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文档简介
水文计算书,,,,,,,,
,,,,,,,,,
一、桥位概况,,,,,,,,
河沟发源于水库,河沟总长约为14.6km。本桥所跨河沟及河滩较宽,河水较深,沟岸无坍塌现象,流速较慢,常水位较深,水深1.4~1.8m,河中少许水草,两岸阶地表层以黏土为主,下伏细砂层~卵石层。,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
二、设计流量计算,,,,,,,,
流域面积,,,,F=,46.7,km2,,
主河沟长度,,,,L=,14.6,km,,
主河沟平均坡降,,,,I=,1.54‰,,,
(一)根据小流域设计暴雨洪水流量推理公式(适用于流域面积F≤500km2),,,,,,,,
,Qp=,0.278(Sp/τn-μ)F,,,,,,
查《广西小桥涵最大一小时雨量Sp(p=1%)等值线图》得,,,,,,,,
,,,,S1%=,100.00,mm/h,,
查《广西小桥涵设计暴雨流量计算》表三,,,,丘陵区,,,,
,,,,K=,0.42,,,
,,,,α=,0.419,,,
计算得汇流时间,,,,τ=,K(L/I0.5)α,,,
,,,,=,1.18,h,,
查《广西小桥涵设计暴雨流量计算》附图五,,,,,,,,
,,,,n=,0.702,,,
计算得损失参数,,,,μ=,0.45(Sp/τn)1.05,,,
,,,,=,50.14,mm/h,,
代入公式得,,,,Q1%=,0.278(Sp/τn-μ)F,,,
,,,,=,504.8,m3/s,,
(二)设计流量取值,,,,,,,,
根据上述计算结果,取设计流量,,,,,,,,
,Q1%=,504.8,m3/s,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
三、根据设计流量推算百年一遇的设计洪水位Hs,,,,,,,,
1.采用形态法试算,,,,,,,,
,河段处洪水比降i=,0.00154,,,,,,
,假设设计水位Hs=,102.20m,,列表计算如下:,,,,,
桩号,河床高程,水深,平均水深,水面宽度,过水面积,累计面积,合计,
,(m),(m),(m),(m),(m2),(m2),,
5.34,102.20,0.00,,,,,左河滩:,
8.28,100.45,1.75,0.88,2.9,2.57,2.57,Atz=,18.10m²
10.25,100.40,1.80,1.78,2.0,3.51,6.08,Btz=,11.32m
12.22,100.35,1.85,1.83,2.0,3.60,9.68,htz=,1.60m
14.19,100.30,1.90,1.88,2.0,3.70,13.38,,
16.66,100.29,1.91,1.91,2.5,4.72,18.10,,
16.66,100.29,1.91,,,,,,
19.20,98.99,3.21,2.56,2.5,6.50,6.50,,
21.71,98.70,3.50,2.70,2.5,6.79,13.29,,
25.37,96.42,5.78,4.64,3.7,16.97,30.26,,
32.05,96.10,6.10,5.94,6.7,39.71,69.97,,
35.54,96.03,6.17,6.14,3.5,21.37,91.33,,
38.60,96.44,5.76,5.97,3.1,18.26,109.60,河槽:,
39.32,98.85,3.35,4.56,0.7,3.29,112.89,Ac=,135.04m²
42.44,99.40,2.80,3.07,3.1,9.60,122.49,Bc=,31.98m
45.54,100.18,2.03,2.41,3.1,7.47,129.96,hc=,4.22m
48.64,100.95,1.25,1.64,3.1,5.08,135.04,,
48.64,100.95,1.25,,,,,,
49.75,100.91,1.29,1.27,1.1,1.41,1.41,,
50.85,100.86,1.34,1.29,1.1,1.43,2.83,右河滩:,
51.96,100.82,1.38,1.36,1.1,1.50,4.34,Aty=,9.34m²
