桥涵水文_第八章 调治构造物

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Btd、Qtd—— 导流堤所在一侧河滩宽度和天然状态的河滩流量。 E —— 桥孔偏置率 Qte—— 导流堤所在一侧的路堤拦阻流量 Qxi —— 被阻挡较小一侧的天然流量 Qda—— 被阻挡较大一侧的天然流量 K —— 与桥位河段水流宽深比有关的系数
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R1=0.50R0, R2=0.25R0, Rd=R2,
二、导流堤的平面线形




椭圆堤 仍是美国联邦公路总署推荐的桥梁导流堤标准形式。前苏联 1972年规范推荐的导流堤形式，上游为椭圆形，下游为圆弧和直 线的组合线型。 圆曲线组合堤 我国应用最多，1985年铁道部科院研究员陆浩等提出改进的， 长度较短的圆曲线组合堤。 梨形堤 主要用于河滩流量不大或桥头引道凹向上游的桥位上。梨形堤 的平面尺寸，邻桥孔一侧可按一般曲线导流堤的尺寸采用，邻河 岸的后侧部分用反向圆弧连接，或再插一段直线与桥头引道连接。 封闭式长导流堤 修建在山前冲积扇和山前变迁性河段上。长堤使河槽逐渐缩窄 引导水流和泥沙平顺地通过桥孔。
他调治构造物的设计洪水频率应与所依托的工程设计洪水频
率相同。
顺应水势、因势利导、因地制宜
第一节 导流堤

导流堤的作用： 导流堤的主要作用是引导水流平顺通过桥孔，提高桥孔泄 洪能力，减少对桥下河床的集中冲刷，减缓冲刷进程，减 少对墩台的冲刷威胁。无导流堤时，被桥头路堤阻断的河 滩水流将斜向流入桥孔，可引起桥台附近的严重冲刷；设 置导流堤后，桥下河床的冲刷分布趋于均匀，并扩散到桥 梁上下游的较大范围，减缓了冲刷进程。
梨形堤的布设
圆曲线组合堤（1985年 陆浩改进）
美国联邦公路总署标准1/4椭圆 a/b=2.5
改进圆曲线组合堤： 其平面轴线是由三种不同半径的圆曲线构成。基本半径为：

Qte 1 E 1 10 Qtd Qxi E 1 Qda 式中： Btd R0 k
0.5
式中：Δh——淹没深度即水面到坝顶的深度 Δh/h——淹没深度，不漫水丁坝Δh =0, 丁坝下游的回流长度LH
C02 hLD B ln LH 0.58 2 LD 0.05C0 h B L D
式中：LH——丁坝下游沿河岸回流区长度 1 LD—— 丁坝阻水长度 1 6 C C0 R C0—— 谢才系数 g n B——河床水面宽度（m）
下游堤长度：
5 d d S xt 180 R0 180 R2 36 R0 180 R2
三、导流堤冲刷
导流堤附近的流速分布和冲刷地形图
从上游堤段开始，沿堤的迎水 面坡脚有一条冲沟，延伸到桥下， 再向桥梁下游发展。导流堤迎水面 坡脚最大冲刷深度范围，在从上游 堤头开始到上游大约三分之一堤长 的一段附近，若导流堤平面线形不 好，冲刷范围还要扩大。 洪水退水过程中，导流堤上游 端背水面也将出现冲刷；同时，堤 背水面水位高，迎水面水位低，形 成堤身内渗透压力，也会引起导流 堤破坏。
Btd 1 E Qte R0 1 k 10 Qtd R1 0.5R0 4.11 R2 0.25R0 2.06

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上游堤长度
30 45 R0 R1 2 2 S st R0 R1 R2 R2 9.69m 4 180 180 6 180 180
第二节 丁坝

