20m宽河道桥墩冲刷计算书
第六章 桥下河床冲刷计算
3
4
h1
Qcp h p 1.04 A Q c
WUHEE
Bc 1 B 2
0.66
hmax
二、粘性土河床的桥下一般冲刷 平均粒径小于0.05mm的泥沙，称为粘性土。 土力学中反映粘土粘结力大小的指标为液性 指数IL和孔隙率e。 IL和e越小，粘土的粘结力越 大，抗冲能力越强，冲止流速也就越大。
Z jd Z s hp hb h c
WUHEE
第三节 小桥涵进出口沟床加固
小桥涵修建后造成水流集中，流速增加，为防止冲刷， 危及桥涵基础和路基安全，在小桥涵进出口均应作铺 砌加固。 从实际工程遭破坏的情况来看，小桥涵进出口加固不当 常是导致破坏的主要原因，并且出水口引起的问题又 较进水口多。 对于小桥，其孔径是根据河床铺砌类型的允许流速值决 定的，其进出口沟床要采用同类铺砌规格。小桥进出 口的铺砌范围以及深度等的计算可参照涵洞进出口的 计算方法进行。
1 23 Vs 0.23 h p I L
Qp h max L j h hp 1.3 1 0.23 I L
WUHEE
53 35
1.3
1 Vs 0.22 I e L
冲刷停止时桥下的垂线水深表示该垂线处 的一般冲刷深度。一般冲刷停止时桥下的垂线 平均流速，称为冲止流速。 《公路桥位勘测设计规范》（JTJ062-91)： 64-1修正公式，64-2简化公式
WUHEE
1. 64-1修正公式 根据谢才公式，得桥下冲刷前最大单宽流量与平 均单宽流量的关系：
h qm q m ax h
n
三、粘性土河床的局部冲刷计算
第7章桥梁墩台冲刷计算
Vz
0.33(
1 IL
)hp3
/
5
④对于粘性土河滩，按式（7.26)计算一般冲刷深度hp时：
Vz
0.33(
1 IL
)hp1/
6
• 3.桥台冲刷计算 （1）桥台的冲刷机理
桥台附近的水流由于主流区（无旋流动），下游回流区（有旋 流动）和上游滞流区（有旋流动）三部分组成。被束窄的主流导 致上游壅水和河道的一般冲刷。急速绕过桥台的水流，在桥台上 游边缘与壁面边界层分离，形成强烈的竖轴旋涡体系，并不断地 向下游扩散，形成回流区。旋涡中心形成负压，吸起床面泥沙， 卷向下游回流区沉淀下来，形成桥台冲刷和回流区淤积，如下两图 所示。桥台前缘上游侧，水流与桥台壁面分离处，不断生成旋涡。 涡心床面泥沙压强较无旋涡处的压强减小。这里流速最大，床面压 强最小，冲刷最深。
hp
qm ax Vz
Ad
Qp ( hmax )5/3
Lj h
Ed
1/
6
h2/3 p
hp
Ad [
Qp ( hmax
Lj h
Ed 1/ 6
)5 / 3 ]3 / 5
•
•
hp
Ad [
Qc ( hcm
Bcj hc
Ed 1/ 6
)5 / 3 ]3/ 5
（64-1修正式）
• ② 64-2简化式 （自己看P147的推导）
(V
V0) V0
hb
K
K
2
B0.6 1
h0.15 p
(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
第十三章 桥梁墩台冲刷计算
hmax
（13-ห้องสมุดไป่ตู้2）
27
水力学与桥涵水文
叶镇国 彭文波 编著
13-4 墩台局部冲刷深度
墩台局部冲刷深度hb——冲刷坑外缘与冲刷 坑底的最大深度。 决定冲刷坑深度的主要因素
水深
假定局部冲刷是在一般冲刷完成后进行的，应取一 般冲刷深度作为行近水深。
墩前水流的行进流速
计算桥墩局部冲刷时，应根据所采用的一般冲刷公 式，选用其对应的行近流速公式。
17
水力学与桥涵水文
叶镇国 彭文波 编著
13-3 桥下断面一般冲刷深度
一般冲刷深度hp
定义：一般冲刷完成后从设计水位算起的桥下最大铅垂 水深。
64-1公式（冲止流速公式）
冲止流速vz——桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速。 冲止流速理论：桥下断面内的任一垂线流速都会由于桥 梁墩台对河床的压缩而提高，此时将发生一般冲刷。随 着冲刷的发展，垂线深度加大，垂线平均流速降低。当 垂线平均速度降低到该垂线的冲止流速时，一般冲刷停 止。
QP i 3 qmax hmax L j n
q max
Q[ P ] hmax 5 q( ) ( )3 L j h h hmax
19
5 3
水力学与桥涵水文
叶镇国 彭文波 编著
13-3 桥下断面一般冲刷深度
考虑单宽流量向深槽集中的趋势
B H
0.15
推移质输沙率与流速4次方成正比，因此，大多数 推移质集中在流速最大的主流区内，而且一年中推 移质的很大部分是在几次大洪水过程中通过的。