53.06,100.77,1.43,1.40,1.1,1.55,5.89,Bty=,8.04m
54.17,100.73,1.47,1.45,1.1,1.60,7.49,hty=,1.16m
56.68,102.20,0.00,0.73,2.5,1.85,9.34,,
查《桥位设计》表5.4.1得,,,,,,,,
,,河槽糙率系数,mc=,40,,,,
,,河滩糙率系数,mt=,25,,,,
代入公式求得,,,,,,,,
a.,河槽形态断面平均流速,,vc=,mchc2/3i1/2,,,,
,,,=,4.10,m/s,,,
,河槽形态断面流量,,Qc=,Acvc,,,,
,,,=,553.4,m3/s,,,
b.,左河滩形态断面平均流速,,vtz=,mthtz2/3i1/2,,,,
,,,=,1.34,m/s,,,
,左河滩形态断面流量,,Qtz=,Atzvtz,,,,
,,,=,24.3,m3/s,,,
c.,右河滩形态断面平均流速,,vty=,mthty2/3i1/2,,,,
,,,=,1.08,m/s,,,
,右河滩形态断面流量,,Qty=,Atyvty,,,,
,,,=,10.1,m3/s,,,
故:,全形态断面总流量,,Q=,Qc+Qtz+Qty,,,,
,,,=,587.8,m3/s,,,
,全形态断面平均流速,,v0=,Q/(Ac+Atz+Aty),,,,
,,,=,3.62,m/s,,,
,,,计算流量与设计流量误差=,(587.8-,580.0)/,580.0=,1.34%,
2.采用曼宁公式拟合流量试算,,,,,,,,
,假设设计水位Hs=,102.20m,,列表计算如下:,,,,,
河槽部分,,,,,,,,
水位,比降,糙率系数,过水断面,湿周,水面宽,水力半径,流速,流量
H,i,m,A,χ,B,R=A/χ,v=mRc2/3i1/2,Q=vA
102.20,0.0015,40.0,6.50,2.85,2.54,2.3,2.7,17.7
102.20,0.0015,40.0,6.79,2.53,2.51,2.7,3.0,20.6
102.20,0.0015,40.0,16.97,4.31,3.66,3.9,3.9,66.4
102.20,0.0015,40.0,39.71,6.69,6.69,5.9,5.1,204.1
102.20,0.0015,40.0,21.37,3.48,3.48,6.1,5.3,112.3
102.20,0.0015,40.0,18.26,3.09,3.06,5.9,5.1,93.7
102.20,0.0015,40.0,3.29,2.52,0.72,1.3,1.9,6.2
102.20,0.0015,40.0,9.60,3.17,3.12,3.0,3.3,31.5
102.20,0.0015,40.0,7.47,3.19,3.10,2.3,2.8,20.6
102.20,0.0015,40.0,5.08,3.20,3.10,1.6,2.1,10.9
,河槽流量Qc=,583.9,m3/s,,河槽平均流速vc=,4.32,m/s,
左河滩部分,,,,,,,,
水位,比降,糙率系数,过水断面,湿周,水面宽,水力半径,流速,流量
H,i,m,A,χ,B,R=A/χ,v=mRc2/3i1/2,Q=vA
102.20,0.0015,25.0,2.57,3.42,2.93,0.8,0.8,2.1
102.20,0.0015,25.0,3.51,1.97,1.97,1.8,1.4,5.0
102.20,0.0015,25.0,3.60,1.97,1.97,1.8,1.5,5.3
102.20,0.0015,25.0,3.70,1.97,1.97,1.9,1.5,5.5
102.20,0.0015,25.0,4.72,2.47,2.47,1.9,1.5,7.1
右河滩部分,,,,,,,,
水位,比降,糙率系数,过水断面,湿周,水面宽,水力半径,流速,流量
H,i,m,A,χ,B,R=A/χ,v=mRc2/3i1/2,Q=vA
102.20,0.0015,25.0,1.41,1.11,1.10,1.3,1.2,1.6
102.20,0.0015,25.0,1.43,1.11,1.10,1.3,1.2,1.7
102.20,0.0015,25.0,1.50,1.11,1.10,1.4,1.2,1.8
102.20,0.0015,25.0,1.55,1.11,1.10,1.4,1.2,1.9
