第十二章大中橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)水力學(xué)與橋涵水文(第二版)教學(xué)課件

1、葉鎮(zhèn)國(guó) 彭文波 編箸水力學(xué)與橋涵水文水力學(xué)與橋涵水文第十二章 大中橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)p12-1 概論p12-2 橋位河段水流狀況和橋孔布置原則p12-3 橋孔長(zhǎng)度計(jì)算p12-4 橋面高程計(jì)算p12-5 調(diào)治構(gòu)造物（課外閱讀）112-1 概論o橋涵分類規(guī)定n 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTJ B01-2003）條文 橋涵分類標(biāo)準(zhǔn)橋涵分類標(biāo)準(zhǔn) 表表12-1212-1 概論o 橋涵布置一般原則n 橋梁應(yīng)根據(jù)公路功能、等級(jí)、通行能力及抗洪防災(zāi)要求，結(jié)合水文、地質(zhì)、通航、環(huán)境等條件進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。 n 特大、大橋橋位應(yīng)選擇河道順直穩(wěn)定、河床地質(zhì)良好，河槽能通過(guò)大部分設(shè)計(jì)流量的河段。橋位不宜選擇在河汊、沙洲、古河道、急彎

2、、匯合口、港口作業(yè)區(qū)及易形成流冰、流木阻塞的河段以及斷層、巖溶、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)的河段。 312-1 概論n 當(dāng)橋址處有二個(gè)及二個(gè)以上的穩(wěn)定河槽，或?yàn)┑亓髁空荚O(shè)計(jì)流量比例較大，且水流不易引入同一座橋時(shí)，可在各河槽、灘地、河汊上分別設(shè)橋，不宜用長(zhǎng)大導(dǎo)流堤強(qiáng)行集中水流。平坦、草原、漫流地區(qū)，可按分片泄洪布置橋涵。天然河道不宜改移或裁彎取直n 橋梁縱軸線宜與洪水主流流向正交。對(duì)通航河流上的橋梁，其墩臺(tái)沿水流方向的軸線應(yīng)與最高通航水位時(shí)的主流方向一致。當(dāng)斜交不能避免時(shí)，交角不宜大于5，當(dāng)交角大于5時(shí)，宜增加通航孔凈寬。 412-1 概論n為保證橋位附近水流順暢，河槽、河岸不發(fā)生嚴(yán)重變形，必要時(shí)可

3、在橋梁上、下游修建調(diào)治構(gòu)造物。調(diào)治構(gòu)造物的形式及其布置應(yīng)根據(jù)河流性質(zhì)、地形、地質(zhì)、河灘水流情況以及通航要求、橋頭引道、水利設(shè)施等因素綜合考慮確定。n避免危及農(nóng)田，考慮橋址附近道路、渠道等其它建筑物的需要。 512-2 橋位河段水流狀況和橋孔布置原則o 橋位河段水流狀況n 絕大多數(shù)的橋位是處于緩流河段，有縱向和側(cè)向收縮。n 從橋位上游相當(dāng)遠(yuǎn)處的斷面起，水面就開(kāi)始壅高，并呈a1型壅水曲線。（圖 12-3）612-2 橋位河段水流狀況和橋孔布置原則n無(wú)導(dǎo)流堤時(shí)最大壅水?dāng)嗝嬖跇蚯凹s1個(gè)橋長(zhǎng)處，有導(dǎo)流堤時(shí)則在上游堤端附近。n水流接近橋孔時(shí)，急劇收縮而呈“漏斗”狀，無(wú)導(dǎo)流堤時(shí)收縮斷面（“頸口”）位于橋后附

4、近某斷面，有導(dǎo)流堤時(shí)則位于橋位中線斷面。n橋臺(tái)上下游兩側(cè)主流與河岸間形成回水區(qū)。n壅水范圍內(nèi)，水流流速減小，挾沙能力降低，泥沙沉積；最大壅水?dāng)嗝娴南掠?，水流流速增大，挾沙能力加?qiáng)，河床發(fā)生沖刷，收縮斷面處的河床沖刷最嚴(yán)重；收縮斷面下游，水流又逐漸擴(kuò)散，逐漸恢復(fù)天然狀態(tài)，泥沙淤積。n急流河段，橋下水深和橋前水深均為正常水深，但在橋墩迎水面出現(xiàn)一定高度的沖擊波。712-2 橋位河段水流狀況和橋孔布置原則o 橋孔布置原則n 保證設(shè)計(jì)洪水和它所挾帶的泥沙順利宣泄，滿足通航、流冰和漂浮物安全通過(guò)的要求。n 橋孔布設(shè)應(yīng)與天然河流斷面流量分配相適應(yīng)。橋孔不宜壓縮河槽，可適當(dāng)壓縮河灘。n 山區(qū)河流峽谷河段宜單

