桥涵水文作业

1、一、综合桥梁水文设计某二级公路跨越某平原次稳定河段，基本资料如下：1.基本资料1.1.水文资料1） 桥位附近水文站历年最大流量及相应水位资料（见本题表1）。1887年，1974年和1975年的流量是由调查到的历史洪水位推求得到，其中，1974年、1975年亦在实测期内；2） 汛期含沙量=2.5kg/m3；3） 河段基本顺直，桥位轴线与河道正交，属狭窄水面的河流，河槽内天然冲淤比较明显，主流在河槽内摆动，汛期多为67级风，平均风速为13.9m/s，沿浪程方向平均水深为12m，计算浪程为700m；4） 河槽糙率1nc=41、1nt=30；5） 河床比降i=0.14；6） 容许冲刷系数p=1.1.1

2、.2.桥梁断面及地质资料1）*江桥位断面测量资料（见本题表二）；2）桩号94K+805、95K+185为滩槽分界点；3）河床土质状况河床土壤为松软土壤（中砂）；表层：d1=0.35mm，h1=0.80m；下层：d2=0.35mm，h2=0.80m。 中值粒径d50=25mm，平均粒径d=23mm1.3.通航要求二级三类航道，通航频率P=5%。桥位T型梁，结构高度为1.2m，桥面铺装厚度为0.12m1.4.设计计算要求1）设计流量和设计水位的推求；2）确定桥长及布孔（1:500）；3）确定桥面最低标高；4）确定墩台基底标高；5）设计计算说明书、QH关系曲线图、和桥孔布置图。表1-1 年最大流量和

3、相应水位表年份年最大流量Q相应最高水位H（m41967345034.381968830037.251969790037.131970580035.61971630036.181972665036.61973670036.6519741010037.919751140038.551976560035.541977380034.671978592035.71979590035.681980270033.751981570035.561982600036.11983330034.11984550035.519854500351986605036.2表1-2 里程桩号及标高桩

4、号河床标高（m）94K+79542.8179641.5579838.9580035.9996122.9598923.5395K+02624.84925.3111925.516628.618531.2823534.6528535.9630145.112.推求设计流量流量设计采用适线法，一般步骤如下：（1） 将已知的随机变量系列，按大小排序递减依次排序，计算各项变量的经验频率，并在几率格纸上绘出经验频率点群，必要时也可以估绘出经验频率曲线。（2） 应用矩法公式计算均值和变差系数，并假定=m*。在我国，一般取m=24,在绘有经验频率曲线点群（或曲线）的同一几率格纸上，绘出理论频率曲线。（3） 观察理

5、论频率曲线与经验频率曲线的符合程度，反复调整统计参数，直到两者符合的最好为止，即可确定统计参数、的采用值及采用的理论频率曲线。2.1.计算经验频率、均值、变差系数将洪水流量按递减依次排序，算出其各项变量的经验频率，并用矩阵公式计算均值和变差系数。表2-1 洪水资料年份年最大流量Q经验频率P(%)（采用值60207655 19751140020.97391704 19741010030.57805486 1968830014.285714290.19943593 1969790019.047619050.14202925 1973670023.809523810.028

6、13108 1972665028.571428570.02528382 1971630033.333333330.00960565 1986605038.09523810.00296335 1982600042.857142860.00209053 1978592047.619047620.00100993 1979590052.380952380.00080053 1970580057.142857140.00011805 1981570061.90476190.00004308 1976560066.666666670.00057564 1984550071.428571430.00171

7、572 1985450076.190476190.04653006 1977380080.952380950.11404751 1967345085.714285710.15896941 1983330090.476190480.18049985 1980270095.238095240.28029080 分析以上资料有3个特大值的不连续系列，即a=3，实测期为20年，即n=20，实测期内有两个特大值（1974年和1975年），即l=2；特大洪水出现最早年份是1887年，而实测期最后年份是1986年，则考证（调查）期N=（1986-1887）+1=100年。按照计算各年最大流量对应的经验频率P

8、(%)。按照计算系列平均流量。按照计算系列变差系数。则计算系列平均流量计算变差系数2.2.应用适线法确定统计参数和理论频率曲线。（1）试取=0.31，m=3，=0.93，此时查表得出相关参数。表2-2 皮尔逊参数1P(%)0.010.10.20 0.330.5125.7994.4594.04 3.7193.4693.0292.5692.798 2.382 2.252 2.153 2.075 1.939 1.796 16052.20 13668.77 12921.73 12352.55 11907.88 11125.27 10307.08 P(%)5102050759095991.9291.40

9、90.839-0.081-0.661-1.081-1.281-1.5911.598 1.437 1.260 0.975 0.795 0.665 0.603 0.507 9168.72 8243.81 7229.97 5593.59 4561.96 3814.91 3459.18 2907.79 得出理论频率曲线与经验频率曲线对比如下：针对对比的情况，提出修改方案，取=0.36，m=3.3，则=1.188，此时查表得出相关参数。做出频率曲线如下。表2-3 皮尔逊参数2P(%)0.010.10.20 0.330.5126.22 4.69 4.21 3.87 3.59 3.10 2.58 3.240

10、 2.687 2.517 2.394 2.292 2.115 1.931 18592.12 15419.10 14443.24 13733.39 13152.52 12135.35 11076.88 P(%)5102050759095991.89 1.34 0.74 -0.18 -0.74 -1.10 -1.28 -1.51 1.681 1.482 1.266 0.935 0.734 0.605 0.541 0.456 9646.61 8505.51 7263.65 5363.34 4209.15 3470.59 3103.83 2615.65 理论频率曲线绘制如下：继续提出休该方案，取=0.

