桥梁墩台冲刷计算.ppt

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： 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 三、墩台局部冲刷： 水流受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷现象 DateDate 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 DateDate 桥墩的局部冲刷 冲刷深度与行近流速关系 DateDate 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。 DateDate 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， l非粘性土河槽 l非粘性河滩 l粘性土河床 64-1公式3个： DateDate DateDate 2）64-1修正式 DateDate DateDate DateDate 二、非粘性土河滩 DateDate 式中： DateDate DateDate 一、河槽部分 64-1：粘性土河床 （13-13） DateDate 式中： DateDate 二、河滩部分 （13-14） DateDate 适用于 非粘性土河槽 64-2 公式（p139）： 64-2 公式：基于输沙平衡理论 DateDate 适用于 非粘性土河槽 规范：64-2 简化式 64-2 公式：基于输沙平衡理论 DateDate DateDate DateDate DateDate 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） DateDate 1、均质河床： DateDate 2、无导流堤时桥台偏斜冲刷深度 DateDate 3、岩土河床易冲土壤部分的冲刷深度 DateDate 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。 DateDate 桥墩局部冲刷的水流结构示意图 DateDate 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 DateDate 桥墩的局部冲刷 n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。 DateDate 桥墩的局部冲刷 n桥墩局部冲刷的机理 DateDate 第四节 桥墩的局部冲刷 n桥墩局部冲刷的机理 DateDate 桥墩的局部冲刷 冲刷深度与行近流速关系 n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v0。桥墩起冲流速v0一般 为床沙起动流速v0的0.40.6倍。 n流速小于v0 的冲刷为清水冲刷，大于v0 的为动床 冲刷。 DateDate 桥墩的局部冲刷 冲刷深度与行近流速关系 n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。 n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v0。 n当v大于V0 （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， n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VV0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 冲刷深度hb与V呈曲线关系。 DateDate 桥墩的局部冲刷 冲刷深度与行近流速关系 DateDate 桥墩的局部冲刷 冲刷深度与行近流速关系 DateDate 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 DateDate 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 DateDate DateDate 式中： DateDate 墩型系数表 DateDate 墩型系数表 DateDate DateDate 2、65-2公式 DateDate DateDate 式中： DateDate 粘性土河床桥墩局部冲刷可按下式计算： DateDate 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： 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。 DateDate n 一 桥台绕流的水流结构 n 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。 DateDate n 一 桥台绕流的水流结构 DateDate DateDate DateDate DateDate DateDate DateDate 抛石防洪保黄河铁路桥 加固冲刷严重桥墩 n2008.6.17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。 n 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。 n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。 DateDate n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。 DateDate 桥台冲刷 n 一 桥台绕流的水流结构 DateDate 桥台冲刷 n 一 桥台绕流的水流结构 n桥台上下游的流速分布如下： DateDate 桥台冲刷 n 一 桥台绕流的水流结构 DateDate 桥台冲刷 二 桥台冲刷计算 n1 沙性土河床： DateDate 桥台冲刷 二 桥台冲刷计算 n1 沙性土河床： DateDate 桥台冲刷 n 二 桥台冲刷计算 n1 沙性土河床： DateDate 桥台冲刷 n 二 桥台冲刷计算 n桥台挑角系数： 桥台形状系数： DateDate 桥台冲刷 n 二 桥台冲刷计算 n1 沙性土河床： n引入挑角系数Ca和桥台形状系数CA，则 DateDate 桥台冲刷 n2 粘性土河床： DateDate 桥台最大冲刷深度，应结合桥位河 床特征、压缩程度等情况，分析、计算 比较后确定。 DateDate 13.4 桥下河槽最低冲刷线 桥下河槽最低冲刷线： DateDate DateDate 非岩性河床天然基础墩台埋深 DateDate 最低冲刷线高程 n桥墩的最低冲刷线高程Hmin（ m）为： n桥台的最低冲刷线高程Hmin（ m）为： 上式中h为桥台所在位置的平均水深。 DateDate 墩台基底最小埋置深度 1、在确定桥梁墩台基础埋置深度时，应根据 桥位河段具体情况，取河床自然演变冲刷、一般 冲刷和局部冲刷的不利组合，作为确定墩台基础 埋深的依据。 2、非岩石河床墩台基底埋深安全值，可按表 7.6.2确定 3、岩石河床墩台基底最小埋置深度可按规范 附录C确定。 DateDate 4、位于河槽的桥台，当其最大冲刷深度小于 桥墩总冲刷深度时