Chapter06-桥梁墩台冲刷计算
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桥涵水文-6桥梁墩台冲刷及基础埋置深度
第一节 桥下一般冲刷计算 （二）64-2简化式 （按输沙平衡建立的公式，适用于有推移质运动的沙质河槽）
此式按输沙平衡条件建立一般冲刷深度公式，故又称输沙平 衡公式。 设G1为上游天然河道的来沙量，G2为桥下河槽断面的排沙量 。显然，当G1 ＞ G2时，桥下将出现淤积；当G1 ＜ G2时，桥下 将发生冲刷；当G1 = G2时，桥下冲淤平衡，一般冲刷深度至此 达到最大值。 由试验得出：单宽推移质输沙率与流速的4次方成正比，即
三种冲刷交织在一起，同时进行。计算时假定 它们独立地相继进行，可分别计算，最后叠加。
第一节 桥下一般冲刷计算
二、一般冲刷计算
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。
⎞3m1 B2 ⎠⎟⎟ hmax
1984年-1990年，总结使用经验，根据理论论证和我国实 桥资料分析，建立简化公式：
( ) hP
⎛ = 1.04⎜
⎝
Ad
Q2 Qc
⎞0.90 ⎟ ⎠
⎡
⎢ ⎣⎢
μ
Bc
1− λ
⎤ 0.66
⎥ Bcg ⎦⎥
hcm
第二节 桥墩局部冲刷计算
桥墩局部冲刷计算 修建在河床内的桥墩，经受着桥位河段及桥下断面 的一般冲刷，同时，桥墩阻挡水流，水流在桥墩两侧绕 流，形成十分复杂的，以绕流涡旋体系为主的绕流结构， 引起桥墩周围急剧的泥沙运动，形成桥墩周围局部冲刷 坑。为便于分析计算，假定桥墩局部冲刷是在一般冲刷 完成后的基础上进行的。
第六章 桥墩和桥台冲刷
v0 5.39h0.14d 0.36
（6-1-4）
第一节 泥沙运动
当水深为1m时，绘制起动流速v0与粒径d的关系曲线如图6-3，在d＝ 0.15mm附近，起动流速都有个最小值。该值右侧，起动以克服重力为 主，起动流速随粒径的增大而增大；该值左侧，起动以克服粘结力为 主，起动流速随粒径的减小而增大。当d≥2mm时，粘结力作用可以忽 略不计；当≤0.02mm时，重力作用可以忽略不计。
第一节 泥沙运动
对于河槽内处于运动状态的泥沙，根据颗粒粗细及其来源又分为床沙质 和冲泻质两类。 床沙质：某一河段来自上游的泥沙中，一部分颗粒较粗，在床沙的组成 中大量存在，可以认为它们直接来自上游的河床，并与本河段床沙有交 换现象，这一部分泥沙就称为床沙质。 冲泻质：另一部分颗粒较细的泥沙，在床沙的组成中只有少量存在或根 本不存在，可以认为它们来自流域的表面冲蚀，随水流冲泻而下，沿程 与床沙无交换现象，并且也很少沉积，称为冲泻质。 床沙质与冲泻质的颗粒粗细也是相对的，随着水流条件及河流形态的改 变，也将互相转化。床沙质、冲泻质和悬移质、推移质，是对运动中的 泥沙的两种分类，不可混淆。 床沙质直接参与造床作用，是河床演变的主要影响因素，而冲泻质的影 响则很小。对于桥梁上下游，因水流急剧变化，引起河床变形和墩台附 近的冲刷，起主要作用的是推移质和床沙；颗粒很细的悬移质泥沙，对 长河段的河床演变才起主要作用。
g
vk——起动流速(m/s)； ω——泥沙沉速(m/s)； γ，γs——分别为水和泥沙的容重。
第一节 泥沙运动
五、含沙量和挟沙能力
含沙量(g)：单位体积内水流中所含悬移质的质量，单位是kg/m3。 挟沙能力：在一定的水力条件和边界条件下单位体积的水流能挟带泥 沙的最大数量(质量)，成为水流的挟沙能力，单位是kg/m3。它是一个 临界值，包括推移质和悬移质全部泥沙数量，并且随着水流和边界条 件的不同而时刻变化。
Chapter06-桥梁墩台冲刷计算
4
g s1 11
4
1
Q1 B1 h 1
1－上游天然河道河槽流速，m / s；
B1－上游天然河道河槽河宽，m ；
h 1－上游天然河道河槽平均水深，m ；
故
Q 1 G1 1 Bh 1 1
B 1
4
64－2公式
桥下断面的排沙量
G2 g s 2 Q 2 4 B2 j＝ 2 2 B2 j＝ 2 B h 2j 2 Q 2 B B 2 2j 2j B2 j h 2
3 5
hm ax h
Qcp L j hp 1 0.22 I L e
1 z 0.22 I L 3e
1.3
5
1.15
hP
2 3
hm ax h
1.2 大中桥设计一般规定
2 桥下一般冲刷深度
一般冲刷深度hp：一般冲刷停止时的桥下铅直水深。（河 床在一般冲刷完成后从设计水位算起的 某一垂线水深。） 一般冲刷深度计算现主要按经验公式计算，常用 有64－1公式、64－2公式和包尔达可夫公式。 2.1 无粘性土河床 A） 河槽 当河槽断面流速等于冲止流速时，桥下一般冲 刷随即停止，且一般冲刷深度达到最大。
4
(1 ) B 2
4
2 hP 1
1 4
Q 2 Q 1
B1 (1 ) B 2
h 1
3 4
考虑单宽流量分布不均匀和集中趋势的影响。
Q 2 hP K Q 1
第六章_冲刷计算
称为一般冲刷。
随着一般冲刷的发
ZS
展，河床不断刷深，桥
下断面逐渐扩大，过水
断面面积不断增大。
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。
表示方法：
通常用一般冲刷 停止时桥下的垂线水
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。
来沙： 单宽输沙率： 断面输沙率： 排沙：
qb1 1V14
Qb1
B1qb1
B11V14
B11
(
Q1 B1h1
)4
单宽输沙率：
qb2
V4
22
断面输沙率： Qb2
