第九章-桥位勘测设计

1、,水力学与桥涵水文,第九章 桥位勘测设计,浙江水利水电学院,1,2,第九章 桥位勘测设计,目 录 第一节 桥位勘测设计和桥位选择 第二节 大中桥孔径计算 第三节 大中桥桥面设计高程计算 第四节 小桥涵位置选择 第五节 小桥孔径计算 第六节 涵洞孔径计算,3,第九章 桥位勘测设计,4,第一节 桥位勘测设计和桥位选择,桥涵分类规定 公路工程技术标准（JTG B01-2014）条文,第九章 桥位勘测设计,5,第一节 桥位勘测设计和桥位选择,桥涵布置一般原则 1. 应根据公路的功能、等级、通行能力及抗洪防灾要求，结合水文、地质、通航、环境等条件进行综合设计。 2. 特大、大桥桥位应选择河道顺直稳定、河

2、床地质良好，河槽能通过大部分设计流量的河段。桥位不宜选择在河汊、沙洲、古河道、急弯、汇合口、港口作业区及易形成流冰、流木阻塞的河段以及断层、岩溶、滑坡、泥石流等不良地质的河段。,第九章 桥位勘测设计,6,第一节 桥位勘测设计和桥位选择,桥涵布置一般原则 3. 当桥址处有二个及二个以上的稳定河槽，或滩地流量占设计流量比例较大，且水流不易引入同一座桥时，可在各河槽、滩地、河汊上分别设桥，不宜用长大导流堤强行集中水流。平坦、草原、漫流地区，可按分片泄洪布置桥涵。天然河道不宜改移或裁弯取直。,第九章 桥位勘测设计,7,第一节 桥位勘测设计和桥位选择,桥涵布置一般原则 4. 桥梁纵轴线宜与洪水主流流向正

3、交。对通航河流上的桥梁，其墩台沿水流方向的轴线应与最高通航水位时的主流方向一致。当斜交不能避免时，交角不宜大于5，当交角大于5时，宜增加通航孔净宽。,第九章 桥位勘测设计,8,第一节 桥位勘测设计和桥位选择,桥涵布置一般原则 5. 为保证桥位附近水流顺畅，河槽、河岸不发生严重变形，必要时可在桥梁上、下游修建调治构造物。调治构造物的形式及其布置应根据河流性质、地形、地质、河滩水流情况以及通航要求、桥头引道、水利设施等因素综合考虑确定。 6. 避免危及农田，考虑桥址附近道路、渠道等其它建筑物的需要。,第九章 桥位勘测设计,9,第一节 桥位勘测设计和桥位选择,桥位河段水流状况 绝大多数的桥位是处于缓

4、流河段，有纵向和侧向收缩。 从桥位上游相 当远处的断面 起，水面开始 壅高，并呈图 示壅水曲线。,第九章 桥位勘测设计,10,第一节 桥位勘测设计和桥位选择,桥位河段水流状况 无导流堤时最大壅水断面在桥前约1个桥长处，有导流堤时则在上游堤端附近。 水流接近桥孔时，急剧收缩而呈“漏斗”状，无导流堤时收缩断面（“颈口”）位于桥后附近某断面，有导流堤时则位于桥位中线断面。 桥台上下游两侧主流与河岸间形成回水区。,第九章 桥位勘测设计,11,第一节 桥位勘测设计和桥位选择,桥位河段水流状况 壅水范围内，水流流速减小，挟沙能力降低，泥沙沉积；最大壅水断面的下游，水流流速增大，挟沙能力加强，河床发生冲刷，

5、收缩断面处的河床冲刷最严重；收缩断面下游，水流又逐渐扩散，逐渐恢复天然状态，泥沙淤积。 急流河段，桥下水深和桥前水深均为正常水深，但在桥墩迎水面出现一定高度的冲击波。,第九章 桥位勘测设计,12,第一节 桥位勘测设计和桥位选择,桥孔布置原则 保证设计洪水和它所挟带的泥沙顺利宣泄，满足通航、流冰和漂浮物安全通过的要求。 桥孔布设应与天然河流断面流量分配相适应。桥孔不宜压缩河槽，可适当压缩河滩。 山区河流峡谷河段宜单孔跨越，在开阔河段可适当压缩河滩。河滩路堤宜与洪水主流流向正交，否则应增设调治工程。,第九章 桥位勘测设计,13,第一节 桥位勘测设计和桥位选择,桥孔布置原则 保证应尽可能照顾当地的发

