橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算

1、 橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算p6.1 建橋后的河床演變建橋后的河床演變 p6.2 河床的自然演變沖刷河床的自然演變沖刷 p6.3 橋下斷面的一般沖刷計(jì)算橋下斷面的一般沖刷計(jì)算 p6.4 橋墩的局部沖刷計(jì)算橋墩的局部沖刷計(jì)算p6.5 橋臺(tái)沖刷計(jì)算橋臺(tái)沖刷計(jì)算 p6.6 橋梁墩臺(tái)基底最小埋深橋梁墩臺(tái)基底最小埋深 6.1 建橋后的河床演變建橋后的河床演變 一、建橋后河床演變的基本組成及計(jì)算假定一、建橋后河床演變的基本組成及計(jì)算假定p沖刷組成沖刷組成自然演變沖刷自然演變沖刷 一般沖刷一般沖刷 局部沖刷局部沖刷p計(jì)算假定計(jì)算假定相繼進(jìn)行，分別計(jì)算，疊加匯總。相繼進(jìn)行，分別計(jì)算，疊加匯總。二、沖刷計(jì)

2、算斷面的確定二、沖刷計(jì)算斷面的確定p平原順直型平原順直型河段取橋位上游附近河段取橋位上游附近最大水深斷面最大水深斷面p平原彎曲型平原彎曲型河段取橋位上游附近河段取橋位上游附近河灣半徑最小河灣半徑最小的的河灣頂點(diǎn)斷面河灣頂點(diǎn)斷面p游蕩型和變遷型游蕩型和變遷型河段取橋位附近河段取橋位附近若干河床斷面重若干河床斷面重疊后疊后的的外包線外包線p山區(qū)河段山區(qū)河段取取橋位斷面橋位斷面6.2 河床的自然演變沖刷河床的自然演變沖刷 p河床自然演變沖刷的四種類型：河床自然演變沖刷的四種類型： 1) 河流發(fā)育成長(zhǎng)過(guò)程中河床河流發(fā)育成長(zhǎng)過(guò)程中河床縱斷面縱斷面的變形；的變形； 2) 河槽河槽橫向橫向移動(dòng)所引起的變形；

3、移動(dòng)所引起的變形； 3) 河段河段深泓線擺動(dòng)深泓線擺動(dòng)引起的沖刷變形；引起的沖刷變形； 4) 河槽河槽周期性變形周期性變形6.3 橋下斷面的一般沖刷計(jì)算橋下斷面的一般沖刷計(jì)算 p一般沖刷的基本概念：一般沖刷的基本概念： 建橋后，由于橋孔壓縮河床，橋下過(guò)水面積減小，建橋后，由于橋孔壓縮河床，橋下過(guò)水面積減小，從而引起橋下流速的增大，水流挾沙能力也隨之從而引起橋下流速的增大，水流挾沙能力也隨之增大，造成整個(gè)斷面的河床沖刷。這一沖刷過(guò)程，增大，造成整個(gè)斷面的河床沖刷。這一沖刷過(guò)程，稱為稱為橋下斷面的一般沖刷橋下斷面的一般沖刷。p隨著一般沖刷的發(fā)展，橋下過(guò)水?dāng)嗝嬷饾u增大，隨著一般沖刷的發(fā)展，橋下過(guò)水?dāng)?/p>

4、面逐漸增大，流速逐漸降低，沖刷速率逐漸減小。流速逐漸降低，沖刷速率逐漸減小。p當(dāng)橋下河槽各點(diǎn)泥沙的沖刷及淤積達(dá)到平衡時(shí)，當(dāng)橋下河槽各點(diǎn)泥沙的沖刷及淤積達(dá)到平衡時(shí)，一般沖刷趨于停止，一般沖刷的深度達(dá)到最大。一般沖刷趨于停止，一般沖刷的深度達(dá)到最大。目前在工程界，一般沖刷目前在工程界，一般沖刷后最大水深后最大水深用用hp表示。表示。php表示當(dāng)一般沖刷完成后，從表示當(dāng)一般沖刷完成后，從設(shè)計(jì)水位設(shè)計(jì)水位算起的算起的計(jì)計(jì)算垂線處水深算垂線處水深（也即為計(jì)算垂線處天然水深與一（也即為計(jì)算垂線處天然水深與一般沖刷完成后河底被沖刷深度之和）。般沖刷完成后河底被沖刷深度之和）。一、橋下斷面一般沖刷的基本理論一