丁坝：一种与河岸或路堤成一定角度，深入水中的构造物。是 一种广泛使用的河道整治和维护水工构筑物。 丁坝常设置在桥头引道的一侧或桥梁附近的河岸一侧，特别 是在凹岸的一侧，将水流挑离桥头引道或河岸，并使泥沙在丁 坝后部淤积，形成新的水边线，以达到对凹岸及桥台保护的目 的。
丁坝对上下游水流，甚至对岸都有一定影响，适合修建在较宽 的河段，在山区狭窄急流河段应慎用。 若需要防护的路堤或河岸较长，可采用数个丁坝组成的丁坝群 进行水流调治和河岸防护。 导治线：将各个坝头的连线设计成一条平滑的曲线或直线。导 治线是设计的水边线或弯道凹岸的深沿线。导治线两端应与河 岸平顺连接。
第三节 计算实例
【例8-3-1】第六章计算实例中的公路桥，左岸有较快的河滩，左 岸桥台前墙桩号为K0151+604.00，幽暗桥台前墙桩号为 K0151+724.00。左岸炉体阻水长度达104m，只是左岸桥台冲刷较严 重。试在左岸桥台处修建一个圆曲线组合型导流堤，设计导流堤曲 线和横断面，计算堤头冲刷深度。 解：圆曲线组合堤轴线设计 根据地形取上游堤端圆心角θ1=60°，下游堤端圆心角θd=45°。 河滩宽度Btd=121.27m 河滩平均水深ht=2.61m 河滩流量Qtd=316m3/s 路堤阻拦流量Qte=260. 45m3/s Qda=316m3/s Qxi=0 偏置系数E=1.0， 宽深比系数k=15
2 导流堤上游端附近的冲刷 取上游堤头到水边距离L=104m 断面水面宽度B=229.95m
阻拦水流Fr=0.0387
堤头天然水深h=2.61m
L 迎水面堤头附近冲刷深度 hs 3.37 B 导流堤最低冲刷线高程
0.42
Fr
0.38
hCm 1.65m
H min H S ht hs 63.65 2.61 1.51 59.39m
C CmCsm
式中： hs——丁坝头附近最大冲刷深度 Fr——堤头行近水流弗若德数 Az——丁坝阻水面积 H —— 行进水流平均水深 Ca—— 挑角系数 Cm—— 边坡减冲系数 Csm—— 漫水减冲系数
对于直河岸丁坝
对于凹岸丁坝
C sm
h 1 h
0.5
C sm
h 1 0.5 h
1. 漫水丁坝：坝顶高程低于设计洪水位。

坝顶高程常取在相当于常水位或平均洪水位上下。洪水位时 为漫水丁坝，常水位及枯水位时为不漫水丁坝。这样，除洪 水期以外的大部分时间，丁坝工作在不漫水丁坝状态，有较 大的调治水流和稳定河床的作用。大洪水期间，丁坝坝顶淹 没，不会过多阻挡水流，避免坝头过深冲刷。被淹没的丁坝 之间河底流速仍然很小，仍可发挥其护岸作用。因此，桥头 防护和沿河路基防护，漫水坝及漫水坝群应用较多。 在平原区或半山前区的宽滩地段，水流易于摆动，流速较小。 不漫水丁坝挑水能力强，相应地坝头冲刷也很严重。常用于 挑开高洪水流，保护河岸和河滩引道路堤。
适用条件:河滩流量较大时
如何设置导流堤？
导流堤
河滩流量较大时，桥上游应修建 导流堤，引导上游水流和河滩水 流逐渐改变方向，形成平行水流， 平顺地通过桥孔，使桥下断面的 流速、水深及输沙等分布都较为 均匀，避免桥下和桥头出现集中 冲刷。