式中，VH1为河滩水深为1m时非粘性土容许不冲刷流 速，与河滩泥沙组成有关，可查表6-1。
5
hP
QtP
LtjVH
1
( hmt ht
)
5
3
6
(6 9)
式中，Ltj为桥下河滩部分桥孔净长； QtP为桥下河滩部分通过的设计流量；
QtP
Qt Qc Qt
QP
QtP
tCt
n
ht
QP
(iCi hi )
qs Aqmax
(6 3)
A称为单宽流量集中系数。
A 0.15 ( B )0.15
H
(6 4)
稳定河段：A=1.0~1.2；次稳定河段：A=1.3~1.4；不稳
定河段：A=1.5~1.7，最大不超过1.8。
冲止流速：
Vs
Ed h 1 6
Chapter06-桥梁墩台冲刷计算解析
z E d hP
Q cP hp 1 6 L j E d
3 5
hmax h
Q2－桥下河槽部分通过的设计流量，m / s,当桥下河槽能扩宽至全桥时取用Q p ; Q P －频率为P％的设计流量，m 3 / s； Qc －天然状态下河槽部分设计流量，m 3 / s； Qt1 －天然状态下桥下河滩部分设计流量，m 3 / s； Bcj－桥下河槽部分桥孔过水净宽，m，当桥下河槽扩宽至全桥时，取全桥桥孔过水净宽； hcm－河槽最大水深，m； hcq－桥下河槽平均水深，m；
Hydrology of Bridge & Culvert
Chapter 6 桥梁墩台冲刷计算
PhD / Professor
Mingwu WANG
School of Civil Engineering Hefei University of Technology
Chapter 6 桥梁墩台冲刷计算
则由输沙平衡方程
Q 1 1 Bh 1 1
4
G1 G2
令
4
h 2 hP
Q2 B 2 1 (1 ) B2 hP
(1 ) B 2
64－2公式
Q 1 1 Bh 1 1
Q2 B 2 (1 ) B2 hP
1 6
A Lj h
QcP AC hi
i q h L j n
则
L j i
5 3
n
h
5 3
QcP
i 5 3 qmax hmax n
hmax h
5 3
QcP hmax qmax q h L j
桥梁墩台冲刷计算讲解课件
对计算结果进行处理，得 出墩台冲刷的最终结果， 包括冲刷深度、范围等。
结果分析
对计算结果进行分析，评 估其对桥梁安全性的影响 。
04
冲刷计算实例分析
工程实例选择
选择具有代表性的桥梁墩台
在选择工程实例时，应选择具有代表性的桥梁墩台，如承受 较大流速、水位变化明显、河床地形复杂等条件的墩台。
考虑不同类型墩台
和稳定性。
未来研究方向及发展前景
未来冲刷计算的研究方向将更加注重数 值模拟和实验研究相结合，探索更加准
确和实用的计算方法和模型。
随着人工智能和大数据技术的发展，冲 刷计算将更加智能化，能够实现自动化 设计和优化，提高桥梁工程的设计效率
和安全性。
未来冲刷计算将更加注重与环境、生态 等领域的交叉研究，探索更加环保和可
随着河流流速的增加、极端天气的频发，墩台冲刷问题日益突出，对桥梁的安全性 能构成严重威胁。
针对墩台冲刷问题，开展准确的计算和分析是保障桥梁安全运行的重要手段。
冲刷对桥梁墩台的影响
冲刷会导致墩台基础 松动，降低其承载能 力。
冲刷会加速墩台腐蚀 ，缩短其使用寿命。
冲刷会导致墩台失稳 ，产生倾斜或倒塌等 危险。
常用冲刷计算公式介绍
• 参数说明：d为冲刷深度，V为水流速度，g为重力加速度，b为 渠宽，w为水深。
常用冲刷计算公式介绍
01
02
03
04
公式三：钱宁公式
定义：适用于黏性土壤的临界 流冲刷计算。
公式形式：d = (V^2 / g) * (4 / (r * w))^(1/3)
参数说明：d为冲刷深度，V 为水流速度，g为重力加速度 ，r为土壤内摩擦角，w为水
公式形式
d = (1/n) * (V^2 / g)^(1/3)
结果分析
对计算结果进行分析，评 估其对桥梁安全性的影响 。
04
冲刷计算实例分析
工程实例选择
选择具有代表性的桥梁墩台
在选择工程实例时，应选择具有代表性的桥梁墩台，如承受 较大流速、水位变化明显、河床地形复杂等条件的墩台。
考虑不同类型墩台
和稳定性。
未来研究方向及发展前景
未来冲刷计算的研究方向将更加注重数 值模拟和实验研究相结合，探索更加准
确和实用的计算方法和模型。
随着人工智能和大数据技术的发展，冲 刷计算将更加智能化，能够实现自动化 设计和优化，提高桥梁工程的设计效率
和安全性。
未来冲刷计算将更加注重与环境、生态 等领域的交叉研究，探索更加环保和可
随着河流流速的增加、极端天气的频发，墩台冲刷问题日益突出，对桥梁的安全性 能构成严重威胁。
针对墩台冲刷问题，开展准确的计算和分析是保障桥梁安全运行的重要手段。
冲刷对桥梁墩台的影响
冲刷会导致墩台基础 松动，降低其承载能 力。
冲刷会加速墩台腐蚀 ，缩短其使用寿命。
冲刷会导致墩台失稳 ，产生倾斜或倒塌等 危险。
常用冲刷计算公式介绍
• 参数说明：d为冲刷深度，V为水流速度，g为重力加速度，b为 渠宽，w为水深。
常用冲刷计算公式介绍
01
02
03
04
公式三：钱宁公式
定义：适用于黏性土壤的临界 流冲刷计算。
公式形式：d = (V^2 / g) * (4 / (r * w))^(1/3)
参数说明：d为冲刷深度，V 为水流速度，g为重力加速度 ，r为土壤内摩擦角，w为水
公式形式
d = (1/n) * (V^2 / g)^(1/3)
桥梁墩台冲刷计算PPT课件
泥沙输移特性
泥沙在水流中的输移特性，包括 悬移质和推移质的运动规律。
河床演变规律
河床在自然条件下的演变规律， 对冲刷计算有重要影响。