102.20,0.0015,25.0,1.60,1.11,1.10,1.4,1.3,2.0
102.20,0.0015,25.0,1.85,2.91,2.52,0.6,0.7,1.3
,河滩流量Qt=,35.4,m3/s,,河滩平均流速vt=,1.29,m/s,
,全断面流量Q=Qc+Qt=,619.3,m3/s,,全断面平均流速v=,3.81,m/s,
,,计算流量与设计流量误差=,(619.3-,580.0)/,580.0=,6.78%,,
,,综上,取百年一遇设计洪水位H1%=,102.20,m,与调查历史洪水位,,101.50m,基本相符。,
四、桥孔长度计算,,,,,,,,
根据《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2015)附录A,桥位处河段为,,,,,,弯曲河段。,,
,桥孔最小净长度按下列第,,(一),种情况的公式计算:,,,,
,(一)开阔、顺直微弯、分汊、弯曲河段及滩、槽可分的不稳定河段,,,,,,,
,,Lj=,Kq(Qp/Qc)n3Bc,,,,,
,,式中:Qp=,619.3,m3/s,,,,
,,Qc=,583.9,m3/s,,,,
,,Bc=,31.98,m,,,,
,查《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2015)表7.2.1得:,,,,,,,
,,Kq=,0.95,,,,,
,,n3=,0.87,,,,,
,则,Lj=,32.0,m,,,,
,(二)宽滩河段,,,,,,,
,,Lj=,Qp/(βQc),,,,,
,,β=,1.19(Qc/Qt)0.10,,,,,
,式中:,Qp=,619.3,m3/s,,,,
,,Qc=,583.9,m3/s,,,,
,,Qt=,35.4,m3/s,,,,
,,Bc=,31.98,m,,,,
,,qc=,Qc/Bc,,,,,
,,=,18.26,m3/s,,,,
,则,Lj=,21.5,m,,,,
,(三)滩、槽难分的不稳定河段,,,,,,,
,,Lj=,CpB0,,,,,
,,B0=,16.07(Q00.24/d00.3),,,,,
,,Cp=,(Qp/Q2%)0.33,,,,,
,式中:,Qp=,619.3,m3/s,,,,
,,Q2%=,#REF!,m3/s,,,,
,,`Q=,#REF!,m3/s,,,,
,,`d=,0.010,m,,,,
,则,Lj=,#REF!,m,,,,
,故取桥孔最小净长度,Lj=,32.0,m,,,,
,,因河流与路线方向的交角α为,90,°,,,,
,故桥长,L=Lj/cosα=,32.0,m,,,,
,,经综合考虑,桥跨布置为:,3×20m,,,,,
五、桥面高程计算,,,,,,,,
按设计洪水位计算高程,,,,,,,,
,,Hmin=,Hs+∑△h+△hj+△h0,,,,,
,式中:,,,,,,,
,,设计水位Hs=,102.20,m,,,,
,,∑△h—,壅水、浪高、水拱等总高度,一般仅考虑壅水及浪高,,,,,
,,△hj—,桥下净空安全值,,,,,
,,△h0—,建筑高度,,,,,
(一)求算∑△h,,,,,,,,
先判断桥前出现壅水或溅高,,Fr=,vc2/ghc,,,,,
,,=,0.45,<1,桥前出现壅水,,,
,故计算壅水和浪高,∑△h=,△zq+△hz,,,,,
1.求算桥前壅水高度△z和桥下壅水高度△zq,,,,,,,,
采用《桥位设计》公式13-4-1计算:,,,,,,,,
,,△z=,KNKy(vM2-voM2)/2g,,,,,
,式中:,,,,,,,
,,KN=,2/(vM/voM-1)0.5,,,,,
,,Ky=,0.5/(vM/g0.5-0.1),,,,,
,,vM=,v'M/[1+0.5d50-0.25(v'M/vc-1)],,,,,
a、求算冲刷后桥下的平均流速vM与建桥前桥孔部分的平均流速voM,,,,,,,,
,,设计流量Qs=,580.0,m3/s,,,,
,,桥下两桥台前墙间的过水面积AG=,162.47,m2,,,,
,,桥墩阻水面积Ad=,9.01,m2,,,,
,,冲刷前桥下流速v'M=,QS/(AG-Ad),,,,,
,,=,3.78,m/s,,,,
,,河床中值粒径或平均粒径d50=,20,mm,,,,
,,河槽的平均流速vc=,4.32,m/s,,,,
,于是,vM=,v'M/[1+0.5d50-0.25(v'M/vc-1)],,,,,
