起整个桥下断面河床的冲刷，
称为一般冲刷。
ZS
随着一般冲刷的发展，
河床不断刷深，桥下断面逐
渐扩大，过水断面面积不断
局 部 冲刷坑
流向桥墩的水流 受到墩身的阻挡，桥 h
墩周围的水流结构发
生急剧的变化。水流
的绕流使流线弯曲，床面附近形成漩涡，剧烈地淘刷桥 墩迎水端和周围的泥沙，形成局部冲刷坑。
第三节 墩台局部冲刷深度
随着冲刷坑的不断加深和
扩大，坑底流速逐渐降低，
水流挟沙能力随之减弱；
同时，冲刷坑坑底的泥沙
式中：hb —— 桥墩局部冲刷深度(m)
d ——河床泥沙平均粒径(mm)；
Kξ —— 墩形系数，附录15
B1 —— 桥墩计算宽度，附录15
hp—— 一般冲刷后的最大水深(m) V —— 一般冲刷后墩前行近流速(m/s)，见式13-4
第三节 墩台局部冲刷深度
2. 65-2式
hb
K
K
2
B h 0.6 0.15 1p
逐渐粗化，抗冲能力增强，h
V
使床沙的抗冲能力和水流
的冲刷能力逐渐趋于平衡。
当上游进入冲刷坑的泥沙
与水流冲走的泥沙趋于平
衡，冲刷就停止了，局部
冲刷坑达到最深。
第三节 墩台局部冲刷深度
把冲刷坑外缘与
桥墩前端（迎水端）
h
坑底的最大高差，称
V
为局部冲刷深度，记
为hb。
hb
第三节 墩台局部冲刷深度
模型试验：桥墩局部冲刷深度与冲向桥墩的水流流
第一节 墩台冲刷类型
建桥后，除了河床的自然演变外，还有桥梁墩台对水流 和泥沙运动的干扰而引起河床的冲刷，它们交织在一起，同 时进行，所以桥下冲刷过程十分复杂。
桥梁墩台周围河 床的最大冲刷深度， 是设计桥梁墩台基础 埋置深度的依据。
辽宁浑河上游苏子河段的连接抚顺和清源之间的东南杂木大 桥发生坍塌
桥梁事故
增大。
随着桥下断面的扩大，流速相应降低，水流挟沙能力 也随之降低。当流速降低到不能继续冲刷河床时，冲刷即 趋于停止了。此时，桥下过水断面最大，一般冲刷的深度 也达到最大。
第一节 墩台冲刷类型
表示方法：
通常用一般冲刷停 止时桥下的垂线水深表
垂线 ZS
示该垂线处的一般冲刷 深度，以hP表示。桥下 一般冲刷停止时的垂线
h"p
wk.baidu.com
PAq A1
A2
h
第二节 桥下断面一般冲刷深度
1、一般冲刷形成的原因是什么？ 2、建立64-1公式的概念是什么？ 3、建立64-2公式的概念是什么？
第三节 墩台局部冲刷深度
墩台局部冲刷
水流因墩台阻挡，在墩台附 近发生的冲刷，称为墩台局部冲
刷。 形成原因：
V
一般冲刷后床面
hP Vs
平均流速，称为冲止流速，以Vs表示，m/s。
第二节 桥下断面一般冲刷深度
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64-1公式 与64-2公式，以及包尔达可夫公式。其中64-1公式和 64-2公式为1964年全国桥渡冲刷计算学术会议推荐试 用，1991年《公路桥位勘测设计规范》(JTJ062-91)正 式作为推荐公式。
第一节 墩台冲刷类型
天然河床由泥、土、沙、石等组成，统称为河流泥沙 （river sediment）。
河道中的水流和泥沙总是在不停的运动着，床面上的泥 沙被水流冲起带走，使床面下切，形成河床的冲刷；水流所 挟带的泥沙沉积下来，使床面淤高，形成河床淤积。在水流 和泥沙的相互作用下，河床总是在不停地冲淤变化，构成了 河床的自然演变。
第二节 桥下断面一般冲刷深度
2.非粘性土河滩
5
h tp
Qtp
Ltj
ht max ht
vH1
5
3
6
(13-8)
式中：htp—桥下河滩部分一般冲刷最大水深(m)；
Qtp—桥下河滩部分的设计流量(m3/s)，
htmax —桥下河滩最大水深(m)；
h 't — 桥下河滩平均水深(m)；
B’t—桥下河滩部分桥孔过水净宽(m)；
河槽桥孔：Qcp
Qc Qc Qt
Qp
河滩桥孔：Qtp
Qt Qc Qt
Qp
按谢才公式（4-38），有：
Qc AcCC hci Qt At Ct ht i
则：
第二节 桥下断面一般冲刷深度
Qcp
AcCc hc
AcCc hc At Ct
Qtp
At Ct ht
AcCc hc At Ct
Qp ht