桥梁墩台冲刷计算公式
一般冲刷计算公式
根据水流动力学原理和泥沙运动 学原理，建立一般冲刷计算公式，
预测桥梁墩台冲刷深度。
局部冲刷计算公式
针对桥梁墩台局部区域的特殊水流 条件和泥沙运动特性，建立局部冲 刷计算公式。
缺点
试验周期长，成本高，且受模 型制作和试验条件等因素影响。
数值模拟法
计算原理
基于计算流体动力学（CFD）等数值 方法，建立桥梁墩台冲刷的数学模型 进行计算。
01
02
计算内容
通过求解水流运动方程和泥沙输运方 程等，模拟桥梁墩台冲刷过程，获取 冲刷深度和范围等数据。
03
适用范围
适用于各种水流和河床条件下的桥梁 墩台冲刷计算。
软件操作演示
软件界面介绍
展示软件的主界面及各功能模块，让用户对软件有一个整体的认 识。
计算流程演示
详细演示使用软件进行桥梁墩台冲刷计算的整个流程，包括输入参 数、选择计算方法、查看计算结果等步骤。
操作技巧分享
分享一些在使用软件过程中可能会用到的操作技巧，帮助用户更高 效地使用软件。
软件在桥梁工程中的应用
桥梁墩台冲刷计算ppt课件
目录
CONTENTS
• 桥梁墩台冲刷概述 • 桥梁墩台冲刷计算原理 • 桥梁墩台冲刷计算方法 • 桥梁墩台冲刷计算实例分析 • 桥梁墩台冲刷防护措施 • 桥梁墩台冲刷计算软件介绍
01 桥梁墩台冲刷概述
CHAPTER
桥梁墩台冲刷定义
01
桥梁墩台冲刷是指水流经过桥梁 墩台时，由于水流的动能作用， 对墩台基础及周围河床造成的冲 刷现象。
桥梁墩台冲刷计算_OK
K 1 0.02 lg Hmax Hd
2021/9/5
13- 20
16
64-2 公式：基于输沙平衡理论
适用于 非粘性土河槽
规范：64-2 简化式
hp
1.04 Ad
Q2 Qc
0.90
Bc
1 Bcg
0.66
hcm
7.3.1 - 1
Q2
Qc Qc Qt1
Qp
2021/9/5
7.3.1 2
2021/9/5
6
2）64-1修正式
35
hp
Qcp Lj Ed
1
6
hmax h
13 5
hp
Ad
Q2 hcm
Bcj hcq
Ed 1 6
5
3
3
5
2021/9/5
7.3.1 4
7
式中：
Bcj — —河槽部分桥孔过水净宽（m），当桥下河槽能扩宽至全桥时， 即为全桥桥孔过水净宽；
包尔达可夫按别列柳伯斯基假定建立的一般冲刷公式；只适用于稳定性河段 （没有考虑土质因素和单宽流量集中情况）
2021/9/5
21
1、均质河床：
hP Ph
hP — —一般冲刷深度 h — —冲刷前的垂线水深 P — —冲刷系数
2021/9/5
22
2、无导流堤时桥台偏斜冲刷深 度
hP'
P(hmax
h h)
hmax
h
2021/9/5
23
3、岩土河床易冲土壤部分的冲刷深度
hP''
PAq A1
A2
Aq — —冲刷前桥下毛过水面积（m2）
A1 — —冲刷前易冲刷部分的过水面积（m 2）
桥涵水文-6桥梁墩台冲刷及基础埋置深度
桥涵水文Hydrology of Bridge and Culvert桥梁墩台冲刷计算及基础埋深第六章（桥涵水力计算）第一节桥下一般冲刷计算第二节桥墩局部冲刷计算第三节桥台冲刷计算第四节基础埋深计算为了使设计洪水在桥下安全通过，不但要有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且桥梁墩台基础还必须有足够的埋置深度。
桥下冲刷直接影响着桥墩台的基础埋置深度，要保证桥梁安全，就必须将墩台基础放置在可靠的地基上。
进行冲刷计算的目的是要找最大冲刷深度，决定不被冲走的地基面的标高。
一、桥下冲刷的组成1.自然演变冲刷z定义：河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下，自然发育过程造成的冲刷现象，称为河床自然冲刷。
z常见自然演变冲刷现象：河床逐年下切、淤积、边滩下移、河湾发展变形及截弯取直、河段深泓线摆动及一个水文周期内，河床随水位、流量变化而发生的周期性变形，以及人类活动(如河道整治、兴修水利等）都会引起河床的显著变形，桥位设计时都应予考虑。
z计算方法：关于河床自然演变冲刷深度，目前尚无成熟的计算方法，一般多通过调查或利用桥位上、下游水文站历年实测断面资料统计分析确定。
对于各种河床的自然演变冲刷，在河流动力学和河道整治的有关书籍中，有一些计算方法可供参考。
但由于影响河床演变的因素很多，又极其错综复杂，难以得到可靠的计算结果。
目前在实际的工作中，主要是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，估计建桥后可能发生的河床变形，作为桥梁墩台的自然（演变）冲刷，进行设计。
具体做法，可以参阅《公路工程桥涵水文勘测设计规范》。
2.一般冲刷建桥后，由于桥孔压缩河床，桥下过水面积减小，从而引起桥下流速的增大，水流携沙能力也随之增大，造成整个桥下断面的河床冲刷。
这一冲刷过程，称为桥下断面的一般冲刷。
3.局部冲刷水流因受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷现象叫局部冲刷。
在桥墩的前缘与两侧形成冲刷坑。
三种冲刷交织在一起，同时进行。
计算时假定它们独立地相继进行，可分别计算，最后叠加。
6-桥梁墩台冲刷计算讲解
n
n
宽浅式河渠：
R
A
bh
h
h
b 2h 1 2 h
b
v
1
21
h3i2
n
q
Av
(1
h)
1
21
h3i2
1
51
h3i 2
n
n
qmax
1 n
5
h3 max
i
1 2
5
qmax q
hmax h
3
5
qmax q
