第6章 桥梁墩台冲刷计算
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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：
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
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
1
Lcj E d 6
(
hmax
)5 3
hc
5
AQcP
1
Lcj E d 6
5
hmax hc
(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。
② 当桥孔压缩部分河滩，桥下河槽不会扩宽至全
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：
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
将式（6-3）（6-5）代入（6-1）：
3
3
hP
AQP
1
Lj Ed 6
( hmax h
)53
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
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。
自然冲刷的确定方法
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。
垂线
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
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。
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， 为河槽泥沙平均粒径，mm； d
E为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。
第 6 章 桥梁墩台冲刷计算
本章内容要览
桥下一般冲刷的计算 桥墩局部冲刷计算 桥台局部冲刷 最低冲刷线高程的确定
桥下河床冲刷概述及自然冲刷的确定
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。
桥，则：
Lcj Lc nd
QcP
Qc Qc
Qt
QP
L
ZS
Q左 t
Lc
Q右 t
Qc Zmin
(6 8)
QcP
cCc
n
hc
QP
(iCi hi )
i 1
(6 7)
上式中，Lcj为桥下河槽部分桥孔净长； QcP为桥下河槽通过的设计流量； Qc、Qt 分别为天然状态下桥下河槽、河滩通过的
流量。
hmax
h
游荡型和变迁型桥位
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。
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
桥位
:.·
:.· :.·:.·
:.::·..··:.::·..·· :.·:.:·.·
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
Qt Q左 t Q右 t
c ,Cc , hc 为冲刷前桥下河槽部分的过水面积、谢才 系数、平均水深。
i ,Ci , hi 为冲刷前桥下各部分（包括河槽、河滩部 分）的过水面积、谢才系数、平均水深。
③ 当桥孔压缩部分河 滩，桥下河槽会扩宽 至全桥，则认为桥下 全部为河槽，
Lcj = Lj = L-nd QcP=QP
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：
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
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
1
Lcj E d 6
(
hmax
)5 3
hc
5
AQcP
1
Lcj E d 6
5
hmax hc
(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。
② 当桥孔压缩部分河滩，桥下河槽不会扩宽至全
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：
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
将式（6-3）（6-5）代入（6-1）：
3
3
hP
AQP
1
Lj Ed 6
( hmax h
)53
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
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。
自然冲刷的确定方法
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。
垂线
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
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。
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， 为河槽泥沙平均粒径，mm； d
E为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。
第 6 章 桥梁墩台冲刷计算
本章内容要览
桥下一般冲刷的计算 桥墩局部冲刷计算 桥台局部冲刷 最低冲刷线高程的确定
桥下河床冲刷概述及自然冲刷的确定
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。
桥，则：
Lcj Lc nd
QcP
Qc Qc
Qt
QP
L
ZS
Q左 t
Lc
Q右 t
Qc Zmin
(6 8)
QcP
cCc
n
hc
QP
(iCi hi )
i 1
(6 7)
上式中，Lcj为桥下河槽部分桥孔净长； QcP为桥下河槽通过的设计流量； Qc、Qt 分别为天然状态下桥下河槽、河滩通过的
流量。
hmax
h
游荡型和变迁型桥位
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。
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
桥位
:.·
:.· :.·:.·
:.::·..··:.::·..·· :.·:.:·.·
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
Qt Q左 t Q右 t
c ,Cc , hc 为冲刷前桥下河槽部分的过水面积、谢才 系数、平均水深。
i ,Ci , hi 为冲刷前桥下各部分（包括河槽、河滩部 分）的过水面积、谢才系数、平均水深。
③ 当桥孔压缩部分河 滩，桥下河槽会扩宽 至全桥，则认为桥下 全部为河槽，
Lcj = Lj = L-nd QcP=QP