第六章 桥梁墩台冲刷
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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
桥涵水文桥墩和桥台冲刷习题精品PPT课件
第六章 桥墩和桥台 冲刷
上章回顾
1 桥位河段水流图示和桥孔布置原则 2 桥孔长度 3 桥面标高 4 计算示例
本次课程英文词汇
bridge opening lower course of a river coefficient of erosion flood discharge superstructure hydrological net stream outlet Bayment regulation of river general scour under bridge opening演讲人：XXXXXX 时 间XX年XX月XX日结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
第六节 最低冲刷线高程
二 习题 某二级公路跨越某平原次稳定河段，基本资料如下，
第六节 最低冲刷线高程
二 习题（接上页）
第六节 最低冲刷线高程
二 习题（接上页）
第六节 最低冲刷线高程
二 习题（接上页）
第六节 最低冲刷线高程
二 习题（接上页）
第六章 小 结
1 泥沙运动 2 河床演变和河相关系 3 桥下河床断面的一般冲刷 4 桥墩局部冲刷 5 桥台冲刷 6 最低冲刷线高程和计算示例
上章回顾
1 桥位河段水流图示和桥孔布置原则 2 桥孔长度 3 桥面标高 4 计算示例
本次课程英文词汇
bridge opening lower course of a river coefficient of erosion flood discharge superstructure hydrological net stream outlet Bayment regulation of river general scour under bridge opening演讲人：XXXXXX 时 间XX年XX月XX日结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
第六节 最低冲刷线高程
二 习题 某二级公路跨越某平原次稳定河段，基本资料如下，
第六节 最低冲刷线高程
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第六节 最低冲刷线高程
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第六节 最低冲刷线高程
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第六节 最低冲刷线高程
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第六章 小 结
1 泥沙运动 2 河床演变和河相关系 3 桥下河床断面的一般冲刷 4 桥墩局部冲刷 5 桥台冲刷 6 最低冲刷线高程和计算示例
第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设
第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设
1940年，美国华盛顿州的塔科玛峡谷上花费640万美 元，建造了一座主跨度853.4米的悬索桥。建成4个月后，于 同年11月7日碰到了一场风速为19米/秒的风。虽风不算大， 但桥却发生了剧烈的扭曲振动，且振幅越来越大（接近9 米），直到桥面倾斜到45度左右，使吊杆逐根拉断导致桥 面钢梁折断而塌毁，坠落到峡谷之中。人们在调查这一事 故收集历史资料时，惊异地发现：从1818年到19世纪末， 由风引起的桥梁振动己至少毁坏了11座悬索桥。
局部冲刷坑的组成：
下部是河底向下反向旋涡淘刷形成的，边坡比较陡，坑的范围 也不大；
上部是当下部冲刷坑形成后，床沙下塌形成的，其边坡接近于 土壤水中的安息角α，其范围随着下部冲刷坑的下降而加大；
在墩后一对竖轴漩涡，使得墩后的泥沙发生淤积。
滞 流 区 C) ( 回 流 区 B) ( 主 流 区 A) (
平均水深。
第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设
（2）河滩及人工渠道部分
桥下河滩冲刷后，只有当流速降低到土壤容许不冲
刷流速时，才逐渐停止，其冲止流速为河滩土壤容许不
冲刷流速。桥下河滩部分的一般冲刷深度为：
5
hp
