桥梁工程水文计算
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2、水文计算
基本资料:桥位于此稳定河段,设计流量31%5500/S Q Q m s ==,设计水位
457.00S H m =,河槽流速 3.11/s c v m =,河槽流量3C Q =4722m /s ,河槽宽度c B 159.98m =,河槽平均水深c h 9.49m =,天然桥下平均流速0 3.00/M v m s =,断
面平均流速=2.61m/s υ,水面宽度B=180m ,河岸凹凸岸曲率半径的平均值
R=430m ,桥下河槽最大水深12.39mc h m =。
2.1桥孔长度
根据我国公路桥梁最小桥孔净长度Lj 公式计算。
该桥在稳定河段,查表知K=0.84,n=0.90。有明显的河槽宽度Bc ,则有:
n 0.90j s c c L =K (Q /Q )B =0.84(55004722)159.98=154.16m ⨯÷⨯ 换算成平面半径R=1500的圆曲线上最小桥孔净长度为154.23m 。
2.2桥孔布置图
根据河床断面形态,将左岸桥台桩号布置在K52+325.00。取4孔40m 预应力混凝土T 形梁为上部结构;钻孔灌注桩双柱式桥墩,桩径为1.6m ,墩径取1.4m ;各墩位置和桩号如图1所示;右桥台桩号为K52+485.00;该桥孔布置方案的桥孔净长度为155.80m 大于桥孔净长度154.23m ,故此桥孔布置方案是合理的。
2.3桥面最低高程
河槽弗汝德系数Fr= 2
2
3.119.809.49=0.104c
c
v
gh ⨯=<1.0。即,设计流量为缓流。桥前出现壅水而不出现桥墩迎水面的急流冲击高度。 2.3.1桥前壅水高度∆Z 和桥下壅水高度∆Zq
冲刷前桥下流速'
m υ=
5500
3.72/1609.493 1.49.49
Qs m s Aj ==⨯-⨯⨯ 天然桥下平均流速v om =3.00m/s
自然淤积孔隙率n 为0.4,则天然空隙比e 取0.67,查表知d 50=3mm 冲刷前桥下流速:m υ=
0.250.2550' 3.72
3.29' 3.72
10.5(1)
10.53(1)
3.11
m
m
c
v v d v -=
=+-+⨯⨯-m/s
系数
Ky=
0.50.50.533.290.10.1v ==- 桥前最大壅水高度:∆Z=
22226.430.53
()(3.29 3.00)0.32229.8
m om KnKy v v g ⨯-=-=⨯m 桥下壅水高度取洪水和河床条件为一般情况,则:∆Zq=1
2
∆Z=0.16m 2.3.2浪高∆h 2
计算风速为21.53m/s ,浪程内平均水深取河床平均水深8.60m ,汛期顺风向到达桥位断面形成的最大水面风距为1450m 。浪高计算如下:
22
9.800.0211421.53w g v == 247.3009w
v g
= 229.8145030.6553321.53w gD v ⨯== 2
29.808.60
0.181817821.53w gh v ⨯== ∆2h =
0.45
0.7220.7220.00180.13th 0.7th 0.13th 0.7=w w w w
gD v gh v gh v g v ⎧⎫⎛⎫⎪⎪ ⎪⎡⎤⎪⎪⎛⎫⎪⎪⎝⎭⎢⎥⎨⎬ ⎪⎡⎤⎢⎥⎛⎫⎝⎭⎪⎪⎣⎦⎢⎥ ⎪⎪
⎪⎢⎥⎝⎭⎪⎪⎣⎦⎩⎭ 0.39m 。 因∆2h /h =0.39/8.60=0.047<0.1,应取K F =2.42,则波浪高度:∆h 2=K F ∆2h =2.42×0.39=0.94m
按《公路工程水文勘测设计规范》,静水面以上浪高取2/3的波浪高度计0.66∆h 2;另外,波浪在墩前被阻挡时,墩前波浪高度将雍高,近似取雍高值为0.2∆h 2,
这样,静水面以上的波浪高度为波浪全高的0.86倍,即0.86∆h 2=0.86×0.94=0.81m 。
2.3.3波浪坡面爬高和河岸凹岸超高
桥头路堤和导流堤顶面高程应计入波浪坡面爬高,按式he=K ∆KvR 0∆2h 计算。 桥位在河湾内,桥面最低高程应计入两岸超高的一半,即0.5∆h w 。
∆h w =
222.61180
0.299.80430.00
v B gR ⨯==⨯m 凹岸对水流中线的超高为 0.5∆h w = 0.15 m
按设计洪水通过要求的桥面最低高程
H min =H s +0j h h h ∑∆+∆+∆= H s +0.5∆Z +0.86∆h 2+0.5∆h w +j h ∆+D h ∆
=457.00+0.16+0.81+0.15+0.5+2.70=461.32m
按Ⅵ-(1)级航道航道通航标准,要求的桥面最低高程
Ⅵ-(1)级航道最高通航水位的重现期为5年,对应最高通航水位,由p=1/5的流量即Q 20%,计算相应的水位H 20%求得H 20%=455.00;通航净空高度为6.00m ;通航净宽为30m 。
H min =H tn +H M +D h ∆=455.00+6.00+2.70=463.70m
以上计算结果表明,通航要求控制桥面高程,桥面最低高程确定为463.70m 。
2.4此冲刷为非粘性土河床冲刷,桥下断面一般冲刷后水深
h p
按一般冲刷64-2简化公式计算
h p = ()0.66
0.90
221.0411c mc B Q A h Q B λμ⎛⎫⎛⎫
⎪ ⎪
⎪
-⎝⎭
⎝
⎭
()0.66
0.90
5500159.98
1.04 1.331
2.3919.85472210.02700.97159.98m ⎛⎫⎛
⎫=⨯⨯⨯= ⎪ ⎪
⎪-⨯⨯⎝
⎭⎝⎭
按一般冲刷64-1公式计算