11、38，m=3.5，则=1.33，此时查表得出相关参数。做出理论频率曲线如下，符合较好。表2-4 皮尔逊参数3P(%)0.010.10.20 0.330.5126.72 4.72 4.24 3.89 3.61 3.11 2.59 3.552 2.792 2.611 2.478 2.370 2.182 1.985 20380.41 16020.44 14981.31 14218.42 13600.74 12517.99 11391.64 P(%)5102050759095991.90 1.34 0.74 -0.18 -0.74 -1.09 -1.27 -1.50 1.721 1.509 1.280

12、 0.930 0.719 0.585 0.519 0.431 9872.84 8659.28 7343.90 5338.01 4124.23 3353.71 2975.64 2473.95 即，最终确定=5737.661，=0.38，=1.33。2.3.推求设计流量。根据题目条件可知，河床起始桩号为94K+795，终点桩号为95K+301，则河床总宽度为506m，根据公路工程技术标准规定，该桥总跨径应在1001000m之间，属于大桥的范围。由洪水频率设计规范可知，二级公路大桥设计洪水频率为1/100。当设计洪水频率为1%时，=12517.99，即设计流量为12517.99。表2-5 桥涵分类及

13、洪水设计频率3.推求设计水位绘出河流横断面图如下面所示。3.1.计算水力参数选取具有代表性的水位标高，包括滩槽分界点，最大可能水位标高点，最低水位点，各个河床高度变化点，来计算各个水位的水利参数。其中流速采用谢才-满宁公式计算：，Q=A*v表3-1断面水力参数主槽河床高程(m)过水面积()湿周(m)水力半径(m)河床比降(i)流速(m/s)流量(m³/s)31.281695.43327.51 5.18 0.000141.45 2461.32 34.652867.0148372.627.69 0.000141.89 5420.68 35.5853216.93380.83 8.45 0.

14、000142.01 6472.86 35.993370.78380.83 8.85 0.000142.08 6996.99 38.954495.58380.83 11.80 0.000142.52 11306.72 41.555483.58380.83 14.40 0.000142.87 15744.69 42.815962.38380.83 15.66 0.000143.04 18102.00 左滩河床高程(m)过水面积()湿周(m)水力半径(m)河床比降(i)流速(m/s)流量(m³/s)31.2800.00 0.00 0.000140.00 0.00 34.6500.00 0.

15、00 0.000140.00 0.00 35.58500.00 0.00 0.000140.00 0.00 35.991.015.02 0.20 0.000140.12 0.12 38.9518.778.592.19 0.000140.60 11.22 41.5539.5711.873.33 0.000140.79 31.34 42.8151.3713.513.80 0.000140.86 44.42 右滩河床高程(m)过水面积()湿周(m)水力半径(m)河床比降(i)流速(m/s)流量(m³/s)31.28000.00 0.000140.00 0.00 34.6584.2550.1

16、11.68 0.000140.50 42.28 35.585147.6885.811.72 0.000140.51 75.28 35.99184.76100.191.84 0.000140.53 98.62 38.95489.32106.154.61 0.000140.98 481.09 41.55765.28111.396.87 0.000141.28 981.72 42.81908.53113.937.97 0.000141.42 1287.24 综合河滩和河槽的水力参数。表3-2总断面水力参数水位标高(m)过水面积()湿周(m)流速(m/s)流量(m³/s)31.281695.

17、43327.50681.45 2461.32 34.652951.2648422.731.85 5462.96 35.5853364.61466.641.95 6548.15 35.993556.55486.042.00 7095.73 38.955003.67495.572.36 11799.03 41.556288.43504.092.66 16757.75 42.816922.28508.272.81 19433.66 3.2.求设计水位绘出断面流量与水位关系的图，经过抛物线拟合，则当Q=12517.99，设计水位为39.4m。4.确定桥长及布孔已知设计流量为12518，设计水位为39.