,,=,3.90,m/s,,,,
,,建桥前(河岸开挖后)河槽过水面积A0=,174.21,m2,,,,
,于是,v0M=,QS/A0,,,,,
,,=,3.33,m/s,,,,
b、求参数KN,,,,,,,,
,,KN=,2/(vM/voM-1)0.5,,,,,
,,=,4.85,,,,,
c、求参数Ky,,,,,,,,
,,Ky=,0.5/(vM/g0.5-0.1),,,,,
,,=,0.44,,,,,
,从而求得,△z=,KNKy(vM2-voM2)/2g,,,,,
,,=,0.44,m,,,,
桥下最大壅水高度△zq取0.5△z,,,,,,,,,
,则,△zq=,0.22,m,,,,
2.求算浪高△hz,,,,,,,,
,,△hz=,KF△hz0,,,,,
,其中:,△hz0=,0.13th[0.7(gh0/vw2)0.7]th{0.0018(gD/vw2)0.45/0.13th[0.7(gh0/vw2)0.7]}/(g/vw2),,,,,
,,KF为系数,当△hz0/h0<0.1时,取2.42;当△hz0/h0≥0.1时,取2.30,,,,,,
,,风速vw=,15,m/s,,,,
,,浪程D=,200,m,,,,
,,沿浪程平均水深h0=,1.38,m,,,,
,则,g/vw2=,0.04,/m,,,,
,,gD/vw2=,8.71,,,,,
,,gh0/vw2=,0.06,,,,,
,,计算可得△hz0=,0.10,m,,,,
,,由于△hz0/h0=,0.08,<0.1,,,,
,,应取KF=,2.42,,,,,
,,则波浪高度△hz=,KF△hz,,,,,
,,=,0.25,m,,,,
,计入桥面高程,得,∑△h=,△zq+△hz,,,,,
,,=,0.47,m,,,,
(二)确定桥下安全高度△hj,,,,,,,,
,取,△hj=,0.5,m,,,,
(三)桥梁建筑高度△h0,,,,,,,,
,,△h0=,1.40,m,,,,
因此,桥面高程计算得:,,,,,,,,
,,Hmin=,Hs+∑△h+△hj+△h0,,,,,
,,=,104.57,m,,,,
桥位处桥面高程设置为,,104.90m,~,105.15m,>,104.57m,满足要求。,
六、冲刷计算,,,,,,,,
(一)河床的一般冲刷计算,,,,,,,,
桥位处河床属黏性土河床,河槽和河滩分别按《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2015)公式8.3.2-1和8.3.2-2计算:,,,,,,,,
1.河槽部分,,,,,,,,
,,hp=,[AdQ2(hcm/hcq)5/3/(μBcj)/(0.33/IL)]5/8,,,,,
,,Q2=,QcQp/(Qc+Qtl),,,,,
,,Ad=,(Bz0.5/Hz)0.15,,,,,
,式中:,,,,,,,
,,设计流量Qp=,580.0,m3/s,,,,
,,天然状态下河槽部分设计流量Qc=,546.9,m3/s,,,,
,,天然状态下桥下河滩部分设计流量Qtl=,33.1,m3/s,,,,
,,河槽最大水深hcm=,6.17,m,,,,
,,桥下河槽平均水深hcq=,4.22,m,,,,
,,河槽部分桥孔过水净宽Bcj=,29.38,m,,,,
,,造床流量下的河槽宽度Bz=,31.98,m,,,,
,,造床流量下的河槽平均水深Hz=,4.22,m,,,,
,,冲刷坑范围内黏性土液性指数IL=,0.22,,,,,
查《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2015)表8.3.1-1得:,,,,,,,,
,,设计流速vs=,3.62,m/s,,,,
,,单孔净跨径L0=,18.7,m时,,,,,
,,桥墩水流侧向压缩系数μ=,0.931,,,,,
,,代入参数,求算得:,,,,,,
,,桥下河槽部分通过的设计流量Q2=,546.9,m3/s,,,,
,,单宽流量集中系数Ad=,1.045,,,,,
,,故桥下河槽一般冲刷后的最大水深hp=,7.70,m,,,,
2.河滩部分,,,,,,,,
,,hp=,[AdQ1(htm/htq)5/3/(μBtj)/(0.33/IL)]6/7,,,,,
,,Q1=,QtlQp/(Qc+Qtl),,,,,
,,Ad=,(Bz0.5/Hz)0.15,,,,,
,式中:,,,,,,,
