桥涵水文课件5桥梁墩台冲刷计算

1、桥涵水文学桥涵水文学桥梁墩台冲刷计算桥梁与结构教研室: 李 林教学目的和任务1.了解描述流体运动的两种方法；2.理解描述流体流动的一些基本概念，如恒定流与非恒定流、流线与 迹线、流管、流束与总流、过水断面、流量及断面平均流速等；3.掌握连续性方程、伯努利方程、动量方程，并能熟练应用于求解工 程实际问题动量方程的应用。重点与难点重点：流体流动中的基本概念，连续性方程、伯努利方程、动量方程 及其应用。难点：连续性方程、伯努利方程以及与动量方程的联立应用。主要内容：桥梁墩台冲刷类型桥下河床一般冲刷桥梁墩台局部冲刷桥下河槽最低冲刷线第五章 桥梁墩台冲刷计算桥梁墩台冲刷类型大中桥水力计算的内容： 桥孔长

2、度、桥面标高、墩台基础最小埋置深度。墩台基础最小埋置深度：河床冲刷深度桥台局部冲刷桥墩局部冲刷桥台总冲刷桥墩总冲刷一般冲刷1.河床自然演变冲刷河床自然演变冲刷：河床在水力作用及泥沙运动等因素影响下，自 然发育过程中造成的冲刷现象。即河段在不修 建跨河建筑物情况下仅在自然力作用下引起的 河床天然冲刷。河床自然演变冲刷的类型： 1）河流发育成长过程中，河床纵断面的变形。如河源段的逐年下 切，河口段的逐年淤积。 2）河槽横向移动所引起的变形。如边滩下移、河湾发展、移动和 裁弯取直等。 3）河段深泓线摆动引起的冲刷变形。 4）河槽周期性变形。即在一个水文周期内河槽随水位、流量变化 而发生的变形。河床自

3、然演变冲刷目前尚无成熟的计算方法，桥位设计时一般通过调查或利用桥位上、下游水文站历年实测断面资料统计分析确定。2.桥下河床的一般冲刷一般冲刷：桥下河床全断面发生的冲刷现象。一般冲刷深度hp ：一般冲刷停止时的桥下最大铅垂水深（从设计 水位起）。一般冲刷深度是设计水位至一般冲 刷线的最大深度。建桥后，由于桥孔压缩河床，桥下过水面积减小，引起桥下流速增大，水流挟沙能力也随之增大，使桥下河床断面不断扩大，但过水断面增大将导致流速不断减小，使桥下河床的冲刷产生新的平衡，一般冲刷随之停止。21ph3.桥梁墩台局部冲刷墩台局部冲刷：水流受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷现象。局部冲刷深度hb：冲刷坑外缘与冲

4、刷坑底的最大高差。局部冲 刷深度为一般冲刷深度线至冲刷坑底的最大 深度。流向桥墩的水流受墩身的影响，水流绕流，桥墩周围的水流结构发生发生急剧变化，形成复杂的漩涡体系，剧烈冲刷桥墩迎水面和周围的泥沙，形成局部冲刷坑，坑内泥沙不断被带走，冲刷坑不断加大、加深，随着冲刷坑的扩大加深，坑底流速又随之减小，水流挟沙能力下降，而坑内泥沙渐趋粗化，抗冲刷能力加强，产生新的冲淤平衡。立 面平 面桥下河床一般冲刷1.非粘性土河床一般冲刷深度计算桥下断面内任意垂线在一般冲刷过程中垂线平均流速降低到该垂线的冲止流速vz时，冲刷即停止。此时达到最大一般冲刷水深hP。冲止流速：桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速。641修

5、正式是根据冲止流速建立的公式。1 62 3zpvEdh3 55 31 62cmCjcqpdAhQBhhEd1）河槽部分641修正式0.15zzdBHA 12cpctQQQQQphzzBH、2QpQcQ1tQ桥下河槽一般冲刷深度（m）； 单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段Ad1.8，取Ad=1.8 ； 平滩水位时河槽宽度和平均水深（m）；桥下河槽部分通过的设计流量，河槽能扩宽至全桥时Q2=Qp（m /s） 频率为P%时的设计流量（ m /s ）；天然状态下河槽部分设计流量（m /s）天然状态下桥下河滩部分设计流量（m/s）。dAcmhcqhEd桥墩水流侧向压缩系数，查表； 河槽部分桥孔净

