橋涵水文第六章大中橋孔徑計(jì)算

大中橋孔徑計(jì)算第六章大中橋孔徑計(jì)算大中橋的孔徑計(jì)算，主要是根據(jù)橋位斷面的設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)水位，推算需要的橋孔的最小長度和橋面中心最低高程，為確定橋孔設(shè)計(jì)方案，提供設(shè)計(jì)依據(jù)。建橋以后，河流受到橋頭引道的壓縮和墩臺(tái)阻水的影響，改變了水流和泥沙運(yùn)動(dòng)的天然狀態(tài)，引起河床的沖淤變形，導(dǎo)致水流對橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的沖刷，危及橋梁的安全。因此，孔徑的計(jì)算和布置，應(yīng)以建橋前后橋位河段內(nèi)水流和泥沙運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律為依據(jù)。由于對這種客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)還很不夠，目前所用的孔徑計(jì)算方法，都是建立在某種假定和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，帶有一定的經(jīng)驗(yàn)性，尚待改進(jìn)。但生產(chǎn)實(shí)踐表明，這些方法目前仍有實(shí)用價(jià)值。第六章大中橋孔徑計(jì)算橋孔長度

2橋位河段水流圖式和橋孔布置原則

31橋面高程

33計(jì)算實(shí)例

4相關(guān)概念液流的分類1.恒定流與非恒定流運(yùn)動(dòng)要素（水流的流速、加速度等）不隨時(shí)間變化的流動(dòng)，稱為恒定流，否則稱為非恒定流。2.均勻流與非均勻流流線簇彼此呈平行直線的流動(dòng)，稱為均勻流，否則稱為非均勻流。流線：同一時(shí)刻與流場（液體的流動(dòng)空間）中各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度矢量相切的曲線。相關(guān)概念在均勻流中，過水?dāng)嗝鏋槠矫?，沿程斷面流速分布相同，斷面平均流速相等，過水?dāng)嗝娴拇笮⌒螤钜恢?，是一種勻速直線流動(dòng)。非均勻流中，過水?dāng)嗝鏋榍?，流速分布沿程不同，流速沿程不等?.有壓流與無壓流過水?dāng)嗝娴娜恐芙缍寂c固體邊壁接觸且無自由表面，液體壓強(qiáng)不等于大氣壓強(qiáng)的流動(dòng)，稱為有壓流。自來水管中的水流屬于此類。過水?dāng)嗝娌糠种芙缇哂凶杂杀砻娴牧鲃?dòng)，稱為無壓流或明渠流。相關(guān)概念明渠水流又分為明渠均勻流和明渠非均勻流天然河道屬于明渠非均勻流明渠非均勻流水力現(xiàn)象有四種：（1）壅水曲線：水深沿程增大的水面曲線（2）降水曲線：水深沿程減小的水面曲線（3）水跌現(xiàn)象：在底坡突降或底坡由緩變陡折變處附近局部渠段內(nèi)，水面曲線急劇下降的水力現(xiàn)象。（4）水躍現(xiàn)象：渠中水深在局部渠段內(nèi)呈突躍性增大的水力現(xiàn)象。漸變流急變流平坡i=0跌坎急流緩流臨界水深hkKK緩流急流明渠非均勻流四種水力現(xiàn)象①N-N線：以正常水深h0繪出的均勻流水面線。②K-K線：以臨界水深hk

繪出的水面線。

N-N線以上的區(qū)域?yàn)閍區(qū)；水面曲線的分區(qū)

N-N線與K-K線之間的區(qū)域?yàn)閎區(qū)；K-K線以下的區(qū)域?yàn)閏區(qū)。緩坡渠道水面曲線的基本變化規(guī)律

a、c區(qū)的水面曲線恒為壅水曲線;

a區(qū)一定是緩流，c區(qū)一定是急流;

b區(qū)的水面曲線恒為降水曲線;只有陡坡（i>icr）上的b區(qū)是急流，其余底坡的b區(qū)是緩流;與N-N相鄰的水面線，都與N-N線漸近;與K-K相鄰的水面線，都趨向與K-K線正交;緩流：水流流速小，水勢平穩(wěn)，遇到干擾，干擾的影響既能向下游傳播，又能向上游傳播急流：水流流速大，水勢湍急，遇到干擾，干擾的影響只能向下游傳播，而不能向上游傳播明渠水流的流態(tài)明渠水流的流態(tài)的判別標(biāo)準(zhǔn)佛汝德數(shù)（數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)）佛汝德數(shù)是一個(gè)無量綱數(shù)，它可由渠中流量、過水面積及水面寬度求得，是一個(gè)確定的數(shù)值，是判別明渠水流三種流動(dòng)狀態(tài)的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)。Fr<1為緩流Fr>1為急流Fr=1為臨界流6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則一、橋位河段的水流圖式

