桥梁 水文计算算例

1.4.5 冲刷计算
本河段以假定为平原顺直型河段，属稳定性河段，对河槽自然演变的影响不 明显，对该桥位地质断面图分析，河床地质属中砂和细砂质土壤，应按砂质河槽 计算。已知桥位河段历年汛期平均含砂量ρ=3kg/m3。 该桥上部结构采用 3 孔 35m 预应力混凝土 T 型梁，下部结构采用钢筋混凝 土单排双柱式桥墩，柱径 D=1.5m，钻孔灌注桩桩径 D=1.5m；桥台采用桩柱式， 桩柱直径 D=1.5m。 1.河槽一般冲刷 根据地质剖面图分析，桥下河槽不可能扩宽。已知桥下河槽流量 Q=1600 m3/s，桥台前缘桩号为 k0+116.5 和 k2+220；粗糙系数 m=50。 桥孔长度 Lj=220 116.5=103.5m 桥孔净长 Lj1=3 (35 1.5)=100.50m 由桥位断面知，河槽最大水深 Hmax=7.75m H 均=ω/B=617.781/120=5.148m 由于河床为细砂及中砂，平均粒径采用 D 均=1mm 单宽流量系数
1.4.4 确定桥面最低标高
计算壅水高度：
建桥后，左路堤阻水面积ωn=43.155+51.372=64.249m2 Qn=ωn V 均=64.249 2.6=167.05m3/s，Qn/QS=167.05/1600=10.44% 查表得：η=0.186 Vq= QS/ωj=1600/553.532=2.89m/s 由经验公式： ΔZ=η(Vq2 Vch2) Vch——采用建桥前全断面平均流速 2.6m/s。 故 ΔZ=η(Vq2 Vch2) =0.186 (2.892 2.62) =0.296m 所以 Z =ΔZ/2=0.148m 1. 计算浪高 根据设计资料中的气象地震资料： 气候条件：一月份平均气温 10℃，七月份平均气温+25℃； 风力：7 级，V=15 m/s； 地震烈度：6 度。 考虑最不利影响，浪程 D=600m，平均水深 H 均=5.148m，风速 Vw=15m/s。 （1-2）
th0.246=0.241 0.13th0.246=0.031 th0.255=0.247
gD 0.45 ) Vw2 gh 0.7 0.13th[0.7( 2 ) ]th[ ] gh 0.7 Vw 0.13th[0.7( 2 ) ] Vw HLj%=2.3 =0.404m g Vw2 0.0018(
6.平均水深
H 均=ω/B=617.781/120=5.148m V=m (H 均)2/3 I1/2 =50 (5.148)2/3+(0.0003)1/2 =2.582m/s
7.由谢才—满宁公式
8.设计水位时，过水断面流量 QS
QS=ω V=617.781 2.582=1595.111 m3/s 设计流量偏安全考虑，选定 QS=1600m3/s V=2.60m/s ω=617.781m/s B=120m
31.23 含砾 粗砂土 28.17
28.50 含砾 粗砂土
亚粘土 22.49
23.37
亚粘土 亚粘土 17.49
亚粘土
16.12 13.14
单位:m
+342.97
+434.92
+492.39
大桥桥位地质剖面图
+581.43
K3+300

9.35 2.23lg 0.001
0.0163
0.6 0.15 0.068 （9.51） （0.001） H b 0.46 1 1.5

2.96 - 0.2758 0.63 - 0.2758

0.019
=0.5344m
3.墩台的最低冲刷线 桥位河段属于稳定性河段， 河槽中的桥墩可采用相同的最低冲刷线标高，并 以河槽中的最大水深计算冲刷深度，未考虑其他因素应起的冲刷取ΔH=0。 总冲刷深度 hs=Hp+Hb=9.51+0.5344=10.044m 最低冲刷线标高 Hm=Hs hs =40.75 10.044=30.7056m
水文资料： 桥位河段为稳定性河段， 设计洪水频率 1/100， 设计洪水位 40.75m， 洪水含沙量ρ=2.5kg/m3， 洪水比降 i=0.3‰。 风力：7 级，＝15m/s；地震烈度：7 度。
堆积土 亚粘土
41.65
设计水位40.75 堆积土 38.13 细沙 及中沙
38.01
细沙 及中沙 细沙 及中沙 26.89 24.63 含砾 粗砂土 含砾 粗砂土 25.38 24.01 细沙 及中沙


0.66
7.75
桥下河槽的一般冲刷计算结果 Hp=9.51m，其相应的冲刷流速为
0.068 H b 0.46kξ B 0.6 H 0.15 ( p d
V V0 n ) V0 V0
（1-3）
查表得 kξ=1，B1=1.5， d =1 mm
V Ed H
1
1 6
2 3 p
2
0.66 16 9.513
B2=L=248.5 B=311 λ=
u 11.5 5.148 0.024 om 617.781 - 64.249
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查表得：u=0.98
1448.74 H p 1.04 1.12 1600
=9.51m 2.河槽中桥墩的局部冲刷


