第十三章桥梁墩台冲刷计算

H z — —造床流量下的河槽平均水深（m），对复式河床可取 平滩水位时河槽平均水深。
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§13.2.3 包尔达可夫公式
包尔达可夫按别列柳伯斯基假定建 立的一般冲刷公式；只适用于稳定性河 段（没有考虑土质因素和单宽流量集中 情况）
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1、均质河床：
hP Ph
hP — —一般冲刷深度 h — —冲刷前的垂线水深 P — —冲刷系数
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桥墩的局部冲刷
桥墩局部冲刷的机理
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第四节 桥墩的局部冲刷
桥墩局部冲刷的机理
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桥墩的局部冲刷
冲刷深度与行近流速关系 桥墩局部冲刷深度与冲向桥墩的水流速度(以垂线平
均流速表示)有关。当速度V增大到一定程度时，桥 墩迎水面两侧的泥沙首先被水流冲走，床面开始冲 刷，此时冲向桥墩的水流行近流速（垂线平均流速） 称为桥墩起冲流速v’0。桥墩起冲流速v’0一般为床沙 起动流速v0的0.4～0.6倍。 流速小于v0 的冲刷为清水冲刷，大于v0 的为动床 冲刷。
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64-1公式3个： 非粘性土河槽 非粘性河滩 粘性土河床
一、非粘性土河槽 基本假定：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，由此有，
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hp
qmax V
qmax Vz
(13 1)
hp — —桥下一般冲刷深度 qmax — —桥下断面最大单宽流量 V — —水流速度
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式中：
K1 — —河床颗粒影响系数； K — —墩形系数，可按附录表格选用； hb — —桥墩局部冲刷深度（m）； B1 — —桥墩计算宽度（m）；
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墩型系数表
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墩型系数表
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V0 — —河床泥沙起动流速（m / s）；
V0' — —墩前泥沙起冲流速（m / s）； V — —一般冲刷后墩前行近流速（m / s），
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防护桥墩周围冲刷的方案和辅助措施。 采用在桥墩中开缝或在墩周围设护圈作 为控制冲刷深度的措施。清水试验表明， 仅用开缝的方法能减少冲刷深度20％， 而开缝结合使用护圈则可进一步减小冲 刷深度。
三、墩台局部冲刷：hb
水流受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷现象
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床面开始冲刷时的流速，称为床沙起冲流速， 以v0’表示
床面泥沙起动时的流速，称为床沙起动流速， 以v0表示
冲刷停止时的垂线平均流速，称为冲止流速， 以vz表示
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桥墩的局部冲刷
冲刷深度与行近流速关系
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§13.3 墩台局部冲刷深度
墩台局部冲刷深度：墩台周围因水流冲刷 形成的冲刷坑最大深度。
墩台局部冲刷原因：流向桥墩的水流受到 墩身的阻挡，桥墩周围的水流结构发生急 剧变化，水流的绕流使流线急剧弯曲，床 面附近形成旋涡，剧烈淘刷桥墩迎水端和 周围的泥沙，形成局部冲刷坑。
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§13.2 桥下断面一般冲刷深度
一般冲刷深度：通常用冲刷停止时桥下的垂线水
深来表示 尚无成熟理论，主要按经验公式（64-1；
64-2；）或包尔达可夫公式计算 64-1公式、64-2公式为1964年全国桥渡冲刷学 术会议推荐试用，1991年《公路桥位勘测设计规 范》正式作为推荐公式，《公路工程水文勘测设 计规范》（JTG C30-2002）采用简化式。
v
A0.1 1.04
Bc
1
B2
0.34
hmax hc
0.66
vc
2）按冲止流速公式计算一般冲刷深度时，取该公 式对应的冲止流速公式计算。
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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。