hmax h
3
又因为： q Qs
Lj
Ay Ly h Ly
Aj Lj h Lj
5
5
n
当V >V0，
hb K K1B10.6
V0 V0
V V0
V0 V0
K1——河床颗粒的影响系数，
K1 0.8
1
0.45
1 0.15
d d
式中：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)，
4
h1
64-2简化式：hp
1.04
Ad
Q2 Qc
0.90
Bc
1
0.66
Bcg
hcm
2. 河滩部分
5
hP
Q1
Btj
htm htq
VH 1
5
3
6
三、粘性土河床的一般冲刷
粘性土： d 0.05mm
IL
W0 WP WL WP
W0 WP IP
第6章 桥梁墩台冲刷计算
hc 不变。
④ hmax 值的确定： hc
通常按桥位上游附近枯水位或中低水位实测过水断面图求 得；也可利用设计水位时的实测桥位断面图求得。
hc
c
Lc
hmax Z S Zm
⑤ 当桥下河床由多层成分不同的土质组成，分层土 河床的冲刷可采用逐层渐进试算方法进行。
（1）d 1 d 2，先按 d 1 计算，若计算hP位于 d 1 层，即 为所求；若计算hP位于 d 2 层，改用 d 2计算，若结果位 于 d 2层，即为所求，若位于 d 1 层，取两层交界面为冲 刷线标高。
表示方法：
垂线
通常用一般冲刷停止
ZS
时桥下的垂线水深表示 该垂线处的一般冲刷深
hP Vs
度，以hP 表示。桥下一 般冲刷停止时的垂线平
均流速，称为冲止流速，以Vs表示，m/s。
非粘性土河床一般冲刷计算
1、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
桥梁墩台冲刷计算中 如何简化复杂的冲刷
过程？
第一节 桥下一般冲刷计算
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。
随着一般冲刷的
ZS
发展，河床不断刷深，
桥下断面逐渐扩大，
过水断面面积不断增
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。
求刚建桥，冲刷前的最大单宽流量 qmax。先求平均 单宽流量：
④ hmax 值的确定： hc
通常按桥位上游附近枯水位或中低水位实测过水断面图求 得；也可利用设计水位时的实测桥位断面图求得。
hc
c
Lc
hmax Z S Zm
⑤ 当桥下河床由多层成分不同的土质组成，分层土 河床的冲刷可采用逐层渐进试算方法进行。
（1）d 1 d 2，先按 d 1 计算，若计算hP位于 d 1 层，即 为所求；若计算hP位于 d 2 层，改用 d 2计算，若结果位 于 d 2层，即为所求，若位于 d 1 层，取两层交界面为冲 刷线标高。
表示方法：
垂线
通常用一般冲刷停止
ZS
时桥下的垂线水深表示 该垂线处的一般冲刷深
hP Vs
度，以hP 表示。桥下一 般冲刷停止时的垂线平
均流速，称为冲止流速，以Vs表示，m/s。
非粘性土河床一般冲刷计算
1、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
桥梁墩台冲刷计算中 如何简化复杂的冲刷
过程？
第一节 桥下一般冲刷计算
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。
随着一般冲刷的
ZS
发展，河床不断刷深，
桥下断面逐渐扩大，
过水断面面积不断增
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。
求刚建桥，冲刷前的最大单宽流量 qmax。先求平均 单宽流量：
第六章桥梁墩台冲刷
用沉速
(cm / s) 表示
单颗粒泥沙在静止的无限大的清水水体中匀速下沉的速度(cm/s)。
二、 泥沙的运动 泥沙的起动—在水流推动下，床面泥沙颗粒由静止开始运动。 起动流速---床面泥沙颗粒在各种外力作用下，失去平衡，泥 沙开始运动时的水流垂线上的平均流速 。
0
0
张瑞瑾起动流速公式：
h 0.14 10 h 0.5 0 ( ) (29 d 0.000000605 0.72 ) d d 重力项 粘粒项
k0 s gb 2 ( 0 ) C0 s g
3
式中
---系数，一般取0.01
---谢才系数，无量纲， ---起动流速 ---泥沙沉速 ---水和泥沙的容重
五 含沙量和挟砂能力 含沙量—单位体积内水流中所含悬移质的质量，kg/m3 在一定条件和边界条件下，单位体积的水流能够挟带泥沙 的最大数量或质量(包括推移质和悬移质)，称为水流的挟 砂率。 六 河床的粗化
推移质输沙率是单位时间内在过水断面单位河槽宽度上通过的推移质的质量用表示单位是kgsm窦国仁德推移质输沙率公式系数一般取001谢才系数无量纲起动流速泥沙沉速水和泥沙的容重河床的粗化含沙量单位体积内水流中所含悬移质的质量kgm在一定条件和边界条件下单位体积的水流能够挟带泥沙的最大数量或质量包括推移质和悬移质称为水流的挟在冲刷河段内床沙中的细颗粒被水流冲走上游来沙中的粗颗粒泥沙慢慢沉下来这样河床表面层的泥沙粒径逐渐增大形成自然铺砌的现象称为河床的粗化
将上式带入输沙率公式得：
见表6-3-1 1964年甘城道将上式改写成：
---系数
---桥下河槽最大水深
---造床流量时的最大水深和平均水深
---单宽流量集中系数 ---系数，一般取0.216~~0.243 1984~1990进一步简化为
桥涵水文课件5桥梁墩台冲刷计算
Btj ——河滩部分桥孔净长 （ m ）；
