第六章_冲刷计算分析
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hs h hP hb
自然冲刷、一般冲刷、局部冲刷形成的原因各 不相同。
自然冲刷地确定方法： 由于影响河床演变的因素非常多，而且错综复杂，
难以得到可靠的计算结果。目前在实际工作中，主要 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，估计建桥以后可能发生的河床演 变，作为设计桥梁墩台的自然冲刷深度。
游荡型和变迁型河段：在桥位断面上、下游桥位河 段内取若干河床断面重叠后的外包线。
源自文库
桥位
hmax
h
山区河段： 桥位断面
在河床演变不甚激烈的桥位河段，一般可用桥 位断面作为计算断面，同时，考虑桥位上游最大水 深可能下移，实际工作中常采用桥位上游附近实测 或调查的最大水深作为计算断面的最大水深。
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
5
AQP
1
Lj Ed 6
5
hmax h
(6 6)
QP为设计流量； Lj为桥孔净长。 适用条件：桥下全部为河槽（单式断面）或桥下河 槽部分（复式断面）。
桥下河槽部分，故可改为：
3
3
hP
AQcP
Lcj Ed
1 6
( hmax hc
)5 3
5
AQcP
1
Lcj Ed 6
5
hmax hc
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
2 3
P
(6 5)
式中，d 为河槽泥沙平均粒径，mm；
建桥后，除了河床的自然演变外，还有桥梁墩台 对水流和泥沙运动的干扰而引起河床的冲刷，它们交 织在一起，同时进行，所以桥下冲刷过程十分复杂。
桥梁墩台周围河床的最大冲刷深度，是设计桥 梁墩台基础埋置深度的依据。
最大冲刷深度是各种因素综合作用的结果，十分 复杂。为了便于研究和计算，桥涵水文中把这一复杂 的冲刷过程简化为独立的三部分——自然冲刷、一般 冲刷、局部冲刷，并假定它们相继发生，可以分别计 算，然后叠加，作为墩台的最大冲刷深度，并据以确 定墩台基础的埋置深度。
天然河床由泥、土、沙、石等组成，统称为河流 泥沙（river sediment）。
河道中的水流和泥沙总是在不停的运动着，床面 上的泥沙被水流冲起带走，使床面下切，形成河床的 冲刷；水流所挟带的泥沙沉积下来，使床面淤高，形 成河床淤积。在水流和泥沙的相互作用下，河床总是 在不停地冲淤变化，构成了河床的自然演变。
第 6 章 桥下河床冲刷计算
（Bridge Pier Scour Calculation）
为了保证桥梁的安全和顺利宣泄洪水，桥梁不但 要有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且，墩台基础还 要有足够的埋置深度，以免遭受洪水冲刷破坏。因此， 设计桥梁时，还必须合理的预计桥梁使用期内河床的 演变和墩台的冲刷，为确定墩台基础的埋置深度提供 依据。
Bh
2
h3
J
1 2
n
5
B h J3
1 2
n
q
5
1 h J3
1 2
n
qmax
15
1
3
2
n h J max
qmax
( hmax
)5 3
q
h
qmax
q( hmax )53 h
将q
QP
Lj
代入qmax，得：
qmax
QP
(
hmax
)5 3
Lj h
（1）河槽部分
(6 2)
冲刷停止后最大单宽流量与冲刷前最大单宽流量 的关系：
(6 6)
QcP为桥下河槽部分通过的设计流量； Lcj为桥下河槽部分的桥孔净长。 应用说明：
① 当桥下断面全为河槽，Lcj = Lj = L- nd，QcP = QP。
在实际工作中，一般可根据桥位河段的类型， 通过选择“计算断面”的方法来确定自然冲刷深度。
计算断面选择：
平原顺直型河段：桥位上游附近最大水深断面
最大水 深断面
:.· :.·
:.·:.·
:.·:.· ::..·· :.·:.·
hmax
h
平原弯曲型河段：桥位上游附近河湾半径最小的河 湾顶点断面
hmax h
垂线 ZS
深表示该垂线处的一 般冲刷深度，以hP表 示。桥下一般冲刷停
hP Vs
止时的垂线平均流速，
称为冲止流速，以Vs表示，m/s。
6.1.1 非粘性土河床一般冲刷计算
（non-cohesive soil river bed general scour calculation） 1、64-1修正式（按冲止流速建立的公式）
建立的概念：
垂线
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
hP Vs
达到最大，并且桥下所有垂线的冲刷都停止时，整个 桥下断面的一般冲刷就停止了。
取桥下断面为计算断面： 按水力学的连续方程，单宽流量：
Q V q hV
h q V
桥梁墩台冲刷计算中 如何简化复杂的冲刷
过程？
§6.1 桥下一般冲刷计算
（general scour of bridge pier）
建桥以后，桥孔压缩水流，桥下流速增大，引起 整个桥下断面河床的冲刷，称为一般冲刷。
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，
E为经验系数，与历年汛期最大月平均含沙量的 平均值Spj有关。当Spj <1.0kg/m3，E=0.46；
当Spj=1.0~10.0kg/m3，E=0.66；
当Spj > 10.0kg/m3，E=0.86。
将式（6-3）（6-5）代入（6-1）：
3
3
hP
AQP
1
Lj Ed 6
( hmax h
)53
对任一条垂线：
h q V
取最大水深垂线：当V=Vs时，h=hP， q=qs。
hP
qs Vs
(6 1)
qs为一般冲刷停止时桥下最大单宽流量。
求刚建桥，冲刷前的最大单宽流量 qmax。先求平均 单宽流量：
q QP
Lj
式中，Lj为桥孔净长；μ为侧收缩系数（压缩系数）。
由谢才-曼宁公式：
QP
21
R J3 2 n
自然冲刷、一般冲刷、局部冲刷形成的原因各 不相同。
自然冲刷地确定方法： 由于影响河床演变的因素非常多，而且错综复杂，