18、4m。桥下过水断面面积为5225.4285，则桥下平均流速为2.396m/s，因为已知容许冲刷系数p=1.1，故选择冲刷系数法计算桥下过水面积，借此求出桥长。根据列柳伯斯基假定，已知当设计水位为39.4m时，用内插法求出天然河槽的平均流速，即为设计流速。=根据题目要求，通航要求为二级三类航道，通航净空要求为不小于75.0m，将左岸桥台桩号布置在94K+805处，根据经验与受力条件，采用经济跨比，布设6孔连续梁，各孔跨径为：70+85+90+90+85+70=490m，桥墩采用双柱式，墩径采用2.0m，右桥台桩号为95K+295，桥孔布置如下图：则，而桥下实际过水断面面积为5225.4285，大

19、于上面所得，故符合要求。桥孔净长=490-2*11=468m。5.确定桥面最低标高5.1.桥前最大壅水高度，河床土壤为松软土壤（中砂），表层：d1=0.35mm，h1=0.80m，下层：d2=0.35mm，h2=0.80m，中值粒径d50=25mm，平均粒径d=23mm。天然状态下桥孔部分平均流速为天然河槽平均流速=2.58m/s。=2.807m/s，=2.753m/s=7.72，0.642=0.23m 即桥前最大壅水高度为0.23m。5.2.桥下壅水高度=0.5*=0.115m5.3.波浪已知：河段基本顺直，桥位轴线与河道正交，属狭窄水面的河流，河槽内天然冲淤比较明显，主流在河槽内摆动，汛期

20、多为67级风，平均风速为13.9m/s，沿浪程方向平均水深为12m，计算浪程为700m。则风速=0.1894m应为/=0.0158<0.1，故=2.42，所以=*=0.458m。按规范，静水面以上波浪高度取2/3的波浪高度计，另外，波浪在桥墩前被阻挡时，墩前波浪将会雍高，近似取为0.2倍。这样，静水面以上的波浪高度为波浪全高的0.86倍，即为0.86=0.394m。5.4.桥面最低标高已知桥位T型梁，结构高度为1.2m，桥面铺装厚度为0.12m；通航要求：二级三类航道，通航频率P=5%，此时对应通航净空要求为10m。（1）按设计洪水位计算桥面高程。=39.4+0.115+0.394+0.

21、5+1.2+0.12=41.729m（2）按二级三类通航要求。通航频率P=5%，对应的=7434.9/s，则通过上面求出的流量与水位关系得出此时的水位为H=36.2m=36.2+10+1.32=47.52m。综合以上结果，取其中的较大值，得出=47.52。6.确定墩台基底标高。已知：河床土壤为松软土壤（中砂）。表层：d1=0.35mm，h1=0.80m；下层：d2=0.35mm，h2=0.80m；中值粒径d50=25mm，平均粒径d=23mm；汛期含沙量=2.5kg/m3；6.1.计算桥下河床断面的一般冲刷深度利用公式7-3-6已知河槽宽度为380m，单宽流量集中系数A=，为计算断面的天然河槽

22、流量，桥下河槽通过的流量。=18.69m6.2.桥墩局部冲刷深度采用65-2修正公式：其中起动流速采用张瑾瑞公式=0.517m/s起冲流速0.211m/s指数n=0.064，墩前行进速度采用=2.753m/s1）取回归值时，K=0.46此时，=2.13m2）取上限值时，K=0.60=2.78m6.3.桥墩的最低冲刷线=39.4-18.69-2.78=17.93m6.4.桥台的冲刷，本题目情况下很小，可忽略不计。二、小桥孔径设计参照P209页例题9-6-1资料，应用手算并与例题计算结果相比较。题目：某公路跨越一小河，设计流量=22，河床比降i=0.009，河槽粗糙系数n=0.033，设计水位H=

23、101.50m，河槽横断面和设计流量下的水力计算如下图。路基设计高程在桥位处为104.20m。试计算小桥孔径和相应的最小桥面高程。已知横断面图如下。1.天然水力因素计算桩号高程河槽平均水深河槽面积河槽宽度0102.5/0.91101.5/2100.30.60.65451.094.51001.352.72.56.1100.31.352.71.68.2273101.50.61.312.127310102.5/已知设计流量=22，设计水位H=101.50m，河槽平均水深1.0203，河槽面积7.4659，河槽宽度7.3173，河槽流速2.9467m/s，河槽最低点高程=100m，天然最大水深为=1.

24、5m。2.临界水深若小桥进出口取单孔、带锥坡，流速系数=0.90，收缩系数=0.90。河床加固选用碎石层上铺砌厚度20cm的单层片石，取加固允容流速=3.5m/s，桥下断面为矩形断面，桥下临界水深为：1.25m则桥下为自由流。3.桥孔长度选用单孔标准跨径6.0m钢筋混凝土板桥，建筑高度为0.80m，净跨5.4m。4.桥前水深H5.桥面最低高程=100+2.02+0.8+0.5=103.82m取跨径为6.0m的小桥，桥面最低高程为103.32m，低于桥位断面处路基设计高程，是允许的。6.根据路基设计高程，推算小桥孔径路基设计高程104.20m，允许的最大桥前水深H为： =104.2 0.50.8100=2.9m。桥下临界水深和临界流速，偏安全地略去桥前行进流速水头时：=故桥孔长度2.93m/s根据以上两种情况，推算小桥孔径的结果，比较后，建议取加固允许流速3.50m/s，桥长为6.0m的小桥为宜。后一种情况，桥前水深H过大，桥下加固允许流速不应小于4.00m/s，桥长取4.00m。桥孔压缩水流严重，桥下游出口流速过急，出口加固要求很高，既不经济，也不安全。三、涵洞孔径设计参照P212页例题9-6-2资料，应用