6、展规划，与农田水利设施相配合。建桥后的桥前壅水，不得对两岸河堤、农田、村镇造成威胁；在平原地区尤为重要，往往以桥前壅水的允许高度作为桥孔长度的控制因素。 对跨径在50m以下的桥孔，尽可能采用标准跨径。 主流深泓线上或主航道上不宜布设桥墩;在断层、陷穴、溶洞、滑坡等不良地质地段也不宜布设墩台。,第九章 桥位勘测设计,14,第九章 桥位勘测设计,15,第二节 大中桥孔径计算,有关概念 桥孔长度L（桥长）：设计水位上两桥台前缘之间的水面宽度。 桥孔净长Lj：桥长扣除全部桥墩宽度后的长度。 确定原则 首先满足排水输沙，保证设计洪水及其夹带的泥沙顺利宣泄。 综合考虑长度、壅水和冲刷的相互影响。,第九章

7、桥位勘测设计,16,第二节 大中桥孔径计算,冲刷系数法 冲刷系数P ：冲刷后与冲刷前的过水面积之比。 别列柳伯斯基假定：1. 桥下过水面积扩大到使桥下流速等于天然河槽流速时，桥下冲刷即停止；2. 建议用天然河槽平均流速作为河槽冲刷停止时的平均流速；3. 计算桥孔长度时，常采用天然河槽平均流速作为设计流速。,第九章 桥位勘测设计,17,第二节 大中桥孔径计算,最小毛过水面积的计算,第九章 桥位勘测设计,18,第二节 大中桥孔径计算,最小毛过水面积的计算,第九章 桥位勘测设计,Ad：冲刷前桥墩所占的桥下过水面积,Ax：冲刷前漩涡所占的桥下过水面积,Ay：冲刷前桥下有效过水面积,Aj：冲刷前桥下净过

8、水面积；Aj=Ay+Ax,压缩系数：,Aq：冲刷前桥下毛过水面积。Aq=Aj+Ad,桥墩阻水折减系数,19,按流量定义,各类河段的容许冲刷系数,第二节 大中桥孔径计算,第九章 桥位勘测设计,20,桥长的确定,绘制过水面积累积曲线，从中选择略大于Aq而水面宽度最小的桥台布置方案。,第二节 大中桥孔径计算,第九章 桥位勘测设计,21,按规范C30经验公式计算桥长 峡谷河段 可按河床地形布孔，不宜压缩河槽，可不作桥孔最小净长度计算。 开阔、顺直微弯、分汊、弯曲河段及滩、槽可分的不稳定河段,第二节 大中桥孔径计算,第九章 桥位勘测设计,22,宽滩河段 滩、槽难分的不稳定河段,第二节 大中桥孔径计算,第

9、九章 桥位勘测设计,23,第九章 桥位勘测设计,24,第三节 大中桥面设计高程计算,桥面标高 桥面中心线上最低点的高程。 影响因素 满足泄流、通航、流冰和其它漂浮物通过的要求。 壅水、波浪和水拱高度。 河湾水位超高及河床淤积。 跨越河口、海湾时还应考虑潮汐、海浪等因素。,第九章 桥位勘测设计,25,桥面标高 非通航河流按设计水位计算 设计最高流冰水位计算公式,第九章 桥位勘测设计,第三节 大中桥面设计高程计算,26,第九章 桥位勘测设计,第三节 大中桥面设计高程计算,27,通航河流 通航河流的桥面设计高程除除满足不通航河流的要求外，同时还应满足,第九章 桥位勘测设计,第三节 大中桥面设计高程计

10、算,28,各种水面超高值计算 桥前最大壅水高度,桥下断面设计 平均流速,水流阻力系数,第九章 桥位勘测设计,第三节 大中桥面设计高程计算,29,桥下壅水高度 根据洪水涨落情势和土质易冲程度取值，一般情况取桥前最大壅水高度的1/2。 壅水曲线 曲线的精确绘制按水力学中的分段求和法进行。,第九章 桥位勘测设计,第三节 大中桥面设计高程计算,30,桥位设计时，按二次抛物线近似计算。,（图 12-9）,第九章 桥位勘测设计,第三节 大中桥面设计高程计算,31,波浪高度 水面受风的作用而呈现起伏波动，并沿风向传播，形成波浪。 波面凸起的最高点称为波峰，波面凹下的最低点称为波谷。 相邻的波峰与波谷之间的垂

11、直跟离称为波浪高度，相邻两个波峰(或两个波谷)之间的水平距离称为波浪长度，波浪传播的距离称为浪程。 大小与风速、风向、浪程、水深及桥位处的自然环境等直接相关。 在水库、湖泊以及河岸较宽阔的水域或洪水持续时间很久的河流上均需要考虑波浪对桥高的影响。,第九章 桥位勘测设计,第三节 大中桥面设计高程计算,32,第九章 桥位勘测设计,第三节 大中桥面设计高程计算,33,波浪高度计算式 桥位处波浪高度以桥位静水面以上波浪高度的2/3计算。,第九章 桥位勘测设计,第三节 大中桥面设计高程计算,34,路堤（或导流堤）边坡处的波浪高度 斜向波浪爬高,第九章 桥位勘测设计,第三节 大中桥面设计高程计算,35,河