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一 桥台绕流的水流结构
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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。
当v大于V’0 （V表示河床泥沙的起动流速)并继续增 大时，冲刷坑逐渐加深和扩大，局部冲刷深度与V近 似呈直线关系增大，
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抛石防洪保黄河铁路桥 加固冲刷严重桥墩
2008.6.17日，一列铁路专用防洪抛石车缓缓驶上京广黄河 铁路大桥，以每小时5公里的速度，成功抛下180笼近180立 方米石块。郑州铁路局2008年京广线黄河铁路大桥抛石防洪 度汛施工，由此拉开序幕。
按规范7.4.4条规定计算；
d — —河床泥沙平均粒径（mm）；
n1 — —指数。
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2、65-2公式
当V V0
当V V0
hb
K
K
2
B h 0.6 0.15 1P
V V0' V0
hb
K
K
2
B h 0.6 0.15 1P
V V0' V0
n2
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V0 0.28 d 0.7 0.5
V0' 0.12 d 0.5 0.55
n2
V0 V
0.230.19lg d
K 2
0.0023 d 2.2
0.375d 0.24
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式中：
K2 — —河床颗粒影响系数；
n2 — — 指数。
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粘性土河床桥墩局部冲刷可按下式计算：
当 hP B1
2.5时，hb
始建于1958年的京广铁路黄河大桥，位于黄河下游游荡
性河段上，受当时建桥技术和地理条件限制，大桥桥墩基础
较浅。
由于大桥上游河水主槽摆动频繁，河床冲刷对大桥的安全造 成影响。6月19日小浪底水库即将开闸调水泄洪，最大流量 预计将达3900立方米／秒，调水泄洪将改变黄河大桥桥址处 的水流环境和输沙运行规律。为应对黄河小浪底水库的调沙 泄洪，担负大桥养护维修任务的郑州铁路局闻汛而动，正式 启动黄河铁路大桥度汛抛石预案。
7.3.1 5
(7.3.1 6)
式中：
Q1 — —桥下河滩部分通过的设计流量（m3 / s）；
htm — —桥下河滩最大水深（m）；
htq — —桥下河滩平均水深（m）；
Btj — —河滩部分桥孔净长（m）；
VH1 — —河滩水深1m时非粘性土不冲刷流速（m / s）， 可按表7.3.1 3选用。
hcq — —桥下河槽平均水深（m）；
d — —河槽泥沙平均粒径（mm）； E — —与汛期含沙量有关的系数，可按表7.3.1 2选用。
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二、非粘性土河滩
hp
Q1 htm
Btj htq
VH 1
5 3
5
wenku.baidu.com
6
Q1
Qt1 Qc Qt1
Qp
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13- 20
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64-2 公式：基于输沙平衡理论
适用于 非粘性土河槽
规范：64-2 简化式
hp
1.04 Ad
Q2 Qc
0.90
Bc
1 Bcg
0.66
hcm
7.3.1 - 1
Q2
Qc Qc Qt1
Qp
7.3.1 2
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Ad
Bz Hz
0.15
7.3.1 3
(2)、 当V
V0时，hb
K
K1
B 0.6 1
(V0
V0'
)
V V0
V0' V0'
n1
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K1
0.8
d
1
0.45
1 d 0.15
V0
0.0246
hP d
0.14
332d
10 hP d 0.72
0.5
V0'
0.462
d B1
0.06 V0
n1
V0 V
0.25d 0.19
0.83K
B10.6
I
V 1.25
L
当 hP B1
2.5时，hb
0.55K B10.6hP0.1I L1.0V
式中：
I L — —冲刷坑范围内粘性土液性指数，适用范围0.16～1.48。
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四、行近水深和行近流速 取一般冲刷后最大水深作为行近水深和一般冲刷
后垂线平均流速作为行近流速。 1）按输沙平衡原理公式计算一般冲刷时：
一般冲刷深度与局部冲刷深度的区别：
1、一般冲刷深度是从设计水位至一般冲刷线 的最大深度
2、局部冲刷深度是从一般冲刷线至冲刷坑底 的最大深度