难以得到可靠的计算结果。目前在实际工作中，主要 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，估计建桥以后可能发生的河床演 变，作为设计桥梁墩台的自然冲刷深度。
游荡型和变迁型河段：在桥位断面上、下游桥位河 段内取若干河床断面重叠后的外包线。
源自文库
桥位
hmax
h
山区河段： 桥位断面
在河床演变不甚激烈的桥位河段，一般可用桥 位断面作为计算断面，同时，考虑桥位上游最大水 深可能下移，实际工作中常采用桥位上游附近实测 或调查的最大水深作为计算断面的最大水深。
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
5
AQP
1
Lj Ed 6
5
hmax h
(6 6)
QP为设计流量； Lj为桥孔净长。 适用条件：桥下全部为河槽（单式断面）或桥下河 槽部分（复式断面）。
桥下河槽部分，故可改为：
3
3
hP
AQcP
Lcj Ed
1 6
( hmax hc
)5 3
5
AQcP
1
Lcj Ed 6
5
hmax hc
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
2 3
P
(6 5)
式中，d 为河槽泥沙平均粒径，mm；
建桥后，除了河床的自然演变外，还有桥梁墩台 对水流和泥沙运动的干扰而引起河床的冲刷，它们交 织在一起，同时进行，所以桥下冲刷过程十分复杂。
桥梁墩台周围河床的最大冲刷深度，是设计桥 梁墩台基础埋置深度的依据。
最大冲刷深度是各种因素综合作用的结果，十分 复杂。为了便于研究和计算，桥涵水文中把这一复杂 的冲刷过程简化为独立的三部分——自然冲刷、一般 冲刷、局部冲刷，并假定它们相继发生，可以分别计 算，然后叠加，作为墩台的最大冲刷深度，并据以确 定墩台基础的埋置深度。
天然河床由泥、土、沙、石等组成，统称为河流 泥沙（river sediment）。
河道中的水流和泥沙总是在不停的运动着，床面 上的泥沙被水流冲起带走，使床面下切，形成河床的 冲刷；水流所挟带的泥沙沉积下来，使床面淤高，形 成河床淤积。在水流和泥沙的相互作用下，河床总是 在不停地冲淤变化，构成了河床的自然演变。
第 6 章 桥下河床冲刷计算
（Bridge Pier Scour Calculation）
为了保证桥梁的安全和顺利宣泄洪水，桥梁不但 要有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且，墩台基础还 要有足够的埋置深度，以免遭受洪水冲刷破坏。因此， 设计桥梁时，还必须合理的预计桥梁使用期内河床的 演变和墩台的冲刷，为确定墩台基础的埋置深度提供 依据。
Bh
2
h3
J
1 2
n
5
B h J3
1 2
n
q
5
1 h J3
1 2
n
qmax
15
1
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2
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qmax
( hmax
)5 3
q
h
qmax
q( hmax )53 h
将q
QP
Lj
代入qmax，得：
qmax
QP
(
hmax
)5 3
Lj h
（1）河槽部分
(6 2)
冲刷停止后最大单宽流量与冲刷前最大单宽流量 的关系：
(6 6)
QcP为桥下河槽部分通过的设计流量； Lcj为桥下河槽部分的桥孔净长。 应用说明：
① 当桥下断面全为河槽，Lcj = Lj = L- nd，QcP = QP。
在实际工作中，一般可根据桥位河段的类型， 通过选择“计算断面”的方法来确定自然冲刷深度。
计算断面选择：
平原顺直型河段：桥位上游附近最大水深断面
最大水 深断面
:.· :.·
:.·:.·
:.·:.· ::..·· :.·:.·
hmax
h
平原弯曲型河段：桥位上游附近河湾半径最小的河 湾顶点断面
hmax h
垂线 ZS
深表示该垂线处的一 般冲刷深度，以hP表 示。桥下一般冲刷停
hP Vs
止时的垂线平均流速，
称为冲止流速，以Vs表示，m/s。
6.1.1 非粘性土河床一般冲刷计算
（non-cohesive soil river bed general scour calculation） 1、64-1修正式（按冲止流速建立的公式）
建立的概念：
垂线
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
hP Vs
达到最大，并且桥下所有垂线的冲刷都停止时，整个 桥下断面的一般冲刷就停止了。
取桥下断面为计算断面： 按水力学的连续方程，单宽流量：
Q V q hV
h q V
桥梁墩台冲刷计算中 如何简化复杂的冲刷
过程？
§6.1 桥下一般冲刷计算
（general scour of bridge pier）
建桥以后，桥孔压缩水流，桥下流速增大，引起 整个桥下断面河床的冲刷，称为一般冲刷。
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，
E为经验系数，与历年汛期最大月平均含沙量的 平均值Spj有关。当Spj <1.0kg/m3，E=0.46；
当Spj=1.0~10.0kg/m3，E=0.66；
当Spj > 10.0kg/m3，E=0.86。
将式（6-3）（6-5）代入（6-1）：
3
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hP
AQP
1
Lj Ed 6
( hmax h
)53
对任一条垂线：
h q V
取最大水深垂线：当V=Vs时，h=hP， q=qs。
hP
qs Vs
(6 1)
qs为一般冲刷停止时桥下最大单宽流量。
求刚建桥，冲刷前的最大单宽流量 qmax。先求平均 单宽流量：
q QP
Lj
式中，Lj为桥孔净长；μ为侧收缩系数（压缩系数）。
由谢才-曼宁公式：
QP
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R J3 2 n