,,桥下河滩最大水深htm=,1.91,m,,,,
,,桥下河滩平均水深htq=,1.38,m,,,,
,,河滩部分桥孔净长Btj=,19.36,m,,,,
,,其他参数同河槽,代入参数,求算得:,,,,,,
,,桥下河滩部分通过的设计流量Q1=,33.1,m3/s,,,,
,,故桥下河滩一般冲刷后的最大水深hp=,1.97,m,,,,
(二)桥墩局部冲刷计算,,,,,,,,
桥墩局部冲刷,按《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2015)公式8.4.2-1或8.4.2-2计算,,,,,,,,
,当hp/B1≥2.5时,,,,,,,
,,hb=,0.83KξB10.6IL1.25v,,,,,
,当hp/B1<2.5时,,,,,,,
,,hb=,0.55KξB10.6hp0.1IL1.0v,,,,,
,式中:,,,,,,,
,,查附录C,得墩形系数Kξ=,1.00,,,,,
,,桥墩计算宽度B1=,1.30,m,,,,
,,桥下一般冲刷后的最大水深hp=,7.70,m,,,,
,,冲刷坑范围内黏性土液性指数IL=,0.22,,,,,
,v为一般冲刷后墩前行近流速,桥墩位于,,,河槽中,,用下列第,(1),式计算:,
,,(1)河槽部分的行近流速:,,,,,,
,,v=,0.33hp3/5/IL,,,,,
,,(2)河滩部分的行近流速:,,,,,,
,,v=,0.33hp1/6/IL,,,,,
,则,v=,0.33hp3/5/IL,,,,,
,,=,5.10,m/s,,,,
,,因为hp/B1=,5.92,>2.5,,,,
,,所以hb=,0.83KξB10.6IL1.25v,,,,,
式中Ad、Q2、Qc、Bc、λ、μ、Bcg、hcm、Vc取值同河床一般冲刷计算值,,,,,,,,,
,,hc=,ωc/Bc=,5.53m,,,,
,故:,V=,#REF!,m/s,,,,
V,#REF!,V0,#REF!,,,,,
,,n=,(V0/V)0.23+0.19lgd,,,,,
,,=,#REF!,,,,,
,,hp/B1=,5.922,≥2.5,,,,
,因此:,hb=,0.83*KξB10.6IL1.25*V,,,,,
,,=,#REF!,m,,,,
,,=,0.75,m,,,,
,,因此,桥墩最低冲刷线高程Hmin=,Hs-hp-hb,,,,,
,,=,93.75,m,,,,
(三)桥台冲刷计算,,,,,,,,
桥台局部冲刷按《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2015)公式8.4.3-1或8.4.3-2计算,,,,,,,,
,,hs=,1.95Fr0.2Az0.5CACα,,,,,
式中:,,,,,,,,
天然河道平均流速v=,,3.81,m/s,,,,,
天然河道平均水深h=,,4.22,m,,,,,
弗汝德数Fr=v2/(gh)=,,0.35,,,,,,
桥台、路堤阻水面积Az=,,13.00,m2,,,,,
桥台形状系数CA=,,0.95,,,,,,
左岸桥台α=,,90°,,,,,,
挑角系数Cα=(α/90)0.15=,,1.00,,,,,,
,hs=,1.95Fr0.2Az0.5CACα,,,,,,
,=,5.42,m,,,,,
右岸桥台α=,,90°,,,,,,
挑角系数Cα=(α/90)0.15=,,1.00,,,,,,
,hs=,1.95Fr0.2Az0.5CACα,,,,,,
,=,5.42,m,,,,,
,,,,,,,,,
,当hp/d0≤500时,,,,,,,
,,hb=,1.17kᵋkαhp(l/hp)0.6(d0/hp)-0.15[(v-v'0)2/ghp]0.15,,,,,
,当hp/d0>500时,,,,,,,
,,hb=,1.17kᵋkαhp(l/hp)0.6(d0/hp)-0.10[(v-v'0)2/ghp]0.15,,,,,
,,,kα=(α/90)0.2,,α≤90°,,,,
,式中:,,,,,,,
,,参考表8.4.3,可得台形系数kᵋ=,0.42,,,,,
,,桥轴线与水流夹角α=,90,°,,,,
,,桥台与水流交角系数kα=,1,,,,,
,,垂直于水流流向的桥台长度l=,25.5,m,,,,
,,桥台处一般冲刷
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