0. 50~2.00 0.40~0.60 细 桥墩水流侧向压缩系数，查表； —— Q h 大
53
56
60~200
2.30~3.60
B h 0.60~0.90
1.20~1.50
1
tm
Qt1 Q1 200~400 Q 3.60~4.70 小 p Qc Qt1
L0
z 2 Ad h 1.04 A p d Hz Q 1）河槽部分 c
0.15 0.66 0.90 1. 非粘性土河床一般冲刷深度计算 桥墩水流侧向压缩系数 B Q B
c
Q2
Qc Qp Qc Qt1
Q h 1 tm 1.非粘性土河床一般冲刷深度计算 Qt1 h 15 B Q Qp tj tq vmax vH 1hp h 1 Qc Qt1 p 2）河滩部分 vH 1 河滩水深小，糙率大，流速很小，洪水漫滩后才有水流，流 水深1m时非粘性土不冲流速
tj tq m ）； htm ——桥下河滩最大水深（ hp h —— 桥下河滩平均水深（ m ） tq v 圆砾 中 5.00~10.00 0.90~1.20 漂石 中 400~800 H1 VH 1——河滩水深1m时非粘性土不冲流速，查表；
小 2.00~5.00 大 10~20
53
56
速一般小于床沙起动流速，无推移质运动，冲刷后没有上游 来沙的补偿，桥下冲刷后，只有当流速降低到土壤容许（不 (mm时，才逐渐停止，其冲止流速为河滩土壤的容许 ) d (mm) VH 1 (m/s) 河床泥沙 VH 1 (m/s) 河床泥沙 hp —— dV 冲）流速 桥下河滩一般冲刷深度（ m）； max Q1 —— 不冲流速 Vmax 。 桥下河滩部分通过的设计流量 （m³ /s） ； 20~40 1.50~2.00 粗 0.05~0.25 0.35~0.32 小 Qp ——频率为P%时的设计流量（ m ³ / s ）； 15 v v h H1 p /s） 0.25~0.50 max0.32~0.40 40~60 2.00~2.30 中 天然状态下河槽部分的设计流量（ 砂Qc —— 卵石 中 m³ /s）。 Qt1——天然状态下桥下河滩部分的设计流量（m³
6_桥涵水文第六章桥墩和桥台冲刷
本节课到此结束！
第五节 桥台冲刷
一 桥台绕流的水流结构 桥台附件的水流由主流区，下游回流区和上游滞流
区三部分组成。
第五节 桥台冲刷
一 桥台绕流的水流结构
第五节 桥台冲刷
一 桥台绕流的水流结构
第五节 桥台冲刷
一 桥台绕流的水流结构 桥台上下游的流速分布如下：
第五节 桥台冲刷
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
二按冲止流速建立的公式
1.沙性土河槽的一般冲刷
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
二按冲止流速建立的公式
1.沙性土河槽的一般冲刷---（64-1公式）
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
二按冲止流速建立的公式
2.沙质河滩的一般冲刷
沙质河滩内，有推移质运动，冲刷过程中又有上 游来沙的补偿。随着一般冲刷的发展，桥下各垂 线处的单宽流量将进行再分配。有向深水垂线集 中的趋势，河槽越宽浅、越不稳定，单宽流量的 集中趋势越强。
流速小于v0 的冲刷为清水冲刷，大于v0 的为动床冲 刷。
第四节 桥墩的局部冲刷
冲刷深度与行近流速关系
根据模型试验和观测资料可知，桥墩局部冲刷深度 与涌向桥墩的流速V有关。
当V逐渐增大到一定数值时，桥墩迎水面两侧的泥 沙开始被冲走而产生冲刷，此时涌向桥墩的垂线平 均流速称为墩旁床沙的起冲流速v’0。
第四节 桥墩的局部冲刷
65-2公式
第四节 桥墩的局部冲刷
65-2公式
65-2公式 第四节 桥墩的局部冲刷
第四节 桥墩的局部冲刷
65-2修正公式 修正公式：
hbKKB10.60h0.15d0.068vv0vv'0 '0n
d为冲刷层内泥沙平均粒径
桥梁墩台冲刷计算41页PPT
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
桥梁墩台冲刷计算
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
ห้องสมุดไป่ตู้
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
桥梁墩台冲刷计算
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
ห้องสมุดไป่ตู้
桥 梁 墩 台 冲 刷
桥 梁 墩 台 冲 刷
墩台基础河床在水力作用及泥沙运动等因素的 影响下，自然发育过程造成的冲刷现象。如河床逐年下切、 淤积等造成的河床变形 桥下断面一般冲刷：桥下河床全断面发生的冲刷现象。是 桥孔压缩了水流过水断面的结果。冲刷可使桥下河床断面 不断扩大，但因此又将导致流速不断下降，使桥下河床的 冲刷现象出现新的平衡，一般冲刷现象至此随之停止。通 常取冲刷停止时的桥下最大铅垂水深
墩台局部冲刷：水流因受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲 刷现象，使墩台附近形成冲刷坑。
墩台基础河床在水力作用及泥沙运动等因素的 影响下，自然发育过程造成的冲刷现象。如河床逐年下切、 淤积等造成的河床变形 桥下断面一般冲刷：桥下河床全断面发生的冲刷现象。是 桥孔压缩了水流过水断面的结果。冲刷可使桥下河床断面 不断扩大，但因此又将导致流速不断下降，使桥下河床的 冲刷现象出现新的平衡，一般冲刷现象至此随之停止。通 常取冲刷停止时的桥下最大铅垂水深
