第五章 桥涵孔径设计

及桥梁的安全。因此，孔径的计算和布置，应以建桥
前后桥位河段内水流和泥沙运动的客观规律为依据。
1、桥位河段水流图式
（flow pattern of bridge location reach）
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，但桥位河段水流和泥沙运动十分 复杂，且建桥时无法知道建桥以后的变化情况，目
跨径在60m以下的桥梁，一般应选用标准跨径。
确定单跨径时，需要考虑流木、流冰和通航
时对净跨径的要求。可按表5-4、表5-5确定。
如何定义桥孔长度 和桥孔净长？
为什么简化水流图式可以 作为桥孔设计的依据？
§5-2
桥面标高
The Height of Bridge Deck
桥面标高：桥面中心线上最低点的高程。
第5章
桥涵孔径设计
（Bridge Opening Design ）
§5.1
桥孔长度
（The Length of Bridge Opening）
5.1.1 桥涵分类及桥位选择
（ Bridge & Culvert Classification
and Bridge Site Selection ）
1、桥涵分类
大中桥和小桥涵设计洪水标准是不一样的，桥
孔长度计算方法也不一样。
桥梁涵洞分类 桥涵分类
特大桥
多孔跨径总长 L (m) L ≥ 500 100 ≤ L < 500
30 < L <100
单孔跨径 L0 (m) L0 ≥ 100 40 ≤ L0 < 100
20 ≤ L0 < 40
大 桥
中 桥
小 桥
涵 洞
Qc为河槽流量；m3/s；
Bc为河槽宽度，m；
Kq、n3为系数和指数。
河段类型
开阔、顺直微弯河段
Kq
0.84
n3
0.90
分汊、弯曲河段
滩、槽可分的不稳定河段
0.95
0.69
0.87
1.59
（3）宽滩河段
宜按下式计算：
QP Lj qc
(5 5)
Qc 0.10 式中，β为水流压缩系数， 1.19(； ) Qt qc为河槽平均单宽流量，m3/(s· m)；
1.1~1.4
1.2~1.4 1.2~1.8 1.1~1.4
有滩
在断面平均水深 ≤1m时，才能使 用接近1.8的较大值
平原区
建桥后，桥下冲刷结束，河床稳定时：
QP =ωy后VS = PωyVS 引入由于墩台侧面涡流阻水，引起桥下过水面积 折减的系数：
侧收缩系数（压缩系数）μ：
y VS 1 0.375 j lj
2 hy (Vm Vq2 )
(5 14)
式中，η：壅高系数，按表5-6确定；
Vm：通过设计流量时，桥下断面平均流速，
按表5-7确定；
Vq：桥前全断面的平均流速。
在确定桥面标高时，桥下壅水高度：
桥位
① 一般情况
x
ΔhA LA Lm
Δhy
Δh1= 1/2Δhy
② 山区河流
Δh1
Δh1= Δhy
Qt为河滩流量， m3/s。
（4）滩、槽难分的不稳定河段
宜按下式计算：
L j C P B0 B0 16.07( Q d
0.24 0.3
)
Q P 0.33 CP ( ) Q2%
式中，B0为基本河槽宽度，m；
Q 为年最大洪峰流量均值； m3/s；
d 为河床泥沙平均粒径，m；
CP为洪水频率系数；
( 5 2)
QP j PVS QP g (1 ) PVS
(5 1)
( 5 2)
（5-1）（5-2）式为：为了保证设计洪水从桥下安全
通过，在设计桥梁时，理论上桥下必须预留的最小净
过水面积或毛过水面积。
当桥位与水流斜交时，则为：
QP g (1 ) PVS cos
5.1.2 桥位河段水流图式和桥孔布置原则
大中桥孔径设计的任务是根据设计流量、设计水
位、设计流速，推算出桥孔的最小长度和桥面中心的 最低高程，作为确定桥孔方案的依据。 建桥以后，河流受到桥头引道的压缩和墩台阻水 的影响，改变了水流和泥沙运动的天然状态，引起河 床的冲淤变形，导致水流对桥梁墩台基础的冲刷，危
5.1.3
桥孔长度计算（大中桥）
（ The Length of Bridge Opening ） 桥孔长度（孔径）：设计水位时两桥台前缘之间（埋 入式桥台为两桥台护坡坡面之间）的水面宽度，以L
表示。
桥孔净长：桥孔长度扣除全部桥墩宽度（顺桥方向）
后称为桥孔净长，以Lj 表示。
1、冲刷系数法 符号：
L
桥台
（bridge abutment）
ωg：冲刷前桥下
ZS
桥台
毛过水面积；
d
lj
k
（bridge
abutment）
ωd：冲刷前桥墩所
占过水面积；