At
Q t ( hmt Bt ht
v H1
5
)3
6
B t — 桥下河滩部分桥孔过水净宽； v H 1 — 水深1m时非黏性土的不冲刷流速；
桥下河槽的一般冲刷主要是通过推移质的运 动来完成的。可以根据河槽断面推移质输沙量的 平衡条件，导出一般冲刷计算公式。
第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设
推移质输沙率：
单位时间内，在河槽单位宽度过水断面上通过的推移 质数量，称为推移质输沙率(kg/s.m)。
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
建筑桥梁墩台冲刷计算
建筑桥梁墩台冲刷计算建筑桥梁墩台冲刷计算是一个重要的工程设计计算，它主要用于评估墩台在河流、河道或其他水体流动条件下受到的冲刷影响，并确定相应的护坡或护岸措施，以保证墩台的安全和稳定。
下面将详细介绍建筑桥梁墩台冲刷计算的相关内容。
一、冲刷机理墩台冲刷是指水流通过桥梁墩台时，由于流速过高或水流的冲击力过大，导致墩台周围土壤被冲刷，形成或加剧土壤的流失现象。
墩台冲刷主要有两种形式：基底冲刷和侧面冲刷。
基底冲刷是指水流通过墩台底部的土壤层时，由于流速过快或水流冲击力过大，使土壤颗粒被冲刷带走，导致墩台基础下陷甚至失稳。
侧面冲刷是指水流通过墩台周围土体时，由于流速过快或水流冲击力过大，使土体颗粒被冲刷带走，导致墩台侧面土体破坏、沉降或变形。
二、冲刷计算方法墩台冲刷计算一般采用两种方法：经验公式法和数值模拟法。
1.经验公式法：经验公式法是根据过去实际工程经验总结得出的一些计算公式，可以根据不同的河流水流条件和墩台参数进行冲刷计算。
常用的经验公式有降水法、分步法等。
降水法适用于流速较快、河道比较宽阔、水流较长时间作用于墩台的情况。
计算公式如下：Q=λσg^0.5其中，Q为墩台下方底面单位宽度上的冲刷率（m/s），λ为经验系数，σ为水流浸没高程（m），g为重力加速度（m/s^2）。
分步法适用于流速较慢、河道较窄、水流较短时间作用于墩台的情况。
计算步骤如下：（1）根据水流速度、墩台形状和水流方向确定冲刷机理；（2）根据砂粒的尺寸、密度和流动的渠道形状等参数，计算水流中的最大连续输沙率；（3）根据墩台底面的积水深度和水流方向计算出墩台底面单位宽度上的冲刷率。
2.数值模拟法：数值模拟法是采用计算机模拟的方法，通过建立墩台冲刷的数学模型，利用数值计算方法对水流动力学进行模拟，得出墩台冲刷的影响范围和程度。
数值模拟法可以更准确地预测水流对墩台的冲刷影响，但需要进行大量的现场数据采集和复杂的计算过程。
三、冲刷防治措施墩台冲刷防治措施的选择主要依据冲刷的机理、冲刷程度和周围环境条件等因素。
第六章桥梁墩台冲刷
冲止流速
桥下河槽
桥下河滩
三、根据别列柳伯斯基假设建立的公式 E.B.包尔达克夫根据别氏假设认为：桥下流速达到天然河槽 平均流速时，桥下冲刷即停止，而且同一垂线处、冲刷后的 水深与冲刷前的水深成正比，又称为包尔达克夫公式，适应 于稳定性河段的河槽。 1、河槽土质均匀时
---冲刷前的面积
2、河槽土质不均匀时
河床演变是指： 河道在天然情况下或 受人工因素的影响下 所发生的变化。
能化会河来处当
力，改床沙于上
相变变就量输游
适化水产与沙来
应的流生水平沙
，趋条相流衡量
使势件应挟状与
河是，冲沙态水
床 保 持 相 对 平 衡 。
尽 量 使 上 游 来 沙 量 与 水 流 挟 沙
从 而 引 起 水 流 挟 沙 能 力 的 变
---上游天然断面单宽输沙率
---桥下断面单宽输沙率
将上式带入输沙率公式得： 1964年甘城道将上式改写成：
见表6-3-1
---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
---该式被称为64-2简化公式，用于沙质河床 ---桥下河槽通过的流量
H
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
桥下河床冲刷计算，是确定墩台基础埋深的重要依据。
河床变形分为三类： 1. 河道自然变化引起，称为自然冲刷； 2. 桥渡束狭水流，增加单宽流量所引起的全断面冲刷，称 一般冲刷，用h p 表示； 3. 由桥墩阻水使水流结构变化，在桥墩周围发生的冲刷， 称局部冲刷，用h b表示。
裸露的黄河河床—沙纹
沙波运动是水流强度达到一定强度后，推移质运动的集体形式 此时，床面起伏不平的波浪形态，是推移质运动的主要形态。
桥下河槽
桥下河滩