弗汝德數(shù)Fr:它表示過水?dāng)嗝嫔蠁挝恢亓恳后w具有的平均動(dòng)能與平均勢能的比值,它也表示水流慣性力與重力的比值。Fr<1表示水流平均動(dòng)能較小,重力占主導(dǎo),水流為緩流;Fr>1表示水流的平均動(dòng)能較大,慣性力占主導(dǎo)Fr<1的緩流河段的水流圖式,適于大多數(shù)橋梁的孔徑計(jì)算。

6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則一、橋位河段的水流圖式橋孔對水流的壓縮，從橋位上游相當(dāng)遠(yuǎn)處的斷面①起，水面就開始壅高：無導(dǎo)流堤在橋位上游大約一個(gè)橋孔長度L處的斷面②達(dá)到最大壅水高度△z。水流接近橋孔時(shí)，急劇收縮而呈“漏斗”狀，無導(dǎo)流堤時(shí)直到橋位下游附近的③’（有導(dǎo)流堤時(shí)則到橋位中線斷面③），水面最窄，流速最大，形成橋位河段的頸口，稱為收縮斷面。收縮斷面下游，水流逐漸擴(kuò)散，到斷面④才恢復(fù)天然狀態(tài)。由于水流收縮段的主流與河岸之間水流發(fā)生分離現(xiàn)象，橋臺(tái)上下游兩側(cè)將形成回水區(qū)。6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則一、橋位河段的水流圖式6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則一、橋位河段的水流圖式橋位河段的水流圖式，反映了建橋后水流和泥沙運(yùn)動(dòng)的變化，并表現(xiàn)了橋孔長度、橋前雍水和橋下沖刷三者之間的關(guān)系，應(yīng)作為橋孔計(jì)算的分析依據(jù)。6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則二、橋孔布置原則建橋后引起的流勢變化、河床變形和橋前壅水高度，應(yīng)在兩岸農(nóng)田、村鎮(zhèn)和堤防安全的容許范圍內(nèi)；橋孔設(shè)計(jì)應(yīng)考慮橋址上下游已建或擬建的水利工程、航道、碼頭和管線等引起的河床演變對橋孔的影響；橋孔設(shè)計(jì)應(yīng)在保證橋梁安全運(yùn)營的情況下，順暢宣泄包括設(shè)計(jì)洪水在內(nèi)的各級洪水的水流和泥沙，避免河床產(chǎn)生不利變形，保證墩臺(tái)具有足夠的穩(wěn)定性，并做到經(jīng)濟(jì)；橋孔設(shè)計(jì)應(yīng)滿足通航、流冰、流水、流木及其它漂浮物順暢通過橋下的要求；6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則二、橋孔布置原則除非確有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)依據(jù)并能改善橋梁的工作狀況時(shí)，一般天然河道不應(yīng)輕易開挖或改移；橋孔布設(shè)應(yīng)與天然河流斷面流量分配相適應(yīng)。在灘槽穩(wěn)定的河段上，若橋孔需延伸到河灘上的，其左右河灘橋孔之比應(yīng)近似等于左右河灘流量之比；在灘槽不穩(wěn)定的河段或橋址位于河彎段時(shí)，橋孔布設(shè)應(yīng)考慮河床變形和流量不均勻的影響；在通航和筏運(yùn)的河段上，應(yīng)充分考慮河床演變所引起的航道變化，將通航孔布設(shè)在穩(wěn)定的航道上，必要時(shí)可預(yù)留通航孔；6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則二、橋孔布置原則應(yīng)按《技術(shù)標(biāo)準(zhǔn))中的規(guī)定，對跨徑在60m以下的橋孔，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑；跨越河口、海灣及海島之間的橋梁，必須保證在潮汐、海浪、風(fēng)暴潮、海流及海底泥沙運(yùn)動(dòng)等各種海洋水文條件的影響下，正常使用和滿足通航的要求；在主流深泓線上不宜設(shè)橋墩，在斷層、陷穴、溶洞等不良地質(zhì)地段也不宜布設(shè)橋墩。6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則三、各類河段上的橋孔布設(shè)

1、河段的分類河流受很多因素的影響，各個(gè)河段既有共同的性質(zhì)，又有不同的特點(diǎn)。一條大河流的各個(gè)河段往往具有不同的特征。橋位選擇、橋孔設(shè)計(jì)和各項(xiàng)水文計(jì)算等，都需要了解橋位河段的這種客觀規(guī)律，以便提出切合實(shí)際的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)河段的穩(wěn)定性和河床的變形特征，把河段分為以下幾類：峽谷河段、開闊河段、變遷河段、沖擊漫流河段、順直微彎河段、彎曲河段、分汊河段、寬灘河段、游蕩河段和抄襲河口河段。河段分類表見表6-1-1。6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則三、各類河段上的橋孔布設(shè)河段區(qū)別要點(diǎn)1）從穩(wěn)定程度區(qū)別穩(wěn)定性河段河槽岸線、河槽、洪水主流基本穩(wěn)定，變形緩慢；