6、长，河槽能扩宽至全桥时为桥孔净长 ； 河槽最大水深（m）；桥下河槽平均水深（m） 与汛期含沙量有关的系数，查表；河槽泥沙平均粒径（mm）cjB1 62 3zpvEdh3 55 31 62cmCjcqpdAhQBhhEd0.15zzdBHA 12cpctQQQQQ桥墩水流侧向压缩系数4540353025201613101.001.001.001.001.001.001.001.001.00101-101.8，取Ad=1.8 ； 平滩水位时河槽宽度和平均水深（m）；桥下河槽部分通过的设计流量，河槽能扩宽至全桥时Q2=Qp（m /s） 频率为P%时的设计流量（ m /s ）；天然状态下河槽部分的设计

7、流量（m /s）天然状态下桥下河滩部分的设计流量（m/s）。dAcmh桥墩水流侧向压缩系数，查表； 桥长范围内的河槽宽度（ m ）， 河槽能扩宽至全桥时为桥孔长度 ；桥位断面天然河槽宽度（ m ），河槽最大水深（m）；设计水位下，在Bcg宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积之比；cgBcB0.660.9021.041cpdcmccgBQhAhQB0.15zzdBHA 12cpctQQQQQ桥墩水流侧向压缩系数4540353025201613101.001.001.001.001.001.001.001.001.006.004.706.003.604.7010205.0010.002.005.0

8、01.201.500.901.200.600.90漂石大中小800大400800中200400小d1HVd1HV水深1m时非粘性土不冲流速公路工程水文勘测设计规范JTGC30-2002规定公式：2. 粘性土河床一般冲刷深度计算粘性土：粒径小于0.05mm的泥沙。粘性土随含水量的增大，由固态变为液态（泥浆），粘结力随之接近消失，抗冲刷能力也因此不存在。1）河槽部分5 85 3210.33cmdcjcqpLhQABhhI3 510.33zpLvhI00ppLpLpWWWWIIWW5 85 3210.33cmdcjcqpLhQABhhI3 510.33zpLvhI00ppLpLpWWWWIIWWph

9、2QpQcQ1tQ桥下河槽一般冲刷深度（m）； 单宽流量集中系数，取Ad=1.01.2 ； 桥下河槽部分通过的设计流量，河槽能扩宽至全桥时Q2=Qp（m /s） 频率为P%时的设计流量（ m /s ）；天然状态下河槽部分的设计流量（m /s）天然状态下桥下河滩部分的设计流量（m/s）。dAcmhcqhLI桥墩水流侧向压缩系数，查表； 河槽部分桥孔净长，河槽能扩宽至全桥时为桥孔净长 ； 河槽最大水深（m）；桥下河槽平均水深（m） 冲刷坑范围内粘性土液性指数，适用范围为0.161.19；cjB12cpctQQQQQ桥墩水流侧向压缩系数4540353025201613101.001.001.001.

10、001.001.001.001.001.0010.990.990.990.990.990.990.980.970.961.00.990.990.980.980.980.970.970.960.961.50.980.980.980.980.970.970.950.940.932.00.960.960.970.970.850.870.890.90单孔净跨径L0(m)0.880.900.910.930.910.920.930.940.930.940.950.960.940.950.960.960.970.960.9540.970.970.963.50.980.970.963.00.980.980.9

11、72.5设计流速Vs (m/s)00045 ,1 0.375;200 ,1.0;sVLmLmL 注：2. 粘性土河床一般冲刷深度计算2）河滩部分6 75 3110.33tmtjtqpLhQBhhI1 610.33zpLvhI00ppLpLpWWWWIIWW111tpctQQQQQphpQcQ1 tQ桥下河滩一般冲刷深度（m）； 桥下河槽部分通过的设计流量（m /s） ； 频率为P%时的设计流量（ m /s ）；天然状态下河槽部分的设计流量（m /s）天然状态下桥下河滩部分的设计流量（m/s）。1QtmhtqhLI桥墩水流侧向压缩系数，查表； 河滩部分桥孔净长 （m）； 桥下河滩最大水深（m）；

12、桥下河滩平均水深（m） 冲刷坑范围内粘性土液性指数，适用范围为0.161.19；tjB6 75 3110.33tmtjtqpLhQBhhI1 610.33zpLvhI00ppLpLpWWWWIIWW桥墩水流侧向压缩系数4540353025201613101.001.001.001.001.001.001.001.001.0010.990.990.990.990.990.990.980.970.961.00.990.990.980.980.980.970.970.960.961.50.980.980.980.980.970.970.950.940.932.00.960.960.970.970.8

13、50.870.890.90单孔净跨径L0(m)0.880.900.910.930.910.920.930.940.930.940.950.960.940.950.960.960.970.960.9540.970.970.963.50.980.970.963.00.980.980.972.5设计流速Vs (m/s)00045 ,1 0.375;200 ,1.0;sVLmLmL 注：桥梁墩台局部冲刷桥墩上游行近流速增大到一定数值时，桥墩迎水面两侧的泥沙首先被水流冲走，此时涌向桥墩的流速为起冲流速，但低于起动流速，故床面无泥沙运动，冲刷坑内无上游来泥沙补给（清水冲刷）；行近流速超过床沙起动流速，床面