5、、橋下斷面一般沖刷的基本理論p(一一)別列柳伯斯基理論別列柳伯斯基理論 “橋下水流斷面面積增大到橋下水流斷面面積增大到橋下流速橋下流速等于等于河槽天然流河槽天然流速速時(shí)，沖刷就停止了。時(shí)，沖刷就停止了。”p(二二)包爾達(dá)柯夫理論包爾達(dá)柯夫理論 橋下流速橋下流速達(dá)到達(dá)到天然河槽流速天然河槽流速時(shí)，橋下沖刷被停止，而時(shí)，橋下沖刷被停止，而且同一垂線處，且同一垂線處，沖刷后的水深沖刷后的水深與與沖刷前沖刷前的水深的水深成正比成正比p(三三)沖止流速理論沖止流速理論 橋下一般沖刷停止時(shí)的垂線平均流速稱為橋下一般沖刷停止時(shí)的垂線平均流速稱為沖止流速?zèng)_止流速。當(dāng)垂線平均流速降低至該垂線的沖止流速時(shí)，該垂線

6、處當(dāng)垂線平均流速降低至該垂線的沖止流速時(shí)，該垂線處沖刷停止，一般沖刷達(dá)到最大；當(dāng)橋下所有垂線的流速?zèng)_刷停止，一般沖刷達(dá)到最大；當(dāng)橋下所有垂線的流速都降低至沖止流速時(shí)，橋下斷面的一般沖刷即完全停止都降低至沖止流速時(shí)，橋下斷面的一般沖刷即完全停止p(四四)輸沙平衡理論輸沙平衡理論 建橋后，建橋后，上游來(lái)沙量上游來(lái)沙量和和橋下排沙量橋下排沙量逐漸接近以至相等，逐漸接近以至相等，橋下河槽斷面達(dá)到輸沙平衡，沖刷隨之停止，一般沖刷橋下河槽斷面達(dá)到輸沙平衡，沖刷隨之停止，一般沖刷深度達(dá)到最大。深度達(dá)到最大。二、非粘性土河床的一般沖刷二、非粘性土河床的一般沖刷1. 河槽部分河槽部分 1）641修正式修正式qa

7、vqavbbspzqh vspzqhv寬淺式河渠：寬淺式河渠：121 11632 2211vc rjr r ir inn212abhhrhbhhb12231vh in1125223311(1 )qavhh ih inn5132maxmax1qhin53maxmaxqhqh又因?yàn)椋河忠驗(yàn)椋簊jqql0.15zdzbah 5533maxmaxmaxsjhqhqqlhhmaxsdqa q53maxmaxqhqhqs 沖刷停止后最大單寬流量；沖刷停止后最大單寬流量；qmax 沖刷前最大單寬流量。沖刷前最大單寬流量。yyyjjjal hlall h非粘性土河床沖止流速：非粘性土河床沖止流速：2136zp

8、ved h53maxmax2136sdjsdpzzpqhalhqa qhvved h3553max16sdjpqhalhhed64-1修正式：修正式：3553216cmdcqcjphqabhhed 21cpctqqqqq2）64-2簡(jiǎn)化式簡(jiǎn)化式12gg橋下淤積橋下淤積p原理：原理：輸沙平衡原理輸沙平衡原理；p適用性：有適用性：有推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的的非粘性土河床非粘性土河床。pg1上游天然河道的來(lái)沙量，上游天然河道的來(lái)沙量， g2橋下河槽斷面的排沙量。橋下河槽斷面的排沙量。12gg橋下沖刷橋下沖刷12gg橋下沖淤平衡橋下沖淤平衡p推移質(zhì)的推移質(zhì)的輸沙率輸沙率gs：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位河寬通過(guò)推移：?jiǎn)?/p>

9、位時(shí)間單位河寬通過(guò)推移質(zhì)的質(zhì)量【質(zhì)的質(zhì)量【kg/(ms)】41111 11sggbvbp上游天然河道的來(lái)沙量：上游天然河道的來(lái)沙量：1111qvb h4111111qgbb h2224222(1)(1)sggbvbp橋下斷面的排沙量：橋下斷面的排沙量：2222(1)da qvb h4222222(1)(1)da qgbb h12gg2phhp令令44211122121(1)(1)dpa qqbbb hb h0.660.9021.041cpdcmccgbqhahqb314422111121pdqbhahqb 64-2簡(jiǎn)化式：簡(jiǎn)化式：2. 河灘部分河灘部分556311tmtqtjphhqbhhv三