0.9
120 1 - 0.014 0.98 98.5
2.96 m/s 由 Hp=9.51m，D 均=1mm，算得 V0=0.63； V>V0，砂质河槽。
' 0.645 d V0 B1
n V0 V

0.053
V 0 0.645

0.001 1.5
0.053
0.63 0.2758

9.35 2.23lg d
0.63 2.96
1.4 水文计算
1.4.1 设计资料
1. 大桥桥位地质剖面图。 2. 水文资料：桥为河段为稳定性河段，设计洪水位频率 1：100，设计洪水 位 40.75m。 3. 洪水含沙量ρ=3kg/m3。 4. 桥位概况：本桥位于某市区外，跨越河流，河宽 120 米。
1.4.2 计算设计流量 QS [10]
1.根据河道横断面图式，本河道采用单宽式，采用形态法计算。 2.依据桥位地质剖面图，假定为单宽式Ⅰ类河道，糙率 n=0.02，m=50。 3.洪水比降 I=0.3‰。 4.设计水位 40.75m，起止桩号 k0+91.27—k0+230.18。 5. 过水面积ω及水位宽度 B 计算，见下表。
gH 均 V
2 w
=
9.81 5.148 15
2
0.224
0.7（
gH 均 Vw2
）0.7=0.7 （0.224）0.7=0.246
gD 9.81 600 = =26.16 152 Vw2
0.0018(
gD 0.45 ) =0.0078 Vw2
g 9.81 2 0.0436 2 Vw 15
1.4.3 确定桥孔长度
1. 河段类型选择 依据桥位地质剖面图，假定该桥位河段为顺直型稳定性河段。 2. 桥孔布设原则 (1) 桥孔不宜过多的压缩河槽； (2) 墩台基础可以视冲刷程度，置于不同的标高上。 3. 采用经验公式计算桥长 Lj= QS/(β qc) 式中：QS——设计流量；取值为 QS=1600 m3/s； β——压缩系数；取值为β=k1(Bc/Hc)0.06=1.208； k1——稳定性河段取 1.00； qc——河槽单宽流量，qc= QS/Bc=2300/311=13.333。 Lj= QS/(β qc)=1600/(1.208 13.333)=99.34m 4. 采用过水面积计算（冲刷系数法）[10] 上部结构采用预应力混凝土 T 型梁桥，标准跨径为 35m（桥墩中心间距） ， 假定采用单排双柱式桥墩柱直径 d=1.5m，设计流速 VS=2.6m/s，QS=1600 m3/s， 冲刷系数 P=1.4，系数计算： μ=1 0.375 VS/ L0=1 0.375 2.6 (35 1.5)=0.97 λ=1.5/35=0.043 则ωq= QS/[μ(1 λ)P VS]=1600/[0.97 (1 0.043) 1.4 2.6]=473.52m2 根据桥位断面图 桥下毛过水面积为 617.781m2 略大于 473.52m2。 桥孔净长 Lj=3 (35 1.5)=100.50m。 与经验公式计算结果接近，可以采用。 桩台前缘桩号为：k0+116.5，另一侧桥台前缘桩号为 k0+220。 （1-1）
表 1-3 过水面积ω及水位宽度 B 计算表 桩号 （m） K0+100 +108.73 +129.09 +145.09 +177.82 +204.00 +220.00 地面标高 （m） 40.75 37.80 36.01 34.00 33.00 36.20 40.75 水深 （m） 0 2.95 4.74 6.75 7.75 4.55 0 1.475 3.845 5.745 7.250 6.150 2.275 合计 8.73 20.36 16.00 32.73 26.18 16.00 120 12.877 78.284 91.920 237.293 161.007 36.4 617.781 平均水深 水面宽度 过水面积 累积面积 （m） （m） (m2) (m2) 0 12.877 91.161 183.081 420.374 581.381 617.781 ω =617.781 B=120 合计
2.计算水位 本河道无流水，其他引起水位升高的因素忽略不计。 Hj= Hs+ H =40.75+0.148+0.404 2/3=41.167m 3.桥面标高的确定 本河段不通航，采用桥下净空ΔHj=0.5m。 桥梁建筑高度ΔHD=2.5m（预应力混凝土箱型梁桥） Hqm=Hj+ΔHj+ΔHD =41.167+0.5+2.50 =44.167m 故桥面标高采用 44.2m。
120 A （ ） （ ） 1.12 5.148 H均 H P 1.04 ( A Q2 Q2 Bc ) Qc （ 1 - ） B2
0.9
A
0.15
0.15


0.66
h max
QC QP Qc Q n
1600 1600 1448.74 1600 167.05