根据河滩流量占总流量的比例来确定， 一般认为，被河滩路
堤阻断的河滩流量占总流量的 15 ％ ( 单侧河滩 ) 或 25 ％ ( 双侧河
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《公路工程水文助测设计规范》推荐 式计算： 0.42
导流堤堤头冲刷深度按下
式中： hs—— 堤头冲刷深度 L—— 上游堤端至河岸距离 B—— 当另一侧河滩设导流堤时，为设计水位时水面总宽度；当 两侧均设导流堤，为设计水位线至河槽中泓线的距离。 Fr——堤头行近水流弗若德数 Fr= v2/gh H——堤头天然水深 Cm—— 边坡减冲系数 Cm=e-0.07m m——边坡系数
调治构造物
2.挑流构造物
②顺坝 ③挑水坝 ①堤岸防护
3.防护构造物
②坡面防护
③路基防护与加固
常见的调治构造物
导流堤 导流堤
丁坝
调治构造物
顺水坝
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调治构造物的布设原则：
结合河段特性，水文、地形和地质等自然条件，桥头路堤位 置，通航要求，水利设施等因素综合考虑，兼顾两岸、上下 游、洪水枯水位，确定总体布置方案。 水文及河床变形复杂的河段，桥孔和调治构造物布设应做水 工模型实验，进行分析验证。 导流堤的设计洪水频率与桥梁设计洪水频率相同。丁坝等其
其长度取后坝的一半，1号坝也可做成下挑。
丁坝局部冲刷深度： 丁坝不漫水时，坝头冲刷的原理和计算方法与桥台基本相 同，但漫水丁坝的冲刷是因底流坝头绕流所致，随坝顶漫 水(淹没)深度的增大而减小。丁坝冲刷深度计算可根据 下式引入边坡减冲系数和漫水减冲系数计算：
hs 1.95Fr
0.20
A
0.50 Z
第八章 调治构造物
主要内容
1.导流堤
2.丁坝
3.计算实例
概

述
什么是调治构造物？

导流堤



丁坝
顺坝、挑水坝 其他桥头防护工程
调治构造物的功能： 调节水流使其均匀 、顺畅 地流过桥孔，防治桥下断面 和上下游附近的河床、河岸 发生不利变形，确保桥梁安 全。
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①导流堤
1.导流构造物
②梨形堤 ③锥坡体 ①丁坝
滩 ) 以上时，需设置导流堤；小于上述数值时，可设置梨形堤； 小于 5 ％时，加固桥头护坡即可。当河滩水深小于 1m ，或桥下 冲刷前的平均流速小于1m/s时，则不必设置导流堤。
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一、导流堤的绕流



导流堤水流的绕流决定了导流堤 合理的平面线形，以与绕流流线 配合较好、堤长适当、设计施工 导流堤绕流的流线 简便的线型为佳。 河滩水流弯曲绕过 A 点，这里水 流集中，流速大，水面雍高。然 后，水流转向沿导流堤流向桥孔。 在 B 点附近，水流相遇，形成第 二个高速区。这样在 AB 范围内， 形成坝头冲刷区。 水流通过 B 点后，若导流堤平面 线型合理，将平顺的流到桥轴断 面 C 点，在桥下平顺的流出桥孔。
2. 不漫水丁坝：坝顶高于设计洪水位

漫水丁坝
不漫水丁坝
丁坝长度
丁坝长度愈大，坝头冲刷愈深，挑流能力愈强，对上下游
甚至对岸的影响愈大，一般不宜采用过长的丁坝。
不透水丁坝长度最大不应超过河槽宽度的15%；桩、排架等 组成的透水丁坝，透水性达到80%时，不得超过河槽宽度的35%。 山区河流桥头及沿河路堤的丁坝不宜超过10m。 丁坝群一般可做成整条（挑脚a=90°），其中1号坝做正挑，
圆心角θ1=45° 圆心角θ2=45°~ 60° 圆心角θd=45°~ 60°
上游堤长度：
30 45 R0 R1 2 2 S st R R R R2 180 0 180 1 180 2 4 180 6
L hs 3.37 B
Fr
0.38
hCm
四、导流堤的横断面和坝顶高程
导流堤横断面尺度按下表采用：
坝顶高程，上游堤头的高程应考虑设计水位沿堤长向上游的 升高、桥前壅水高度、波浪爬坡高度、床面淤积等水面升高
，还应加0.25m的安全值。
导流堤各断面的坝顶高程，可从上游端堤顶高程按水面比降 来推算
下游堤长度
5 d d S xt R0 R0 R2 R2 2.33m 36 180 180 180
导流堤轴全长
St S st S xt 9.69 2.33 12.02m