l 桥墩（bridge pier）
ωk：冲刷前墩台侧面涡流（vortex flow）所占过水面积 ωy：冲刷前桥下有效过水面积， ωy = ωg - ωk – ωd ωj：冲刷前桥下净过水面积， ωj = ωg – ωd
设计时，必须满足桥下通过设计洪水、通航、
流木、流冰的要求，并必须考虑桥前壅水、风浪壅
高、河湾超高、河床淤积抬高等影响。
5.2.1 桥面标高计算
1、非通航河段
Zmin Z S h hj hD
（5-10）
hD
Z min
hj
h
ZS
图5-3 不通航河段桥面标高示意图
式中，Zmin为桥面标高；
游荡型河段上，桥孔不宜过多压缩河床，应结合治理 规划，辅以必要的整治工程，在深泓线可能摆动的范 围内均应布设桥孔。
（3）山前区河流 冲积漫流（山前扩散）河段上，桥位宜在河流上游狭
窄段或下游收缩处跨越。若桥位河床宽阔，水流具有
明显的分支时，可采用一河多桥的方案，并在各桥间 设置人字形封闭导流堤。桥下净空应考虑河床淤积的 影响。 山前变迁河段上，允许压缩河滩，但需辅以适当的调 治建筑物。河滩路堤内不宜设置小桥或涵洞。如采用 一河多桥的方案，临近主河槽的支叉需堵截。
ZS为设计水位；
∑∆h为洪水期间桥下各类水面升高值之和； ∆hj为桥下净空高度，查表5-3； ∆hD为桥梁上部建筑高度，包括桥面铺装厚 度。
2、通航河段
Z min Z M hm hD
Z min
b
(5 11)
hD
hm
B
ZM
Zm
h
图5-4 通航河段桥面标高示意图
式中，ZM为设计最高通航水位，一至四级航道采用
2、经验公式法（empirical formula）
桥孔最小净长度宜符合下列规定：
（1）峡谷河段 可不做桥孔最小净长计算，直接按河床地形布孔， 不宜压缩河槽。
（2）开阔、顺直微弯、分叉、弯曲河段及滩、槽可 分的不稳定河段
宜按下式计算：
QP n3 L j K q ( ) Bc Qc
式中，Lj 为桥孔最小净长，m；
Q2%为五十年一遇洪水流量， m3/s。
3、标准跨径的选择
桥涵标准跨径（m）
0.75，1.0，1.25，1.5，2.0，2.5，3.0，4.0，5.0，
6.0，8.0，10，13，16，20，25，30，35，40，45，
50，60
对梁式桥、板式桥，标准跨径为桥墩中心线之间 的距离；拱式桥（涵）、箱涵、圆管涵，标准跨径为 净跨径。
的要求。可按表5-4、表5-5确定。 2、量算桥下实有过水面积ωgx
主河槽一定 要布置桥孔
3、计算通过设计洪水理论上桥下所需的最小过水断面
面积
利用式（5-2）计算ωg 4、确定桥孔长度 比较ωgx 和ωg 的大小： 若 ωgx ≥ ωg ，方案可行； 若 ωgx < ωg ，方案不可行；重新布置桥孔方案，返 回1。
桥位选定后，桥孔的位置和大小，应与天然断面
的流量分配相适应，要满足泄洪排沙的要求。
各类河段桥孔布设应符合下列要求： （1）山区河流 峡谷河段一般宜单孔跨越，桥台不得深入河槽，
墩台基础可置于不同高程的基岩上。开阔河段容许桥
头路堤压缩河滩，但不能压缩河槽。
（2）平原河流
顺直微弯和蜿蜒河段上，应预测河湾的发展和深泓线 的摆动，在深泓线的摆动范围内应布设桥孔； 分叉河段上，应在分叉道上分别架桥，对滩槽不稳定 的分叉河段，各叉桥孔应预估各叉分流比例的变化， 各分叉过流能力之和应为上游分叉前的全河总流量的 1.2~1.8倍，越不稳定的分叉河段，取值越大；
8 ≤ L ≤ 30
L<8
5 ≤ L0 < 20
L0 < 5
2、桥位选择（ Bridge Site Selection ）
桥位（bridge site）也称为桥址，就是桥梁中线
（桥轴线）的位置。桥位河段（bridge location reach ）
是指水流受桥梁影响的河段。桥位设计（桥位选择）
是将桥位河段上的桥梁、桥头引道、路堤和调治构造
物等各项建筑物作为一个整体进行总体布置和设计。
桥位设计在铁路工程中又称为桥渡设计（bridge crossing design）。
桥位设计的一般要求： 应从国民经济发展和国防需要出发，在整体布 置上应与铁路、水利、航运、城市建设等方面相互配 合；注意保护文物、环境和军事设施；同时应少占农 田，少拆迁有价值的建筑物。 桥位方案应从政治、经济、技术上进行多方面比 较；对于影响面大的桥位方案，还应征求有关部门的 意见，并应遵循《水法》、河流、海洋、环境法规的 有关规定。 具体技术要求：按《公路工程水文勘测设计规范》 JTG C30-2002。