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《公路桥位勘测设计规范》JTGC30-2002 推荐的65-1，65-2修正后的新公式
一、非粘性土河床的局部冲刷深度
1、65-1修正式
(1)、 当V V0时，hb K K1B10.6 (V V0' )
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64-1：粘性土河床
一、河槽部分
hp
Ad
Q2
hcm
5
3
5
8
Bcj hcq
0.33
1 IL
7.3.2 1
（13-13）
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式中： Ad — —单宽流量集中系数，取1.0～1.2；
IL — —冲刷坑范围内粘性土液性指数， 适用范围0.16～1.19。
桥墩局部冲刷的水流结构示意图
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h
与桥墩局部冲刷深度有关的主要因素：
1、冲向桥墩的流速 2、桥墩的宽度 3、桥墩型式 4、水深 5、床沙粒径
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桥墩的局部冲刷
流向桥墩的水流受到墩身的阻挡，桥墩周围的水流 结构发生急剧变化，水流的绕流使流线急剧弯曲， 床面附近形成漩涡，剧烈掏刷桥墩迎水端和周围的 泥沙，形成局部冲刷坑，随着冲刷坑的不断加深和 扩大，坑底流速逐渐降低，水流挟沙能力随之喊弱， 上游进入冲刷坑的泥沙与水流冲走的泥沙趋向平衡， 同时，冲刷坑底的泥沙逐渐粗化。坑底粗糙程度增 大，抗冲能力增强，使水流的冲刷作用与床沙的抗 冲作用也趋向平衡，冲刷随之停止，局部冲刷坑达 到最深。冲刷坑外缘与桥墩前端坑底的最大高差， 就是最大局部冲刷深度。
§13 桥梁墩台冲刷计算
§13.1 墩台冲刷类型
大中桥水力计算的三大基本内容： 桥长、桥面最低 标高、墩台基础最小埋置深度。
一、河床自然演变冲刷： 河床在水力作用及泥沙h运动等因素的影响下，
自然发育过程造成的冲刷现象
二、桥下断面一般冲刷：hp 桥孔压缩水流，桥下流速增大，水流挟沙能力
也随之增大，引起断面河床冲刷的现象
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二、河滩部分
Q1
htm
5
3
6
7
hp
Btj
htq
0.33
1 IL
7.3.2 2 （13-14）
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64-2 公式：基于输沙平衡理论
适用于 非粘性土河槽
64-2 公式（p139）：
hp
K
Q2 Q1
4m1
Bc
1 B2
3m1
hmax
K 1 0.02 lg Hmax Hd
当V增大到V。时，床面泥沙大量起动，上游来的泥 沙有些将潜留在冲刷坑内，因此当V>V0并继续增大 时，冲刷坑深度的增长因有泥沙补给而减缓，局部 冲刷2020/深5/5 度hb与V呈曲线关系。
桥墩的局部冲刷
冲刷深度与行近流速关系
2020/5/5
桥墩的局部冲刷
冲刷深度与行近流速关系
2020/5/5
Vz — —冲止流速
2020/5/5
2）64-1修正式
35
hp
Qcp Lj Ed
1
6
hmax h
13 5
hp
Ad
Q2 hcm
Bcj hcq
Ed 1 6
5
3
3
5
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7.3.1 4
式中：
Bcj — —河槽部分桥孔过水净宽（m），当桥下河槽能扩宽至全桥时， 即为全桥桥孔过水净宽；
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2、无导流堤时桥台偏斜冲刷深度
hP'
P(hmax
h h)
hmax
h
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3、岩土河床易冲土壤部分的冲刷深度
hP''
PAq A1
A2
Aq — —冲刷前桥下毛过水面积（m2）
A1 — —冲刷前易冲刷部分的过水面积（m2）
A2 — —冲刷后不可冲刷部分， 表层可冲土壤被冲去后的毛过水面积（m2）
式中：
hp — —桥下一般冲刷后的最大水深（m）； Qp — —频率为P%的设计流量（m3 / s）；
Q2 — —桥下河槽部分通过的设计流量（m3 / s），
当河槽能扩宽至全桥时取用Q
；
p
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Qc — —天然状态下河槽部分设计流量（m3 / s）；
Qt1 — —天然状态下桥下河滩部分设计流量（m3 / s）； Bcg — —桥长范围内的河槽宽度（m）， 当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度；
Bz — —造床流量下的河槽宽度（m）， 对复式河床可取平滩水位时河槽宽度；
— —设计水位下，在Bcg宽度范围内，
桥墩2020阻/5/5 水总面积与过水面积的比值；
— —桥墩水流侧向压缩系数，按表7.3.11确定； hcm — —河槽最大水深（m）；
Ad — —单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段 当Ad 1.8时，Ad值可采用1.8