10、、粘性土河床的一般沖刷三、粘性土河床的一般沖刷00ppllppwwwwiwwi粘性土：粘性土：0.05dmm三、粘性土河床的一般沖刷三、粘性土河床的一般沖刷1. 河槽部分河槽部分558310.33ccmdcjcqplqhabhhi 三、粘性土河床的一般沖刷三、粘性土河床的一般沖刷2. 河灘部分河灘部分657310.33ttmtqtjplqhbhhi 6.4 橋墩的局部沖刷計(jì)算橋墩的局部沖刷計(jì)算 修建在河床內(nèi)的橋墩，經(jīng)受著橋位河段及橋下修建在河床內(nèi)的橋墩，經(jīng)受著橋位河段及橋下斷面的一般沖刷，同時(shí)，橋墩阻擋水流，水流在橋斷面的一般沖刷，同時(shí)，橋墩阻擋水流，水流在橋墩兩側(cè)繞流，形成十分復(fù)雜的、以墩兩

11、側(cè)繞流，形成十分復(fù)雜的、以繞流漩渦體系為繞流漩渦體系為主主的繞流結(jié)構(gòu)，引起橋墩周圍急劇的泥沙運(yùn)動(dòng)，形的繞流結(jié)構(gòu)，引起橋墩周圍急劇的泥沙運(yùn)動(dòng)，形成橋墩周圍局部沖刷坑。成橋墩周圍局部沖刷坑。 為了便于分析計(jì)算，假定橋墩局部沖刷是在為了便于分析計(jì)算，假定橋墩局部沖刷是在一一般沖刷完成后般沖刷完成后的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。橋墩計(jì)算公式中的的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。橋墩計(jì)算公式中的墩前水深和流速都是采用一般沖刷后的水深和流速。墩前水深和流速都是采用一般沖刷后的水深和流速。一、橋墩局部沖刷的機(jī)理一、橋墩局部沖刷的機(jī)理 1. 橋墩周圍的水流橋墩周圍的水流橋墩周圍的水流結(jié)構(gòu)橋墩周圍的水流結(jié)構(gòu)1.墩前向下水流墩前向下水流2.墩前

12、水面涌波墩前水面涌波3.尺度很大的漩渦體系尺度很大的漩渦體系漩渦體系漩渦體系1.兩側(cè)繞流漩渦兩側(cè)繞流漩渦2.墩前向下水流在床面附近形成的墩前向下水流在床面附近形成的馬蹄形漩渦馬蹄形漩渦3.橋墩兩側(cè)邊界層分離形成的橋墩兩側(cè)邊界層分離形成的尾流漩渦尾流漩渦4.床面附近形成的小漩渦床面附近形成的小漩渦 每個(gè)急速旋轉(zhuǎn)并向下游移動(dòng)漩渦的中心形成負(fù)每個(gè)急速旋轉(zhuǎn)并向下游移動(dòng)漩渦的中心形成負(fù)壓，吸起床沙，帶往下游。伴隨漩渦的生成和移動(dòng)，壓，吸起床沙，帶往下游。伴隨漩渦的生成和移動(dòng)，引起床面靜止的泥沙呈陣發(fā)性、突然的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)狀引起床面靜止的泥沙呈陣發(fā)性、突然的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在橋墩下游兩側(cè)漩渦相匯，泥沙沉積，形成

13、很態(tài)。在橋墩下游兩側(cè)漩渦相匯，泥沙沉積，形成很長(zhǎng)的沙脊。當(dāng)行近流速較小時(shí)，在橋墩下游約長(zhǎng)的沙脊。當(dāng)行近流速較小時(shí)，在橋墩下游約8倍倍墩寬（墩徑）處，漩渦逐漸消失。墩寬（墩徑）處，漩渦逐漸消失。 2. 幾個(gè)名詞幾個(gè)名詞 行近流速：行近流速：v，指橋墩上游不遠(yuǎn)處，未受繞流，指橋墩上游不遠(yuǎn)處，未受繞流 影響的墩前天然流速。影響的墩前天然流速。 始沖流速：始沖流速：v0(0.40.6)v0 起動(dòng)流速：起動(dòng)流速：v0 清水沖刷清水沖刷：v0 vv0，床面泥沙運(yùn)動(dòng)，上游泥沙落，床面泥沙運(yùn)動(dòng)，上游泥沙落入沖刷坑，坑內(nèi)泥沙得到補(bǔ)給，稱為動(dòng)床沖刷。入沖刷坑，坑內(nèi)泥沙得到補(bǔ)給，稱為動(dòng)床沖刷。 3. 影響橋墩周邊局