墩台局部冲刷：水流因受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲 刷现象，使墩台附近形成冲刷坑。
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1. 墩台冲刷类型
河床自然演变冲刷：河床在水力作用及泥沙运动等因素的 影响下，自然发育过程造成的冲刷 现象。调查统计分析确定。 桥下断面一般冲刷：建桥后压缩水流在桥下河床全断面发 生的冲刷现象。 墩台局部冲刷：水流因墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷 现象。
局部冲刷深度hb ：局部冲刷达到冲淤平衡时冲刷坑的最 大深度。
Aq－冲刷前桥下计算毛过水面积，m 2； A1－冲刷前易冲刷部分的过水面积，m 2；
A 2－冲刷后不可冲刷部分，表层可冲土壤被冲去后的毛过水面积，m 2；
包氏公式没有考虑土质因素和计及单宽流量集中 情况，只适用于平原或山区的稳定性河段。
3 桥墩局部冲刷计算
C
3.1 桥墩冲刷机理
冲刷深度h
对均匀沙床面，当桥墩 动床冲刷深度 上游行近流速v增大到始冲 流速v0,时，桥墩迎面两侧的 A 泥沙开始冲走，产生冲刷。 v v0‘ v0 若增大值小于床沙起动流速 行近流速 v0 时，床面无泥沙运动，桥 墩冲刷坑没有上游泥沙补给， 在清水冲刷阶段，当流速趋于泥沙 则为清水冲刷。若行近流速 超过床沙起动流速v0 ，床面 起动流速时，冲刷趋于停止，在动床冲 流沙处于运动状态，上游泥 刷阶段，当冲刷坑内泥沙补给率和输出 沙落入冲刷坑内补给，则为 率平衡时，冲刷趋向停止，此称为平衡 冲刷。 动床冲刷。
4
g s1 11
4
1
Q1 B1 h 1
1－上游天然河道河槽流速，m / s；
B1－上游天然河道河槽河宽，m ；
h 1－上游天然河道河槽平均水深，m ；
故
Q 1 G1 1 Bh 1 1
B 1
4
64－2公式
桥下断面的排沙量
G2 g s 2 Q 2 4 B2 j＝ 2 2 B2 j＝ 2 B h 2j 2 Q 2 B B 2 2j 2j B2 j h 2
液性指数 IL W WP IP
1.3
2 3
I p WL－WP
z
1 IL
z
1 e
1 z 0.23 I L
hP
目前粘性土冲止流速经验公式有 则
Qcp L j hp 1.3 1 0.23 IL
3 5
hm ax h
Qcp L j hp 1 0.22 I L e
1 z 0.22 I L 3e
1.3
5
1.15
hP
2 3
hm ax h
4 4
B2 j (1 ) B2
2－桥下断面比例系数 ;
Q2－桥下断面河槽通过流 量，m 3 / s;
2－桥下断面河槽流速， m / s；
B2－桥下断面河槽宽度， m；
h 2 －桥下断面平均水深， m； －桥墩水流侧向压缩系 数； －设计水位下，桥墩阻 水总面积与桥下过水面 积的比值；
B cj－桥下河槽部分桥孔过水净宽，m，当桥下河槽扩宽至全桥时，取全桥桥孔过水净宽；
A） 无粘性河槽
64－2公式
输沙平衡原理
推移质的输沙率gs:指单位时间单位河宽通过推移质的 质量，kg/m·s。
gs
则上游天然河道的来沙量
1－上游天然河道比例系数;
Q1－上游天然河道河槽流量，m 3 / s;
1 6
3 5
hm ax h
《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30－2002 64－1修正公式
h cm h cq
1 6
Q2
Qc Qc Qt1
Q2－桥下河槽部分通过的设计流量，m 3 / s,当桥下河槽能扩宽至全桥时取用Q p ; Q P －频率为P％的设计流量，m 3 / s； Qc －天然状态下河槽部分设计流量，m 3 / s； Qt1 －天然状态下桥下河滩部分设计流量，m 3 / s； hcm－河槽最大水深，m； hcq－桥下河槽平均水深，m；
1 6
h
A Lj h
QcP AC hi
q QcP i n h
L j i
n
5 3
5 3
h
L j
qm ax
5 3
i n
5 3
hm ax
5 3
则
qm ax
QcP hm ax q L j h
hm ax h
QcP－桥下河槽部分的计算流量; L j－河槽部分桥孔净长;
0.66
Q 2 hP 1.04 Q c
0.9
Bc (1 ) B cg
hcm
B c－天然状态下河槽宽度 ，m; B cg－桥长范围内的河槽宽 度， 当河槽能扩宽至全桥时 取用桥孔总长度 ; Q 2 天然状态下桥下河槽部 分设计流量， m 3 / s; Q c 桥下断面河槽通过流量 ，m 3 / s; hcm 河槽最大水深， m; hcq 桥下河槽平均水深， m; －单宽流量集中系数， 山前变迁、游荡、宽滩 河 段通常限用1.8, 对河滩，单宽流量无再 分现象取1
4 m1
B1 (1 ) B 2
3 m1
hmax
K 1 0.02 lg
H m ax Hd
m1－指数; H m ax－造床流量（或平滩流量）时的断面最大水深; H－造床流量（或平滩流量）时的断面平均水深;
《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30－2002 64－2简化式
Hydrology of Bridge & Culvert
Chapter 6 桥梁墩台冲刷计算
PhD / Professor
Mingwu WANG