一般冲刷计算公式
一般冲刷计算公式：cm cg c c d p h BB Q Q A h 66.090.02)1(04.1⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫⎝⎛=μλ12t c cQ Q Q Q +=15.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛=z z d H B A式中：h p ——桥下一般冲刷后的最大水深(m)； Q p ——频率为P ％的设计流量(m 3/s)；Q 2——桥下河槽部分通过的设计流量(m 3/s)，当河槽能扩宽至全桥时取用Q p ； Q c ——天然状态下河槽部分设计流量(m 3/s)； Q t1——天然状态下桥下河滩部分设计流量(m 3/s)；B cg ——桥长范围内的河槽宽度(m)，当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度； B z ——造床流量下的河槽宽度(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽宽度； λ——设计水位下，在B cg 宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值； μ——桥墩水流侧向压缩系数； h cm ——河槽最大水深(m)；A d ——单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当A d >1.8时，A d 值可采用1. 8；H z ——造床流量下的河槽平均水深(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽平均水深。
②非粘性土河床桥墩局部冲刷计算桥渡冲刷的产生是由于桥墩阻碍了水流，使水流形态发生变化，一般在墩前两侧发生集中现象，引起动能增加；另一方面水流受阻后部分动能转化为位能，由于水流形态变化，桥墩附近水流冲刷能力加大，在桥墩处产生冲刷坑。
局部冲刷计算公式当V ≤V 0时，⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=0015.06.012'V V V h B K K h pb ηε当V ＞V 0时，20015.06.012'n pb V V V h B K K h ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ηε24.02.22375.00023.0d dK +=η5.00)7.0(28.0+=d V 55.00)5.0(12.0'+=d Vd V Vn lg 19.023.002)(+=式中：h b ——桥墩局部冲刷深度(m)： K ξ——墩形系数； B1——桥墩计算宽度(m)； h p ——一般冲刷后的最大水深(m)； d ——河床泥沙平均粒径(mm)； K η2——河床颗粒影响系数；V ——一般冲刷后墩前行近流速(m/s)， V o ——河床泥沙起动流速(m/s)； V ,0——墩前泥沙起冲流速(m/s)； n 2 ——指数。
桥梁冲刷计算
与汛 期含 沙量 有关 的系 数， 可按 表
7.3.12选 用 因此 可 得:
(Ad×
Q2/(μ×
hp=
Bcj)× （hcm/hcq
）5/3/(E×
d1/6))3/5
= 4.550 m
2 、河 滩部 分
hp=(Q1/( μ×Btj) × (htm/htq) 5/3/VH1)5/
6
Q1=Qt1/(Q c+Qt1)× Qp
一、 桥下 （一 ）、 非粘 性土 河床 的一 般冲 刷
1 、河 槽部 分
1） 64-2 简化 式
hp=1.04 ×(Ad×
Q2=Qc/(Qc +Qt1)×Qp
Ad=((Bz)0 .5/Hz)0.15
式 频率为 中： p%的设
桥下 河槽 部分 通过 的设 计流 量
XXX大桥
（K1+432)
Qp= 1305.99 m3/s Q2= 713.39 m3/s
造床 流量 下的 河槽 宽度 对复 式河 床可 取平 滩水 位时 河槽 宽度
设计 水位 下， 在Bcg 宽度 范围 内， 桥墩 阻水
桥墩 水流 侧向 压缩 系 数， 应按 表 7.3.11确 定
河槽 最大 水深
Bz= 140 m
λ＝ 0.068966 μ= 0.94
hcm=
4
m
单宽 流量 集中 系 数， 山前 变迁 、游 荡、 宽滩 河段
= 4.129 m
2） 64-1 修正 式