三、根据别列柳伯斯基假设建立的公式 E.B.包尔达克夫根据别氏假设认为：桥下流速达到天然河槽 平均流速时，桥下冲刷即停止，而且同一垂线处、冲刷后的 水深与冲刷前的水深成正比，又称为包尔达克夫公式，适应 于稳定性河段的河槽。 1、河槽土质均匀时
---冲刷前的面积
2、河槽土质不均匀时
河床演变是指： 河道在天然情况下或 受人工因素的影响下 所发生的变化。
能化会河来处当
力，改床沙于上
相变变就量输游
适化水产与沙来
应的流生水平沙
，趋条相流衡量
使势件应挟状与
河是，冲沙态水
床 保 持 相 对 平 衡 。
尽 量 使 上 游 来 沙 量 与 水 流 挟 沙
从 而 引 起 水 流 挟 沙 能 力 的 变
---上游天然断面单宽输沙率
---桥下断面单宽输沙率
将上式带入输沙率公式得： 1964年甘城道将上式改写成：
见表6-3-1
---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
---该式被称为64-2简化公式，用于沙质河床 ---桥下河槽通过的流量
H
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
桥下河床冲刷计算，是确定墩台基础埋深的重要依据。
河床变形分为三类： 1. 河道自然变化引起，称为自然冲刷； 2. 桥渡束狭水流，增加单宽流量所引起的全断面冲刷，称 一般冲刷，用h p 表示； 3. 由桥墩阻水使水流结构变化，在桥墩周围发生的冲刷， 称局部冲刷，用h b表示。
裸露的黄河河床—沙纹
沙波运动是水流强度达到一定强度后，推移质运动的集体形式 此时，床面起伏不平的波浪形态，是推移质运动的主要形态。
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。
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：
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
6 第六章 桥墩和桥台冲刷
计算公式：65-2公式和65-2修正公式（经验公式）。
第四节 桥台冲刷
在没有导流堤情况下，桥台突出于洪水中，河滩流 量较大时，则冲刷十分严重。
Байду номын сангаас
第四节 桥台冲刷
计算方法：1995年，根据原交通部“八五”科技攻 关课题成果，从研究桥台冲刷机理出发，应用大量 水工模型试验和现场观测数据及图像资料，通过数 值分析和处理，建立了桥台冲刷计算公式。
第一节 河床演变和河相关系
河床演变（自然冲刷）： 在天然状况下或人类活 动的干扰后，河床形态 逐渐的变化。
河床演变是一个长期、 不间断的过程 ，水流和 人类活动与河床演变是 相互作用、相互制约、 不间断变化的过程。
第二节 桥下河床断面的一般冲刷
一般冲刷：建桥后，桥孔压缩水流，在桥孔稍下游 处，形成收缩断面。该断面处流速梯度很大，床面 切应力剧增，引起强烈的河床泥沙运动，床面发生 明显冲刷，称为一般冲刷或压缩冲刷。
第二节 桥下河床断面的一般冲刷
一般冲刷的计算方法：
输沙平衡原理建立公式；
对于某个过水断面或河段，一段时间内，上游来沙量小于该断面 或河段被冲走的泥沙量时，出现冲刷、下切；反之，出现淤积。
根据冲止流速建立的公式：砂性土的河槽及河滩、黏 性土的河槽及河滩；
在一般冲刷中，桥下断面内任意垂线平均流速降为冲止流速时， 冲刷停止。一般冲刷停止时的垂线平均流速称为冲止流速。
第六章 桥墩和桥台冲刷
第一节 河床演变和河相关系
泥沙在河槽内运动的状态，分为悬移质和推移质两类。
在一定的水力条件下，颗粒较细的泥沙被水流中的紊 流漩涡带起，悬浮于水中向下游运动，为悬移质。
颗粒稍大的泥沙，在床面上间歇性地向下游移动，前 进的速度远小于水流的流速，为推移质。
第四节 桥台冲刷
在没有导流堤情况下，桥台突出于洪水中，河滩流 量较大时，则冲刷十分严重。
Байду номын сангаас
第四节 桥台冲刷
计算方法：1995年，根据原交通部“八五”科技攻 关课题成果，从研究桥台冲刷机理出发，应用大量 水工模型试验和现场观测数据及图像资料，通过数 值分析和处理，建立了桥台冲刷计算公式。
第一节 河床演变和河相关系
河床演变（自然冲刷）： 在天然状况下或人类活 动的干扰后，河床形态 逐渐的变化。
河床演变是一个长期、 不间断的过程 ，水流和 人类活动与河床演变是 相互作用、相互制约、 不间断变化的过程。
第二节 桥下河床断面的一般冲刷
一般冲刷：建桥后，桥孔压缩水流，在桥孔稍下游 处，形成收缩断面。该断面处流速梯度很大，床面 切应力剧增，引起强烈的河床泥沙运动，床面发生 明显冲刷，称为一般冲刷或压缩冲刷。
第二节 桥下河床断面的一般冲刷
一般冲刷的计算方法：
