桥涵水文课程大作业

桥涵水文课程大作业习题一一、基本资料某二级公路跨越某平原次稳定河段，基本资料如下：1.水文资料1）桥位附近水文站历年最大流量及相应水位资料（见本题表1）。

1887年，1974年和1975年的流量是由调查到的历史洪水位推求得到，其中，1974年、1975年亦在实测期内；2）汛期含沙量ρ=2.5kg/m3；3）河段基本顺直，桥位轴线与河道正交，属狭窄水面的河流，河槽内天然冲淤比较明显，主流在河槽内摆动，汛期多为6~7级风，平均风速为13.9m/s，沿浪程方向平均水深为12m，计算浪程为700m；4）河槽糙率1n c =41、1n t=30；5）河床比降i=0.14‰；6）容许冲刷系数p=1.1.2.桥梁断面及地质资料1）**江桥位断面测量资料（见本题表二）；2）桩号94K+805、95K+185为滩槽分界点；3）河床土质状况河床土壤为松软土壤（中砂）；表层：d1=0.35mm，h1=0.80m；下层：d2=0.35mm，h2=0.80m。

中值粒径d50=25mm，平均粒径d=23mm3.通航要求：二级三类航道，通航频率P=5%。

桥位T型梁，结构高度为1.2m，桥面铺装厚度为0.12m 4.设计计算要求1）设计流量和设计水位的推求；2）确定桥长及布孔（1:500）；3）确定桥面最低标高；4）确定墩台基底标高；5）设计计算说明书、Q~H关系曲线图、和桥孔布置图。

表一年最大流量和相应水位表二、设计流量1、将流量按大小值排列，并计算出经验频率，列于表三。

表三洪水资料分析可知，以上资料属于共有3个特大值的不连续系列，即a=3；实测期为20年，即n=20；实测期内有两个特大值（1974 年和1975 年），即l=2；特大洪水最早出现年份是1887年，而实测期最后年份是1986年，则考证（调查）期N=(1986-1887)+1=100 年。

2、用适线法推求理论频率曲线计算系列平均流量Q̅Q̅=1N(∑Q jaj=1+N−an−l∑Q ini=l+1)=(0+100−320−2×110170)=6281.94m3/s计算系列变差系数C v=√1N−1[∑(Q jQ̅−1)2aj=1+N−an−l∑(Q iQ̅−1)2ni=l+1] =√199(3.154048+9718×1.19414)=0.3112应用矩适线法确定采用的统计参数和理论频率曲线。

（1）试取C v=0.30，m=4，C s=0.96（2v，使得C s增大的更多，所以试取C v=0.34，m=3.21，C s=1.093、推求设计流量河床起始桩号为94K+795，终点桩号为95K+301，算出河床总宽度为506m，根据《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）表，该桥总跨径应在100∼1000m之间，属于大桥的范围。

由表，二级公路大桥设计洪水频率为1%。

从上表可以发现，当设计洪水频率为1%时，Q =12860.92m3/s。

表5.0.2 桥涵分类1、典型点的水力参数用EXCEL表格绘出的过水断面图如下图所示：2、推求设计水位在CAD中绘出过水断面图，计算出的主槽、左滩、右滩在各个高程的水力参数值：水力参数计算表Q =wC √RJ C =1nR 16式中：w ——过水断面面积C ——谢才系数 R ——水力半径 J ——水力梯度 n ——糙率桥位断面水力参数表关系近似满足如下函数：y =68.85x 2−3628.23x +48547.45，当y =12860.92时，x =39.61。

即当设计流量为12860.92m 3/s 时，设计水位为39.61m 。

四、确定桥长及布孔前面已经求出设计水位h s =39.61m ，设计流量Q s =12860.92m 3/s ，按内插法求得桥下过水断面面积为A =5330.10m 2，桥下平均流速v s =2.36+39.61−()设计资料中给出了容许冲刷系数p =1.1，这里选用冲刷系数法计算桥下过水面积。

根据别列柳博斯基假定，当桥下过水面积扩大到使桥下（平均）流速等于天然河槽流速时，桥下冲刷即停止。

当设计水位h=39.61m时，天然河槽平均流速v c为v c=v s=2.44m/s采用桥孔净长公式计算最小桥孔净长度：L j=K(Q sQ c )nB c式中：L j——最小桥孔净长度（m）；Q s——设计洪水流量（m3/s）；Q c——设计洪水的河槽流量（m3/s）；B c——河槽宽度（m）；对于次稳定性河段，式中的K取0.95，n取0.87；则算出最小桥孔净长度为：L j=0.95×()根据桥位河床横断面形态，将左岸桥台桩号布置在94K+800处，根据通航要求，按二级三类航道设计，通航净宽应不小于75.0m。

根据经验和受力条件，经济跨径比为1:1:0.6。

这里选用6孔连续梁，各孔跨径为60+100+100+100+100+60=520m，中间3孔均能满足通航要求，选用双柱式桥墩，墩径取2.0m，右桥台桩号为95K+320，这样桥孔布置如下图所示：设计流速v s采用天然河槽平均流速v c，则μ=1−0.375v sl j=1−0.375×2.4498=0.99λ=bl=2100=0.02A j=Q sμpv s=A q=A j1−λ=4840.101−0.02=4938.88m2桥下过水断面实际面积A = 5330.10m2，大于上述计算的A q= 4938.88m2，说明布设方案符合需要的桥下最小过水面积。