hp=(Ad× Q2/(μ× Bcj)× （hcm/hcq ）5/3/(E × d1/6))3/5
河槽部分 桥孔过水 式 净宽，当 中： 桥下河槽 能扩宽至 全桥时 即为全桥 桥孔过水 净宽
下部结构计算示例(20米)
740 60 50 60 50 120 50 120 50 160 160 160 160 50
1.设计标准及上部构造
400
100 100 160 100 100 100
10 160
设计荷载：公路——Ⅱ级； 桥面净空：净——7m+2×0.75m; 标准跨净：lb=20m,梁长 19.96m; 上部结构：钢筋 T 型梁。 2.水文地质条件（本设计系假设条件） 冲刷深度：最大冲刷线为河床线下 2.8m 处； 地质条件：软塑黏性土； 按无横桥向的水平力（漂流物，冲击力，水流压力等）计算。 3.材料 钢筋：盖梁主筋用 HRB335 钢筋，其他均用 R235 钢筋；
1.000
荷载横向分布情况 计 荷 算 载 横向分布系 方 布 数η 法 置 对 称 布 置 按 杠 杆 法 计 算 单 列 行 车 公 路 Ⅱ 级 荷 载 KN
�1 � 0
① 公路——Ⅱ级 双孔布载单列车时： B=
19.5 � 2 � 7.875 � 178.5 � 332.06 (KN) 2
� 2 � 0.281
50
1-1
M1=--7.5×0.5/2-2.25×0.5/3=-2.25
-9.75
-9.75
1 100 160 2 3 4 420/2 5
2-2
M2=--0.5×1.0×1.2×25×0.5-1/2× 1 0.6×1.0×1.2×25× =-10.50 3 M3=--0.5×1.0×1.2×25×0.5-0.5× 1 0.6×1.2×25×( +0.6)-19.80× 3 0.3=--30.84 M4=113.1×0.5-（19.8+16.5）× 1.1/2-15×1.6-9×（1/3+1.1）=-0.31
冲刷计算
4.4 冲刷计算分析4.4.1 一般冲刷深度计算参考《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）式7.3.1-1()cm cg c c d p h B B Q Q A h ∙⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=66.090.02104.1μλ式中：p h ——桥下一般冲刷后的最大水深（m ）；d A ——单宽流量集中系数；2Q ——桥下河槽部分通过的设计流量（m 3/s ），当河槽能扩宽至全桥时取用河槽设计流量；c Q ——天然状态下河槽部分设计流量（m 3/s ）； c B ——天然河槽宽度（m ）； λ——设计水位下，在B cg 宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值；μ——桥墩水流侧向压缩系数，应按《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）表7.3.1-1确定；0.97cg B ——桥下河槽部分桥孔过水净宽（m ），当桥下河槽能扩宽至至全桥时，即为全桥桥孔过水净宽 ；cm h ——河槽最大水深。
4.4.2 局部冲刷深度计算参考《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）式7.4.1－2。
200'15.06.012n p b V V V h B K K h ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ηξ式中：b h ——桥墩局部冲刷深度（m ）；ξK ——墩型系数，可按《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2002）附录B 选用；2ηK ——河床颗粒的影响系数；1B ——桥墩计算宽度（m ）；ph ——一般冲刷后的最大水深（m ）； V ——一般冲刷后的墩前行进流速河床泥沙起动流速（m/s ）； 0V ——河床泥沙起动流速（m/s ）；'V ——墩前泥沙起冲流速（m/s ）；2n ——指数。
冲刷计算
4.4.1自然冲刷河床演变是一个非常复杂的自然过程，目前尚无可靠的定量分析计算方法，根据《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30—2002）中7.2条的要求，河床的自然冲刷是河床逐年自然下切的深度。
经深入调查，桥位处河段整体无明显自然下切现象，由于泥沙淤积，河床会逐年抬高，本次计算不考虑自然冲刷的情况。