School of Civil Engineering Hefei University of Technology
Chapter 6 桥梁墩台冲刷计算
b） 无粘性河滩
htP qtm
m ax
qtm
QtP htm Ltj ht
5 6
5 3
m ax H htP
1
6 5
Q tp htp Ltj H 1
htm ht
5 3
Qtp
则由输沙平衡方程
Q 1 1 Bh 1 1
4
G1 G2
令
4
h 2 hP
Q2 B 2 1 (1 ) B2 hP
(1 ) B 2
64－2公式
Q 1 1 Bh 1 1
Q2 B 2 1 (1 ) B2 hP
2.2 粘性土河床 《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30－2002 推荐公式
河槽
hcp
Q h cp m ax Lcj h 1 0.33 IL
5 3
5 3
6 7
5 8
Qt Qt Qc
QP
htp－桥下河滩一般冲刷深 度； htm－河滩最大水深； h t －河滩平均水深； L tj－河滩桥孔净长； Qtp－桥下河滩部分的计算 流量; H1 －非粘性土壤水深为 1m的容许不冲刷流速 , 查表 6－2；
2.2 粘性土河床
塑性指数
粘性土：平均粒径小于0.05mm的泥沙。
4
(1 ) B 2
4
2 hP 1
1 4
Q 2 Q 1
B1 (1 ) B 2
h 1
3 4
考虑单宽流量分布不均匀和集中趋势的影响。
Q 2 hP K Q 1
A） 无粘性河槽
64－1公式
水力学连续原理
根据水流连续性方程 则
Q A
hP
q m ax
பைடு நூலகம்
z
qm ax－桥下断面最大单宽流量;
z－冲止流速；
hP－一般冲刷停止时桥下最大水深，出现在最大单宽流量q m ax处;
对宽浅式河渠，水力半径R可近似按断面平均水深计算
C 1 n R
1 6
1 n
h－桥下断面平均水深；
－桥孔侧收缩系数；
随着一般冲刷的发展，桥下各垂线处的单宽流量有向深槽集中 趋势，且河槽越宽浅，越不稳定，单宽流量的集中趋势越强和偏大， 即实际最大单宽流量将大于上计算值。
q pm qm ax
QcP hm ax L j h
0.15
清 水 B 冲 刷
动床冲刷
3.2 无粘性土河床桥墩局部冲刷计算
《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30－2002 65－2式
当 0
当 0
' 0 hb K K B10.6 h0.15 p 2 0 ' 0 hb K K B10.6 h0.15 p 2 0
2.3 包尔达可夫公式 均质土
h p Ph
h p－一般冲刷深度，m； h－冲刷前垂线深度，m； P－冲刷系数；
无导流堤时的桥台偏斜冲刷深度
h h ' P (hmax h) h P hmax
2.3 包尔达可夫公式
岩土河床易冲土壤部分的冲刷深度
h"
P
PAq A2 A1
5 3
B H
－单宽流量集中系数;
H －平滩水位时的河槽平均水深； B－平滩水位时的河槽宽度；
河床自然演变冲刷：河床在水力作用及泥沙运动等因素的 影响下，自然发育过程造成的冲刷 现象。调查统计分析确定。 桥下断面一般冲刷：建桥后压缩水流在桥下河床全断面发 生的冲刷现象。 墩台局部冲刷：水流因墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷 现象。
局部冲刷深度hb ：局部冲刷达到冲淤平衡时冲刷坑的最 大深度。
Aq－冲刷前桥下计算毛过水面积，m 2； A1－冲刷前易冲刷部分的过水面积，m 2；
A 2－冲刷后不可冲刷部分，表层可冲土壤被冲去后的毛过水面积，m 2；
包氏公式没有考虑土质因素和计及单宽流量集中 情况，只适用于平原或山区的稳定性河段。
3 桥墩局部冲刷计算
C
3.1 桥墩冲刷机理
冲刷深度h
对均匀沙床面，当桥墩 动床冲刷深度 上游行近流速v增大到始冲 流速v0,时，桥墩迎面两侧的 A 泥沙开始冲走，产生冲刷。 v v0‘ v0 若增大值小于床沙起动流速 行近流速 v0 时，床面无泥沙运动，桥 墩冲刷坑没有上游泥沙补给， 在清水冲刷阶段，当流速趋于泥沙 则为清水冲刷。若行近流速 超过床沙起动流速v0 ，床面 起动流速时，冲刷趋于停止，在动床冲 流沙处于运动状态，上游泥 刷阶段，当冲刷坑内泥沙补给率和输出 沙落入冲刷坑内补给，则为 率平衡时，冲刷趋向停止，此称为平衡 冲刷。 动床冲刷。
4
g s1 11
4
1
Q1 B1 h 1
1－上游天然河道河槽流速，m / s；
B1－上游天然河道河槽河宽，m ；
h 1－上游天然河道河槽平均水深，m ；
故
Q 1 G1 1 Bh 1 1
B 1
4
64－2公式
桥下断面的排沙量
G2 g s 2 Q 2 4 B2 j＝ 2 2 B2 j＝ 2 B h 2j 2 Q 2 B B 2 2j 2j B2 j h 2
液性指数 IL W WP IP
1.3
2 3
I p WL－WP
z
1 IL
z
1 e
1 z 0.23 I L
hP
目前粘性土冲止流速经验公式有 则
Qcp L j hp 1.3 1 0.23 IL
3 5
hm ax h
Qcp L j hp 1 0.22 I L e
1 z 0.22 I L 3e
1.3
5
1.15
hP
2 3
hm ax h
4 4
B2 j (1 ) B2
2－桥下断面比例系数 ;
Q2－桥下断面河槽通过流 量，m 3 / s;
2－桥下断面河槽流速， m / s；
B2－桥下断面河槽宽度， m；
h 2 －桥下断面平均水深， m； －桥墩水流侧向压缩系 数； －设计水位下，桥墩阻 水总面积与桥下过水面 积的比值；