输沙平衡原理建立公式；
对于某个过水断面或河段，一段时间内，上游来沙量小于该断面 或河段被冲走的泥沙量时，出现冲刷、下切；反之，出现淤积。
根据冲止流速建立的公式：砂性土的河槽及河滩、黏 性土的河槽及河滩；
在一般冲刷中，桥下断面内任意垂线平均流速降为冲止流速时， 冲刷停止。一般冲刷停止时的垂线平均流速称为冲止流速。
第六章 桥墩和桥台冲刷
第一节 河床演变和河相关系
泥沙在河槽内运动的状态，分为悬移质和推移质两类。
在一定的水力条件下，颗粒较细的泥沙被水流中的紊 流漩涡带起，悬浮于水中向下游运动，为悬移质。
颗粒稍大的泥沙，在床面上间歇性地向下游移动，前 进的速度远小于水流的流速，为推移质。
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一般冲刷 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。
桥墩前的局部冲刷
桥墩前水流形态发生的变化
一、根据输沙平衡原理建立的公式
根据输沙平衡原理，应该是该断面推移质输沙量G的输沙平衡。 上游天然断面 G1 即
式中
桥下断面 G2
---上游天然断面河槽宽度 ---桥下河槽宽度，一般砂性土河床建桥后，桥下 河槽可扩展到整个桥孔，B2=Lq;否则，B2=Bc ---上游天然断面单宽输沙率 ---桥下断面单宽输沙率
山区河流河床演变特性 1、山区河流常具有宽窄相间的外形，洪水期峡谷进口、
悬移质在上游宽阔段内大量落淤。非汛期宽阔段“走沙”时
冲刷外移的泥沙，在进入下游峡谷段时，由于水深流缓，大 部分在峡谷段淤积。（例：澜沧江）
2、弯曲型河流，由于两岸受山崖阶地的钳制，自由活动
的余地较小，河床蠕动只能顺着河谷方向平移。 3、分汊河流的江心州和心滩位置较固定，以两汊居多。
边界分离处最大流速为
据试验资料分析：
距离漩涡中心r处的诱导流速 u为：
漩涡区宽度D:
桥台前缘涡心压强pc为：
---桥台较远处不受漩涡影响的水流压强
(可近似看成静水压强)
---水的密度，1000kg/m 3
二、桥台冲刷计算
1.沙性土河床
桥台轴线和挑角呈90°
桥台冲刷和挑角关系
当桥台轴线和挑角不是呈90°
3、粘性土河床的桥下断面一般冲刷公式 平均粒径小于0.005mm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I L和 孔隙率e。 I L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。
冲止流速
桥下河槽
桥下河滩
三、根据别列柳伯斯基假设建立的公式 E.B.包尔达克夫根据别氏假设认为：桥下流速达到天然河槽 平均流速时，桥下冲刷即停止，而且同一垂线处、冲刷后的 水深与冲刷前的水深成正比，又称为包尔达克夫公式，适应 于稳定性河段的河槽。
1、河槽土质均匀时
---冲刷前的面积
2、河槽土质不均匀时
---河床易冲刷部分冲后水深 ---冲刷前桥下毛过水断面面积 ---冲刷前易冲刷部分毛过水断面面积 ---冲刷后不易冲刷（表层土壤被冲走后）的毛过水断面面积
第四节 桥墩的局部冲刷
1. 桥墩局部冲刷的机理
桥墩周围的水流： 墩前水面涌波 墩前迎水面的向下水流 漩涡体系
二. 65-2公式和65-2修正公式 1.65-2公式
---墩形系数，见表6-4-1 系数-----计算墩宽 ---一般冲刷后水深 ---起动流速 起冲流速-----行近流速
序号
墩形示意图
墩形系数
墩形计算宽度B1
1
1.0
B1=d
2
B1=d
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2. 65-2修正公式
---起冲流速，
三 河相关系
造床流量—河床形态是在无数次洪水过程中、水沙相互作用下 连续演变的结果。为研究河相关系，人们引入“一个与多年连续 造床作用相当的某个流量数值”。 在桥梁工程中，取与河滩水位齐平时的河槽流量作为造床流量。 特 点 ： 造 床 作 用 最 大
不是最大流量，因为其历时短 不是最小流量，因为其流量及动量小 是流量较大历时较长的某级流量
•都天庙凹冲凸淤，且速度均快 •和畅洲头冲尾淤，江心洲不断下移，但头冲快而尾淤慢 •主流线不断左移引起凹岸冲刷，下移引起和畅洲头崩坍后退
影响河床演化的因素 1 上游来水条件，即流量的大小和变化 流量大，冲击力强，对河床冲刷严重，变形快；雨季和旱 季的变化，河床也出现周期性变化。 2 上游来沙条件，即上游来沙量及其粒径的变化 流量大，挟砂能力强，泥沙颗粒也大，对河床冲刷严重， 变形快。 3 河床地质、土质条件、河床比降为河床演变提供边界条 件。