次穩(wěn)定性河段河灣發(fā)展下移，主流在河槽內(nèi)擺動(dòng)，幅度?。?/p>

不穩(wěn)定河段主流在河槽內(nèi)擺動(dòng)，幅度大，變化快，河床有可能擴(kuò)寬。6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則三、各類河段上的橋孔布設(shè)2）從河段類型區(qū)別a.峽谷河段：河床窄深，床面巖石裸露或?yàn)榇笃采w，河床比較大，多急彎、卡口，斷面呈V形或U形。b.開闊河段和順直微彎河段：岸線整齊，河槽穩(wěn)定，斷面多呈U形，灘、槽分明，各級洪水流向基本一致。c.分汊河段：兩汊有交替變遷的趨勢。d.寬灘河段：泛濫寬度很寬，達(dá)幾公里、十幾公里，灘槽寬度比、流量比都較大，灘流速小，槽流速大。河段區(qū)別要點(diǎn)6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則三、各類河段上的橋孔布設(shè)河段區(qū)別要點(diǎn)e.游蕩型河段：土質(zhì)顆粒細(xì)，沖刷深，回淤快，主流不僅在河床內(nèi)擺動(dòng)，甚至可能造成河道改道。f.山前變遷型河段：顆粒粗，沖刷淺，由于河床淤高擴(kuò)寬和主流擺動(dòng)，造成主槽變遷，河岸傍切擴(kuò)寬幅度小。g.沖積漫流河段：地貌大致具有沖積扇體特征，床面逐年淤高，洪水股流在高溝槽中通過。6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則三、各類河段上的橋孔布設(shè)河段類型的判別，結(jié)合實(shí)際情況，一般在橋位上游不小于3~4倍河床寬度，下游不小于2倍河床寬度的范圍內(nèi)，進(jìn)行觀察分析，對于彎曲的河段，在上游至少要包括一個(gè)河灣。河段穩(wěn)定性及變形程度，可用50年左右的演變過程，作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則三、各類河段上的橋孔布設(shè)