B cj－桥下河槽部分桥孔过水净宽，m，当桥下河槽扩宽至全桥时，取全桥桥孔过水净宽；
A） 无粘性河槽
64－2公式
输沙平衡原理
推移质的输沙率gs:指单位时间单位河宽通过推移质的 质量，kg/m·s。
gs
则上游天然河道的来沙量
1－上游天然河道比例系数;
Q1－上游天然河道河槽流量，m 3 / s;
1 6
3 5
hm ax h
《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30－2002 64－1修正公式
h cm h cq
1 6
Q2
Qc Qc Qt1
Q2－桥下河槽部分通过的设计流量，m 3 / s,当桥下河槽能扩宽至全桥时取用Q p ; Q P －频率为P％的设计流量，m 3 / s； Qc －天然状态下河槽部分设计流量，m 3 / s； Qt1 －天然状态下桥下河滩部分设计流量，m 3 / s； hcm－河槽最大水深，m； hcq－桥下河槽平均水深，m；
1 6
h
A Lj h
QcP AC hi
q QcP i n h
L j i
n
5 3
5 3
h
L j
qm ax
5 3
i n
5 3
hm ax
5 3
则
qm ax
QcP hm ax q L j h
hm ax h
QcP－桥下河槽部分的计算流量; L j－河槽部分桥孔净长;
0.66
Q 2 hP 1.04 Q c
0.9
Bc (1 ) B cg
hcm
B c－天然状态下河槽宽度 ，m; B cg－桥长范围内的河槽宽 度， 当河槽能扩宽至全桥时 取用桥孔总长度 ; Q 2 天然状态下桥下河槽部 分设计流量， m 3 / s; Q c 桥下断面河槽通过流量 ，m 3 / s; hcm 河槽最大水深， m; hcq 桥下河槽平均水深， m; －单宽流量集中系数， 山前变迁、游荡、宽滩 河 段通常限用1.8, 对河滩，单宽流量无再 分现象取1
4 m1
B1 (1 ) B 2
3 m1
hmax
K 1 0.02 lg
H m ax Hd
m1－指数; H m ax－造床流量（或平滩流量）时的断面最大水深; H－造床流量（或平滩流量）时的断面平均水深;
《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30－2002 64－2简化式
Hydrology of Bridge & Culvert
Chapter 6 桥梁墩台冲刷计算
PhD / Professor
Mingwu WANG
School of Civil Engineering Hefei University of Technology
Chapter 6 桥梁墩台冲刷计算
b） 无粘性河滩
htP qtm
m ax
qtm
QtP htm Ltj ht
5 6
5 3
m ax H htP
1
6 5
Q tp htp Ltj H 1
htm ht
5 3
Qtp
则由输沙平衡方程
Q 1 1 Bh 1 1
4
G1 G2
令
4
h 2 hP
Q2 B 2 1 (1 ) B2 hP
(1 ) B 2
64－2公式
Q 1 1 Bh 1 1
Q2 B 2 1 (1 ) B2 hP
2.2 粘性土河床 《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30－2002 推荐公式
河槽
hcp
Q h cp m ax Lcj h 1 0.33 IL
5 3
5 3
6 7
5 8
Qt Qt Qc
QP
htp－桥下河滩一般冲刷深 度； htm－河滩最大水深； h t －河滩平均水深； L tj－河滩桥孔净长； Qtp－桥下河滩部分的计算 流量; H1 －非粘性土壤水深为 1m的容许不冲刷流速 , 查表 6－2；
2.2 粘性土河床
塑性指数
粘性土：平均粒径小于0.05mm的泥沙。
4
(1 ) B 2
4
2 hP 1
1 4
Q 2 Q 1
B1 (1 ) B 2
h 1
3 4
考虑单宽流量分布不均匀和集中趋势的影响。
Q 2 hP K Q 1
A） 无粘性河槽
64－1公式
水力学连续原理
根据水流连续性方程 则
Q A
hP
q m ax
பைடு நூலகம்
z
qm ax－桥下断面最大单宽流量;
z－冲止流速；
hP－一般冲刷停止时桥下最大水深，出现在最大单宽流量q m ax处;
对宽浅式河渠，水力半径R可近似按断面平均水深计算
C 1 n R
1 6
1 n
h－桥下断面平均水深；
－桥孔侧收缩系数；
随着一般冲刷的发展，桥下各垂线处的单宽流量有向深槽集中 趋势，且河槽越宽浅，越不稳定，单宽流量的集中趋势越强和偏大， 即实际最大单宽流量将大于上计算值。
q pm qm ax
QcP hm ax L j h
0.15
清 水 B 冲 刷
动床冲刷
3.2 无粘性土河床桥墩局部冲刷计算
《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30－2002 65－2式
当 0
当 0
' 0 hb K K B10.6 h0.15 p 2 0 ' 0 hb K K B10.6 h0.15 p 2 0
2.3 包尔达可夫公式 均质土
h p Ph
h p－一般冲刷深度，m； h－冲刷前垂线深度，m； P－冲刷系数；
无导流堤时的桥台偏斜冲刷深度
h h ' P (hmax h) h P hmax
2.3 包尔达可夫公式
岩土河床易冲土壤部分的冲刷深度
h"
P
PAq A2 A1
5 3
B H
－单宽流量集中系数;
H －平滩水位时的河槽平均水深； B－平滩水位时的河槽宽度；