桥孔净长L j=520−2∗11= 498m，即为所求。

五、确定桥面最低标高1、桥前壅水高度∆z 和桥下壅水高度∆z q冲刷前桥下流速v M′=Q s A j=天然桥下平均流速v oM ，计算得：v oM =v c =2.44m/s 冲刷后桥下平均流速：v M =v′M1+0.5d 50−0.25(v′M v c−1)=2.661+0.5×25−()系数：K M =2√v Mv oM −1=√K y =0.5v Mg −0.1=√桥前最大壅水高度：∆z =K M K y 2g (v M 2−v oM 2)=7.58×0.682×()桥下壅水高度∆z q 取0.5∆z q ，则∆z q =0.5×0.2258=0.11m 2、浪高∆ℎ2由实测风速13.9m/s 换算得到的计算风速为14.9m/s ,沿浪程方向平均水深为12m ，计算浪程为700m 。

其中：g w2= ， v w2=gD v w 2=9.8×70014.92=30.89951 ， gℎ̅v w 2=9.8×1214.92=0.52971 所以∆ℎz=[(̅)]{()[(̅)]}̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅()[()]因为∆ℎz̅̅̅ℎ̅=0.18912=0.016<0.1应取K F=2.42，则波浪高度为∆ℎz=K F∆ℎz̅̅̅=2.42×0.189=0.46m按《公路工程水文勘测设计规范》，静水面以上波浪高度取2/3的波浪高度计0.66∆ℎz；另外，波浪在桥墩前被阻挡时，墩前波浪高度将会壅高，近似取壅高值为0.2∆ℎz。

这样，静水面以上的波浪高度为波浪全高∆ℎz的0.86倍，即0.86∆ℎz=0.86×0.46=0.40m3、波浪坡面爬高桥头路堤和导流堤顶面高程应计入波浪坡面爬高。

4、桥面最低高程计算（1）主桥建筑高度为1.2m，桥面铺装厚度为0.12m。

按设计洪水通过要求的桥面最低高程：H min=H s+∑∆ℎ+∆ℎj+∆ℎ0=39.61+(0.11+0.40)+0.50+1.32=41.94m（2）按二级三类航道通航标准，要求的桥面最低高程通航频率p=5%，对应的流量Q20%= 7876.58m3/s。

通航净空高度为10m。

由直线内插法得到H20%=36.52mH min=H20%+H M+∆ℎ0=36.52+10+1.32=47.84m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H min=47.84m。

六、确定桥梁墩、台基底标高1、 桥下断面一般冲刷后水深按一般冲刷的简化公式进行计算ℎp =1.04×(AQ 2Q 1)0.90[B 1μ(1−λ)B 2]0.66ℎcmax =1.04×(1.06×)[]()式中：ℎp ——一般冲刷后最大水深（m ）； ℎcmax ——桥下河槽最大水深； A ——单宽流量集中系数，A =(√B)0.15=(√)B ——造床流量下的河槽宽度（m ），一般为河槽宽度B c ； Q 1——计算断面的天然河槽流量Q c （m 3/s ）； Q 2——桥下河槽通过的流量（m 3/s ）； 2、桥墩局部冲刷深度利用 65-2 修正公式计算ℎb =KK ζ()式中：ℎb ——桥墩局部冲刷深度（m ） ，从一般冲刷后河床算起；K ——系数，ℎb 取回归值（出现几率最大），K =0.46；ℎb 取上限值（外包线，置信区间上界），K =0.60； K ζ——墩形系数；B 1——桥墩计算宽度（m ），以垂直于水流方向桥墩的投影宽度计算，反映水流冲击角对冲刷的影响；ℎ——墩前行进水深（m ），以一般冲刷后水深ℎp 代入； d ——冲刷层内泥沙平均粒径（m ）；v ——墩前行进流速（m/s ），以一般冲刷完成时流速记； v 0——床沙启动流速（m/s ），以张瑞瑾公式计算v 0=(ℎd )0.14(29d +0.00000060510+ℎd0.72)0.5ℎ——水深（m ）；d——粒径（m）;v′0——桥墩起冲速度（m/s），以下式计算v′0=() n——指数，以下式计算n=(v0v)9.35+2.23lgd查墩形系数表得Kζ=1.0，计算墩宽B1=2.0m，行进水流ℎp=18.89m，v=v M=2.66m/s起动流速v0=(ℎd )0.14(29d+0.00000060510+)()()起冲流速v′0=()()又n=(v0v)9.35+2.23lgd=()（1）ℎb取回归值，K=0.46所以ℎb(H)=0.46Kζ()()（2）ℎb取上限值，K=0.60所以ℎb(s)=0.46Kζ()()3、桥墩的最低冲刷线高程H min=H s−ℎp−ℎb=39.61−18.89−2.84=17.88m4、桥台冲刷ℎs=F r=v2根据布设的桥台断面，水流对桥台冲刷的影响很小，不予考虑。

习题二1、基本资料某公路跨越一小河，设计流量Q s= 22m3/s，河床比降i=0.009，河槽粗糙系数n=0.033，设计水位 H=101.50m，河槽横断面和设计流量下的水力计算如下图。