4.4.2一般冲刷大桥建成后，由于受桥墩阻水影响，桥位断面过水断面减小，从而引起断面流速增大，水流挟沙能力也随之增大，会造成桥位断面河床冲刷。
根据地质勘察报告，桥位处河床为砂卵石层，河床泥沙平均粒径为40（mm ）。
按《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30—2002）的技术要求，非粘性土河床的一般冲刷可采用64—2简化公式计算：()max 66.029.02104.1h B B Q Q A h cc p ⎭⎬⎫⎩⎨⎧-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=μλ公式中： h p ——桥下河槽一般冲刷后最大水深（m ）； Q 2——桥下河槽部分通过的设计流量（m 3/s ）； Q c ——天然状态下河槽流量（m 3/s ）；A ——单宽流量集中系数 15.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛=H B A ；B C ——计算断面天然河床宽度（m ）；λ——设计水位下，桥墩阻水面积与桥下过水面积比值；μ——桥台前缘和桥墩两侧的漩涡区宽度与桥孔长度之比； B 2——桥下断面河床宽度（m ）； h max ——桥下河槽最大水深（m ）。
经计算：桥址处各设计频率一般冲刷深度成果见表4.4—1。
表4.4—1 XX 大桥一般冲刷计算成果表4.4.3局部冲刷根据XX 大桥桥型布置图，按《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30—2002）的技术要求，局部冲刷计算采用65—1修正式中的公式进行计算：当V ＞V 0时，10,00,'006.011,b )(K n V V V V v B K h v ⎭⎬⎫⎩⎨⎧---=ηξ h b —桥墩局部冲刷深度（m ）从一般冲刷后床面算起； K ξ—墩形系数，K ξ=1.05； K η1—河床颗粒影响系数； B 1—桥墩计算宽度；V —一般冲刷后墩前行近流速（m/s ）；V0—河床泥沙起动流速（m/s）；V,0—墩前泥沙起冲流速（m/s）；n1—指数。
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20m宽河道桥墩冲刷计算书
一、引言
河道桥墩的冲刷问题一直是桥梁工程中需要重点考虑和解决的难题之一。
当河水流速增大时，河道中的水流力对桥墩的冲刷作用也随之增强。
本文将以一座宽度为20m的河道桥墩为例，对其进行冲刷计算，并提出相应的防冲措施。
二、冲刷计算
1. 水流速度测算
需要对河道中的水流速度进行测算。
可以通过实地测量或者利用历史水位和流量数据进行计算，得到水流速度的近似数值。
假设测得的水流速度为v m/s。
2. 水流力计算
根据公式，水流力F可以通过以下公式进行计算：
F = ρ * A * v^2
其中，ρ是水的密度，A是桥墩所受水流作用面积，v是水流速度。
3. 冲刷力计算
桥墩所受到的冲刷力可以通过以下公式进行计算：
P = F * sin(θ)
其中，P是冲刷力，θ是水流与桥墩之间的夹角。
4. 桥墩稳定性分析
根据桥墩的尺寸和材料参数，计算桥墩的稳定性。
通过比较冲刷力
P与桥墩抗冲刷能力的大小，判断桥墩是否会受到严重的冲刷破坏。
三、防冲措施
针对河道桥墩冲刷的问题，可以采取以下防冲措施，以保证桥梁的安全稳定：
1. 加大桥墩尺寸：增加桥墩的宽度和高度，使其能够承受更大的冲刷力。
2. 加固桥墩基础：通过加固桥墩的基础，提高桥墩的稳定性，减少冲刷的影响。
3. 安装冲刷护坡：在桥墩周围设置冲刷护坡，能够有效减少水流对桥墩的冲刷作用。
4. 增加桥墩间距：合理增加桥墩之间的间距，以减小水流对桥墩的冲刷力。
5. 加装护坡板：在桥墩底部加装护坡板，能够减小水流冲刷的影响，提高桥墩的抗冲刷能力。
四、结论
本文以一座宽度为20m的河道桥墩为例，对其进行了冲刷计算，并提出了相应的防冲措施。
通过合理的计算和设计，能够有效地保护桥墩的稳定性，减少冲刷对桥梁的影响，确保桥梁的安全运行。
在实际工程中，还需要根据具体情况进行综合考虑和设计，以实现最佳的防冲效果。
五、参考文献
[1] 桥梁设计规范. GB 50010-2010
[2] 桥梁水工结构设计规范. GB 50268-2008
[3] 河道工程建设规范. GB 50256-2019
六、附录
冲刷计算公式：
F = ρ * A * v^2
P = F * s in(θ)。