5、孔跨越，在開(kāi)闊河段可適當(dāng)壓縮河灘。河灘路堤宜與洪水主流流向正交，否則應(yīng)增設(shè)調(diào)治工程。812-2 橋位河段水流狀況和橋孔布置原則n 應(yīng)盡可能照顧當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展規(guī)劃，與農(nóng)田水利設(shè)施相配合。建橋后的橋前壅水，不得對(duì)兩岸河堤、農(nóng)田、村鎮(zhèn)造成威脅；在平原地區(qū)尤為重要，往往以橋前壅水的允許高度作為橋孔長(zhǎng)度的控制因素。n 對(duì)跨徑在50m以下的橋孔，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑。n 主流深泓線上或主航道上不宜布設(shè)橋墩;在斷層、陷穴、溶洞、滑坡等不良地質(zhì)地段也不宜布設(shè)墩臺(tái)。912-3 橋孔長(zhǎng)度計(jì)算o 有關(guān)概念n 橋孔長(zhǎng)度L（橋長(zhǎng)）設(shè)計(jì)水位上兩橋臺(tái)前緣之間的水面寬度。n 橋孔凈長(zhǎng)Lj橋長(zhǎng)扣除全部橋墩寬度后的長(zhǎng)度。o 確定原則n

6、 首先滿足排水輸沙，保證設(shè)計(jì)洪水及其夾帶的泥沙順利宣泄。n 綜合考慮長(zhǎng)度、壅水和沖刷的相互影響。1012-3 橋孔長(zhǎng)度計(jì)算o 沖刷系數(shù)法n 沖刷系數(shù)P沖刷后與沖刷前的過(guò)水面積之比。n 別列柳伯斯基假定o 橋下過(guò)水面積擴(kuò)大到使橋下流速等于天然河槽流速時(shí)，橋下沖刷即停止。o 建議用天然河槽平均流速作為河槽沖刷停止時(shí)的平均流速。o 計(jì)算橋孔長(zhǎng)度時(shí)，常采用天然河槽平均流速作為設(shè)計(jì)流速。1112-3 橋孔長(zhǎng)度計(jì)算n 最小毛過(guò)水面積的計(jì)算最小毛過(guò)水面積的計(jì)算（圖 12-4）Ad：沖刷前橋墩所占的橋下過(guò)水面積沖刷前橋墩所占的橋下過(guò)水面積Ax：沖刷前漩渦所占的橋下過(guò)水面積沖刷前漩渦所占的橋下過(guò)水面積Ay：沖刷

7、前橋下有效過(guò)水面積沖刷前橋下有效過(guò)水面積Aj：沖刷前橋下凈過(guò)水面積；沖刷前橋下凈過(guò)水面積；Aj=Ay+Ax壓縮系數(shù)：壓縮系數(shù)：10.375ysjjAvAlAq：沖刷前橋下毛過(guò)水面積。沖刷前橋下毛過(guò)水面積。Aq=Aj+Ad橋墩阻水折減系數(shù)：橋墩阻水折減系數(shù)：dqAbAl（ 12-5）1212-3 橋孔長(zhǎng)度計(jì)算n 按流量定義（見(jiàn)公式3-10）（12-6）syPvPAQ (1)yjqAAA(1)PqsQAPv各類河段的容許沖刷系各類河段的容許沖刷系 表表12-31312-3 橋孔長(zhǎng)度計(jì)算n 橋長(zhǎng)的確定繪制過(guò)水面積累積曲線，從中選擇略大繪制過(guò)水面積累積曲線，從中選擇略大于于Aq而水面寬度最小的橋臺(tái)布置

