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
5 3
QcP－桥下河槽部分的计算流量; h－桥下断面平均水深； L j－河槽部分桥孔净长; －桥孔侧收缩系数；
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。
1 4 3 4
4
(1 ) B 2
4
2 hP 1
Q2 hP K Q 1
4 m1
Q2 B1 h1 Q (1 ) B 2 1
4
B 2j
4
B2 j (1 ) B2
2－桥下断面比例系数 ; 2－桥下断面河槽流速， m / s； Q2－桥下断面河槽通过流 量，m 3 / 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；
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
QcP hmax qmax L j h
0.15
5 3
B H
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
qmax
z
qmax－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 max处;
对宽浅式河渠，水力半径R可近似按断面平均水深计算
1 1 1 6 C R h n n
－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；
非粘性土河床冲止流速
E－与含沙量 有关的系数， 9.81 N / m 3 , E 0.46; 9.81 ～ 98 .1N / m 3 , E 0.66; 98 .1N / m 3 , E 0.86; 查表 6－1 d －土壤平均粒径， mm ； h p－一般冲刷深度， m；
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;
4
g s1
4 1 1
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 G1 1 1 Bh 1 1
B 1
4
64－2公式
桥下断面的排沙量
Q 2 4 G2 g s 2 B2 j＝ 2 2 B2 j＝ 2 B h 2j 2 Q 2 B 2 2j B h 2 2 j
z E d hP
1 6
2 3
hP
q pm
qmax
QcP hmax qmax L j h
1 6 2 3
z
5 3
《公路工程水文勘测设计规范》 JTG C30－2002 64－1修正公式 3 5 Qc Q h 2 cm Q2 hp 1 Qc Qt1 6 h cq Bcj E d 3
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。