12、湾超高（取1/2计算值） 水拱、河床淤积等 以调查资料确定 河床淤积高度,山前区宽浅河道中游扩散河段桥下净空高度,第九章 桥位勘测设计,第三节 大中桥面设计高程计算,下标1测站或形态断面数值 下标2桥位断面数值 Qp 测站或形态断面抵算的设计流量 n值 F30km2或流域面积相差小于20%时,36,第八章 桥涵设计流量及水位推算,第三节 根据暴雨资料推算,第九章 桥位勘测设计,37,小桥涵的分类 小桥 多孔跨径8mL30m，单孔标准跨径5mL020m 。 涵洞 单孔标准跨径L05m 。 小桥涵的设计原则 符合安全、经济、适用、美观的统一；适应所在公路的等级标准、性质、使用任务及未来的发展 。

13、因地制宜，就地取材，便于施工养护 。 有利于生态环保，密切配合当地农田水利，避免淹田、毁田、破坏排灌系统。,第九章 桥位勘测设计,第四节 小桥涵位置选择,38,小桥涵位置选择的基本原则 服从路线走向。 逢沟设桥或涵。 适应路线平纵要求并与路基排水系统协调。 小桥轴线应与河沟流向垂直；涵洞轴线应与水流方向一致，使进出口水流平顺畅通。 河段的河床地质良好，河道顺直。 主体及附属工程的全部工程量最小，造价最低。,第九章 桥位勘测设计,第四节 小桥涵位置选择,下标1测站或形态断面数值 下标2桥位断面数值 Qp 测站或形态断面抵算的设计流量 n值 F30km2或流域面积相差小于20%时,39,第八章 桥

14、涵设计流量及水位推算,第三节 根据暴雨资料推算,第九章 桥位勘测设计,40,计算特点 小桥涵一般不允许河底发生冲刷，可以根据河床加固铺砌类型，选择适当的容许流速作为设计流速，而大中桥允许河底发生一定的冲刷，一般采用天然河槽的平均流速作为设计流速。 小桥涵按下游天然水深可分为自由出流和淹没出流。 基本思路 根据实际，拟定河床加固类型容许流速根据设计流量计算孔径和壅水高度,第九章 桥位勘测设计,第五节 小桥孔径计算,41,小桥泄流的淹没标准 小桥自由出流 小桥淹没出流,（图 14-14） a)自由出流； b)淹没出流,第九章 桥位勘测设计,第五节 小桥孔径计算,42,计算程序 计算河槽天然水深 计

15、算桥下临界水深 任意形状断面的平均临界水深 矩形断面,第九章 桥位勘测设计,第五节 小桥孔径计算,43,宽浅梯形断面 一般梯形断面 临界流断面水面宽度 判别出流方式 计算小桥孔径长度L 自由出流,考虑侧收，桥下需要的水面宽度,第九章 桥位勘测设计,第五节 小桥孔径计算,44,桥下断面为矩形 桥下断面为梯形,（图 14-15） a)自由出流； b)淹没出流,（14-10）,第九章 桥位勘测设计,第五节 小桥孔径计算,45,淹没出流 桥下过水断面的水深为ht，则桥下泄流过水断面平均宽度（ht/2）为 桥下断面为矩形 桥下断面为梯形,第九章 桥位勘测设计,第五节 小桥孔径计算,46,将计算的L进至标

16、准跨径，若相差大于10%，则根据桥孔长度反算桥下流速和临界水深，复核出流方式。 计算桥前水深 自由出流 淹没出流,第九章 桥位勘测设计,第五节 小桥孔径计算,47,计算桥面和路基标高 桥面 桥头路堤,（14-19）,（14-20）,（图 14-19）,第九章 桥位勘测设计,第五节 小桥孔径计算,下标1测站或形态断面数值 下标2桥位断面数值 Qp 测站或形态断面抵算的设计流量 n值 F30km2或流域面积相差小于20%时,48,第八章 桥涵设计流量及水位推算,第三节 根据暴雨资料推算,第九章 桥位勘测设计,49,涵洞分类 按建筑材料：石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵、钢波纹管涵 按构造形式：管涵、盖板涵、拱涵、箱涵 按涵洞洞顶填土高度：明涵（填土高度小于0.5m）和暗涵（填土高度大于或等于0.5m） 按水力性质：无压力式、半压力式、压力式 按底坡类型：缓坡涵洞、平坡涵洞、急坡及临界坡涵洞 按洞长对过水能力的影响：长涵、短涵,第六节 涵洞孔径计算,第九章 桥位勘测设计,50,涵洞水流图式 缓坡涵洞 平坡涵洞,（