8、方案。而水面寬度最小的橋臺(tái)布置方案。1412-3 橋孔長(zhǎng)度計(jì)算o 按規(guī)范C30經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算橋長(zhǎng)n 峽谷河段峽谷河段o 可按河床地形布孔，不宜壓縮河槽，可不作橋孔可按河床地形布孔，不宜壓縮河槽，可不作橋孔最小凈長(zhǎng)度計(jì)算。最小凈長(zhǎng)度計(jì)算。n 開(kāi)闊、順直微彎、分汊、彎曲河段及灘、槽可分的不開(kāi)闊、順直微彎、分汊、彎曲河段及灘、槽可分的不穩(wěn)定河段穩(wěn)定河段（12-9）jqccnPQLKBQ1512-3 橋孔長(zhǎng)度計(jì)算n 寬灘河段寬灘河段n 灘、槽難分的不穩(wěn)定河段灘、槽難分的不穩(wěn)定河段PjcQLq0.101.19ctQQ（12-10）（12-11）（12-12）jP0LC B0.2400.316.07QBd0

9、.33PP2%QCQ1612-4 橋面高程計(jì)算o 橋面標(biāo)高n 定義：橋面中心線上最低點(diǎn)的高程。o 影響因素n 滿足泄流、通航、流冰和其它漂浮物通過(guò)的要求。n 壅水、波浪和水拱高度。n 河灣水位超高及河床淤積。n 跨越河口、海灣時(shí)還應(yīng)考慮潮汐、海浪等因素。1712-4 橋面高程計(jì)算o 計(jì)算式（見(jiàn)圖12-7）n 非通航河流按設(shè)計(jì)水位計(jì)算o 按設(shè)計(jì)水位計(jì)算o 按設(shè)計(jì)最高流冰水位計(jì)算minPjDHHhhh （12-13） minPBjDHHhh（12-14） 1812-4 橋面高程計(jì)算（圖（圖 12-7 ）1912-4 橋面高程計(jì)算n 通航河流o 通航河流的橋面設(shè)計(jì)高程除除滿足不通航河流的要求外，同時(shí)

10、還應(yīng)滿足minttPMDHHHh（12-15） 非通航河流和通航河流的不通航橋孔橋下凈空安全值非通航河流和通航河流的不通航橋孔橋下凈空安全值 表表12-42012-4 橋面高程計(jì)算o 各種水面超高值計(jì)算n 橋前最大壅水高度220Mzvv （12-16） 表表12-8橋下斷面設(shè)計(jì)橋下斷面設(shè)計(jì)平均流速平均流速 表表12-7水流阻力系數(shù)水流阻力系數(shù) 2112-4 橋面高程計(jì)算n 橋下壅水高度o 根據(jù)洪水漲落情勢(shì)和土質(zhì)易沖程度取值，一般情況取橋前最大壅水高度的1/2。n 壅水曲線o 曲線的精確繪制按水力學(xué)中的分段求和法進(jìn)行。2212-4 橋面高程計(jì)算o 橋位設(shè)計(jì)時(shí)，按二次拋物線近似計(jì)算。222mmzy

11、xLzLi212xxiLzzz（12-20） （圖（圖 12-9）2312-4 橋面高程計(jì)算o 波浪高度（見(jiàn)圖12-8）n水面受風(fēng)的作用而呈現(xiàn)起伏波動(dòng)，并沿風(fēng)向傳播，形成波浪。n波面凸起的最高點(diǎn)稱為波峰，波面凹下的最低點(diǎn)稱為波谷。n相鄰的波峰與波谷之間的垂直跟離稱為波浪高度，相鄰兩個(gè)波峰(或兩個(gè)波谷)之間的水平距離稱為波浪長(zhǎng)度，波浪傳播的距離稱為浪程。n大小與風(fēng)速、風(fēng)向、浪程、水深及橋位處的自然環(huán)境等直接相關(guān)。n在水庫(kù)、湖泊以及河岸較寬闊的水域或洪水持續(xù)時(shí)間很久的河流上均需要考慮波浪對(duì)橋高的影響。2412-4 橋面高程計(jì)算（圖（圖 12-8）2512-4 橋面高程計(jì)算n 波浪高度計(jì)算式n 橋位處波浪高度以橋位靜水面以上波浪高度的2/3計(jì)算。0.450.7220.7220.00182.3 0.130.70.130.7DLgK Dvghththvghthvhgv（12-17） 2612-4 橋面高程計(jì)算o 路堤（或?qū)Я鞯蹋┻吰绿幍牟ɡ烁叨萶 斜向波浪爬高v1