14、部沖刷的主要因素影響橋墩周邊局部沖刷的主要因素 涌向橋墩的水流流速、流向涌向橋墩的水流流速、流向 橋墩寬度橋墩寬度 橋墩型式橋墩型式 墩前水深墩前水深 床沙粒徑床沙粒徑二、非粘性土河床橋墩局部沖刷計(jì)算二、非粘性土河床橋墩局部沖刷計(jì)算 推薦使用公式推薦使用公式65-2式式65-1修正式修正式 1. 65-2式式0.60.150210bpvvhk kbhv 20.60.150210nbpvvhk k b hv 當(dāng)當(dāng)vv0， 當(dāng)當(dāng)v v0， k 墩形系數(shù)，查表墩形系數(shù)，查表6-3hp 一般沖刷后的最大水深一般沖刷后的最大水深(m)v 一般沖刷后墩前行近流速一般沖刷后墩前行近流速(m/s) 式中：式中

15、：hb 橋墩局部沖刷深度橋墩局部沖刷深度(m)b1 橋墩計(jì)算寬度橋墩計(jì)算寬度，查表查表6-30.500.28(0.7)vd0.5500.12(0.5)vd 0.230.19lg02dvnvdv0墩前泥沙始沖流速墩前泥沙始沖流速(m/s)，n2指數(shù)，指數(shù)，河床泥沙平均粒徑河床泥沙平均粒徑(mm)； 式中：式中：v0河床泥沙起動(dòng)流速河床泥沙起動(dòng)流速(m/s)0.2422.20.00230.375kddk 2河床顆粒的影響系數(shù)河床顆粒的影響系數(shù)，2. 65-1修正式修正式0.6110bhk k bvv0.60110000nbvvhk k bvvvv當(dāng)當(dāng)vv0， 當(dāng)當(dāng)v v0， 10.450.1511

16、0.8kddk 1河床顆粒的影響系數(shù)河床顆粒的影響系數(shù)，72. 014. 00103320246. 0dhddhvpp006.010462.0vbdv0.190.2501dvnvdv0墩前泥沙始沖流速墩前泥沙始沖流速(m/s)，n1指數(shù)，指數(shù)，河床泥沙平均粒徑河床泥沙平均粒徑(mm)； 式中：式中：v0河床泥沙起動(dòng)流速河床泥沙起動(dòng)流速(m/s)3. 一般沖刷后墩前行近流速一般沖刷后墩前行近流速v的計(jì)算的計(jì)算三、粘性土河床橋墩局部沖刷深度計(jì)算三、粘性土河床橋墩局部沖刷深度計(jì)算 5 . 21bhpvibkhlb25.16.0183.05 .21bhpvihbkhlpb0 . 11 . 06 . 0

17、155. 0當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)， 當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)， 式中：式中：il沖刷坑范圍內(nèi)粘性土液性指數(shù)，適用范沖刷坑范圍內(nèi)粘性土液性指數(shù)，適用范 圍為圍為0.161.48。6.5 橋臺(tái)沖刷計(jì)算橋臺(tái)沖刷計(jì)算 一、橋臺(tái)的沖刷機(jī)理一、橋臺(tái)的沖刷機(jī)理 6.5 橋臺(tái)沖刷計(jì)算橋臺(tái)沖刷計(jì)算 二、非粘性土河床橋臺(tái)沖刷計(jì)算公式二、非粘性土河床橋臺(tái)沖刷計(jì)算公式 1. 交通部科技攻關(guān)公式（交通部科技攻關(guān)公式（95-1公式）公式）0.200.501.95szahfrac c2. 美國(guó)聯(lián)邦公路局（美國(guó)聯(lián)邦公路局（fhwa）推薦公式）推薦公式125ay0.400.331112.15syafryy125ay0.33114syfry當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)，時(shí)時(shí)，

18、當(dāng)當(dāng)111vfrgy6.5 橋臺(tái)沖刷計(jì)算橋臺(tái)沖刷計(jì)算 三、粘性土河床橋臺(tái)的沖刷計(jì)算公式三、粘性土河床橋臺(tái)的沖刷計(jì)算公式 581.9731.051slahqiec cdlbq 式中：式中： 天然狀態(tài)下河床單寬流量，天然狀態(tài)下河床單寬流量，m3/(sm)il 粘性土液性指數(shù)，適用范圍為粘性土液性指數(shù)，適用范圍為0.161.19 橋臺(tái)路堤阻水比橋臺(tái)路堤阻水比l ld d 路堤阻水長(zhǎng)度；路堤阻水長(zhǎng)度；b b 天然水面寬度。天然水面寬度。6.6 橋梁墩臺(tái)基底最小埋深橋梁墩臺(tái)基底最小埋深 minspbhhhhq橋墩的最低沖刷線高程橋墩的最低沖刷線高程h h 橋臺(tái)所在位置橋臺(tái)所在位置（河灘或河槽）的平均（河灘或河槽）的平均水深水深(m)h hs s 橋臺(tái)沖刷深度。橋臺(tái)沖刷深度。minsshh