流速换算项
当d≥2mm时，该式变为：
0 5.39h d
0.14 0.36
费玉清起动流速公式：
0 [0.43d
重力项
0.75
（0.7 e) 0.5 0.2 1.1 ] h d 流速换算项
粘粒项
张瑞瑾公式和费玉清公式在计算起动流速时的差别
C0 C g
三 沙波运动
沙质河床的床面泥沙在水流作用下，泥沙起动后出现推移质运 动，形成床面沙波。当Fr很小时，仅出现沙纹；当Fr增大到一 定程度，沙纹成长为沙垄；水流强度再增大，则变为沙丘。
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
---该式被称为64-2简化公式，用于沙质河床
---桥下河槽通过的流量 ---计算断面的天然河槽流量Qc ---天然状态下，桥下河滩部分通过的流量
河床演变是指： 河道在天然情况下或 受人工因素的影响下 所发生的变化。
能化会河来处当 力，改床沙于上 相变变就量输游 适化水产与沙来 应的流生水平沙 ，趋条相流衡量 使势件应挟状与 河是，冲沙态水 床尽从淤能河流 保量而变力床挟 持使引化不保沙 相上起。适持能 对游水河应相力 平来流床水对互 衡沙挟变流稳相 。量沙化输定适 与能反沙；应 水力过不如时 流的来平上水 挟变又衡游流 沙 ,
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
悬移质 泥沙类型 推移质 床沙
泥沙运动
泥沙运动
一、 泥沙的主要特性 粒径d
用等容粒径表示
1 几何特性
粒径级配曲线 平均粒径d和中值粒径d50
粒配曲线：表示天然沙颗粒组成的曲线 .绘制过程：取样→烘干→筛分→称重 →点线→求各种特征值 .曲线坐标：半对数坐标
2 重力特性
用容重
s 表示
3 水力特性
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 粘粒项 重力项
第六章 桥墩和桥台冲刷
第一节 泥沙运动
第二节 河床演变和河相关系 第三节 一般冲刷 第四节 局部冲刷 第五节 桥台冲刷 第六节 最低冲刷线高程
第一节 泥沙运动
要研究泥沙运动规律，首先应了解泥沙的基本特性，它包括： 1.几何特性：泥沙颗粒的形状、大 小及群体泥沙的组合特性 2.重力特性：泥沙颗粒的容重与淤积泥沙的干容重 3.水力特性：泥沙颗粒的沉降速度
裸露的黄河河床—沙纹
沙波运动是水流强度达到一定强度后，推移质运动的集体形式 此时，床面起伏不平的波浪形态，是推移质运动的主要形态。
四 推移质输沙率 沙波运动是推移质运动的主要形式，而推移质输沙率 的大小则反映推移质运动的强烈程度。
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kg/s.m 窦国仁德推移质输沙率公式
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。
第二节 河床演化和河相关系
一 副流 由于过水断面形状的改变或河槽的影响，伴随着主流，在 水流内部形成一种尺度较大的旋转流动，这种从属于主流
, ,
,
河床演变是水流、泥沙与河床相互作用的反映。
• 河流存在两个反馈系统： (1)水流挟带泥沙，泥沙的存在又影响水流结构； (2)水流作用于河床，使河床发生变化，河床形态反过来又 影响流速分布。 • 它们相互依存，相互影响，又相互制约。 水流与河床的相互作用是通过河流中泥沙的冲刷、搬运和 堆积而实现的，泥沙在其中起着纽带作用。 当流速增加，组成河床的泥沙遭到冲刷，使河床降低或 拓宽； 当流速减小，水中挟带的泥沙沉积于河床上，使河床抬 高或束窄，河床就会发牛相应的变化。
二、根据冲止流速建立的公式
1、砂性土河槽的一般冲刷公式 一般冲刷停止时桥下的垂线平均流速，称为冲止流速。
一般冲刷深度 桥下最大单宽流量 桥下平均单宽流量
冲止流速
E-可查表6-3-2
该式又被称为64-1公式
2、砂性土河滩的一般冲刷公式
----河滩部分的冲止流速
---桥下河滩部分通过的部分设计流量
---河滩水深1m时，非粘性土的不冲刷流速，可查表6-3-3 ---天然状态下河滩部分通过的流量
时，引入挑角系数
则桥台冲刷深度计算公式为：
带边坡0.85 --桥台形状系数 带锥坡0.90
2.粘性土河床
----天然条件下河床平均单宽流量
----粘性土的液性指数，介于0.16~~1.19 ----桥台路堤阻水系数
第六节 最低冲刷线高程和计算实例
最低冲刷线高程
桥墩的最低冲刷线高程
桥台的最低冲刷线高程
基本河宽公式 河槽宽度与水深的关系
B H
B---平摊水位(造床流量)时的河槽宽度 H---平摊水位(造床流量)时的河槽平均水深