14、泥沙处于运动状态，上游泥沙落入坑中，坑内泥沙得到补给（动床冲刷）。行近流速：指桥墩上游不远处，未受绕流影响的墩前天然流速。 由于局部冲刷是假定在一般冲刷完成后进行的，故 取一般冲刷终止后的墩前流速作为墩前行近流速。v起冲流速：当流速增大到一定数值时，桥墩迎水面两侧的泥沙 首先被水流冲走，床面开始产生局部冲刷，此时涌 向桥墩的流速（垂线平均流速）。v0起动流速：床面泥沙颗粒在各种外力作用下，失去平衡，泥沙 开始运动时的水流垂线平均流速。 v0起动流速起冲流速冲刷深度与行近流速的关系一般冲刷后墩前行近流速20.340.10.1321.041dccmcccgcABhQvvQBh0.660.9021.

15、041cpdcmccgBQhAhQB1）采用64-2简化式计算非粘性土河槽hp：hc河槽平均水深（m）；vc河槽平均流速（m/s）；1 62 3pvEdh2）采用64-1修正式计算非粘性土河槽hp：3 55 321 6cmdCjcqphQABhhEd3）采用公式计算非粘性土河滩hp：5 65 311tmtjtqpHhQBhhv1 51Hpvv h一般冲刷后墩前行近流速4）采用公式计算粘性土河槽hp：5 85 3210.33cmdcjcqpLhQABhhI3 510.33pLvhI5）采用公式计算粘性土河滩hp：6 75 3110.33tmtjtqpLhQBhhI1 610.33pLvhI1.

16、非粘性土河床桥墩局部冲刷深度计算1）65-1修正公式0.600110bvvhK K Bvv10.600011000nbvvvvhK K Bvvvv0.190.2501dvnv10.450.15110.8Kdd河床颗粒影响系数：0.1400.72100.0246332pphhvddd河床泥沙起动流速：0.060010.462dvvB墩前泥沙起冲流速：bh1K1Bv桥墩局部冲刷深度（m）； 墩形系数，查表 ； 河床颗粒影响系数；桥墩计算宽度（m） ，查表 ；一般冲刷后墩前行近流速，按规定计算（m/s）；K0v1ndph河床泥沙起动流速（m/s）； 墩前泥沙起冲流速（m/s）； 指数；河床泥沙平均粒

17、径（mm）； 一般冲刷深度（m）；0v10.6001100.600011000bnbvvhK K BvvvvvvhK K Bvvvv0.1910.450.150.1400.720.060010.2501110.8100.02463320.462ppdKddhhvddddvvBvnv墩形系数墩形系数一般冲刷后墩前行近流速20.340.10.1321.041dccmcccgcABhQvvQBh0.660.9021.041cpdcmccgBQhAhQB1）采用64-2简化式计算非粘性土河槽hp：hc河槽平均水深（m）；vc河槽平均流速（m/s）；1 62 3pvEdh2）采用64-1修正式计算非粘性

18、土河槽hp：3 55 321 6cmdCjcqphQABhhEd3）采用公式计算非粘性土河滩hp：5 65 311tmtjtqpHhQBhhv1 51Hpvv h1. 非粘性土河床桥墩局部冲刷深度计算2）65-2公式20.600.1500210nbpvvvvhK K Bhv0.600.1500210bpvvvvhK KBhv0.23 0.19lg02dvnv0.2422.20.00230.375Kdd河床颗粒影响系数：0.500.280.7vd河床泥沙起动流速：0.5500.120.5vd 河床泥沙起动流速：bh2K1Bv桥墩局部冲刷深度（m）； 墩形系数，查表 ； 河床颗粒影响系数；桥墩计算

19、宽度（m） ，查表 ；一般冲刷后墩前行近流速，按规定计算（m/s）；K0v2ndph河床泥沙起动流速（m/s）； 墩前泥沙起冲流速（m/s）； 指数；河床泥沙平均粒径（mm）； 一般冲刷深度（m）；0v20.600.15002100.600.1500210bpnbpvvvvhK KBhvvvvvhK KBhv0.2422.20.500.5500.23 0.19lg020.00230.3750.2dKddvdvdvnv 一般冲刷后墩前行近流速20.340.10.1321.041dccmcccgcABhQvvQBh0.660.9021.041cpdcmccgBQhAhQB1）采用64-2简化式计算非粘性