2、不同河段橋孔布設(shè)特點(diǎn)各類河段具有不同的特性，對橋孔布置也有不同的要求，可結(jié)合橋位河段的實(shí)際情況布設(shè)橋孔，表6-1-2可作參考。1）山區(qū)河流a.峽谷河段：橋孔不得壓縮河槽，一般宜單孔跨越；橋面高程可根據(jù)設(shè)計(jì)水位、兩岸的地形和路線高程等條件確定；墩臺(tái)基礎(chǔ)可置于不同高程的基巖上。b.開闊河段：橋孔不得壓縮河槽，可適當(dāng)壓縮河灘；橋頭河灘路堤應(yīng)與洪水主流流向正交，否則應(yīng)增設(shè)調(diào)治工程。6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則2）山前區(qū)河流a.變遷河段：橋孔布設(shè)應(yīng)根據(jù)洪水主流總趨勢確定；在導(dǎo)流堤等調(diào)治構(gòu)造物配合下，橋孔可對河槽寬度有較大壓縮；歌敦臺(tái)基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)在同一最低高程上；河槽內(nèi)，橋頭引道不應(yīng)設(shè)置小橋涵。b.沖積漫流河段：采用一河一橋或一河多橋方案；采用一河多橋各汊流量分配參照《橋梁水力學(xué)》確定；橋孔長度不要壓縮天然排水、輸沙寬度；橋面高程的確定應(yīng)考慮床面淤高和股流水面涌高。三、各類河段上的橋孔布設(shè)6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則3）平原區(qū)河流a.順直微灣河段：橋孔不得壓縮河槽，允許適當(dāng)壓縮河灘；考慮河槽內(nèi)邊灘下移及深槽擺動(dòng)，河槽內(nèi)墩臺(tái)基礎(chǔ)應(yīng)埋置在同一最低高程。b.彎曲河段：橋孔布設(shè)必要考慮河灣凹岸沖刷、凸岸淤積及河灣下移等河床變形。凹岸墩臺(tái)埋置深度必須計(jì)入彎道天然沖刷深度。橋面高程的確定應(yīng)計(jì)入彎道凹岸水面超高。C.分汊河段：在灘槽較穩(wěn)定的分汊河段上，斷面流量分布基本穩(wěn)定可布設(shè)一河多橋；在灘槽不穩(wěn)定的分汊河段采用一河一橋?yàn)橐耍徊捎靡缓佣鄻蚍桨笗r(shí)的流量分配，必須預(yù)估各汊流量分配比例的變化。三、各類河段上的橋孔布設(shè)6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則d.寬灘河段：一般宜修一河一橋；當(dāng)河床寬闊，分汊河槽穩(wěn)定，又不宜合并一處時(shí)，可考慮一河多橋；對河灘可做較大壓縮，當(dāng)應(yīng)注意壅水高度不致危及弄條、牧場、堤壩、居民點(diǎn)等；河槽穩(wěn)定、河灘沖刷較小時(shí)，墩臺(tái)基礎(chǔ)灘槽可置于不同高度。e.游蕩性河段：主流遷徙不定，橋孔不宜過多壓縮河床，應(yīng)在深泓線全部可能擺動(dòng)的范圍內(nèi)設(shè)置橋孔；宜設(shè)一河一橋；墩臺(tái)基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)在同一最低高程上；配合橋孔布設(shè)，設(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)治構(gòu)造物4）潮汐河口河段橋位應(yīng)避開涌潮區(qū)段和灘岸、凹岸多變區(qū)段，潮汐河段上游段的橋位、橋孔設(shè)計(jì)可按天然狀態(tài)下的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行；位于潮汐河段下游段和中間段的橋梁，橋孔長度可按天然狀態(tài)下橋孔凈長度，再加大5%~15%來考慮。三、各類河段上的橋孔布設(shè)6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則四、各類河段的形態(tài)和橋梁1.河源一號冰川是烏魯木齊河的源頭，位于125公里處的天格爾山中，海拔3860.476米，長約2,2公里，平均寬500米，面積1.8平方公里。新疆天山一號冰川2.上游山區(qū)大峽谷6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則美國猶他州圣朱安河四、各類河段的形態(tài)和橋梁6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則新疆安集海大峽谷河段6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則長江三峽支流干鉤子河四、各類河段的形態(tài)和橋梁6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則3.山區(qū)河流開闊段萬縣長江大橋大跨度鋼筋砼箱形拱橋，全長856.12m，橋?qū)?4m；單孔跨長江，凈跨420m。四、各類河段的形態(tài)和橋梁6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則3.山區(qū)河流開闊段三峽庫區(qū)蓄水至175米后，拱座及部分拱圈、橋墩淹沒，拱圈與水面形成斜交，不足18米通航凈高。部分拱圈和橋墩容易受到失控或違規(guī)航行的船舶撞擊，威脅大橋和過往船舶的安全。四、各類河段的形態(tài)和橋梁6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則4.山口沖積扇四、各類河段的形態(tài)和橋梁6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則5.沖積漫流河段新疆阿拉爾塔里木河橋，中等跨徑梁橋，橋面較低，樁墩四、各類河段的形態(tài)和橋梁6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則6.黃土高原河流四、各類河段的形態(tài)和橋梁6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則6.1橋位河段水流圖式和橋孔布置原則7.山前變遷性河段8.長江三角洲河網(wǎng)地區(qū)河流9.潮汐河口河段（杭州錢塘江）10.近岸波錢塘江大橋是中國首座鐵路橋設(shè)計(jì)水位上，兩橋臺(tái)前緣之間的水面寬度，稱為橋孔長度（L），扣除全部橋墩寬度（順橋方向）后，稱為橋孔凈長（Lj）。橋孔長度的確定，首先應(yīng)滿足排洪和輸沙的要求，保證設(shè)計(jì)洪水及其所挾帶的泥沙從橋下順利通過，并綜合考慮橋孔長度、橋前壅水和橋下沖刷的相互影響。橋孔長度的計(jì)算方法：①用橋下過水面積計(jì)算（沖刷系數(shù)法）②用橋孔凈長度經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。6.2橋孔長度6.2橋孔長度6.2橋孔長度建橋后過水?dāng)嗝婷娣e及流速的變化：橋孔水流壓縮橋下流速增大橋下河槽開始沖刷橋下過水面積增大橋下流速減小趨于穩(wěn)定天然河槽平均流速vS一、用橋下過水面積計(jì)算（沖刷系數(shù)法）原理：利用橋位斷面的設(shè)計(jì)流量Qs和設(shè)計(jì)水位Hs，根據(jù)水力學(xué)的連續(xù)性原理（Q=Av）求出橋下順利宣泄設(shè)計(jì)洪水時(shí)所需要的最小過水面積，用以確定橋孔的最小長度。沖刷完成過程：建橋后橋孔壓縮水流，橋下流速增大到一定時(shí)，橋下河槽開始沖刷，水深增加，橋下過水面積逐漸擴(kuò)大，流速逐漸下降，沖刷減緩，直到停止。別列柳伯基假定：橋下過水面積擴(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。6.2橋孔長度6.2橋孔長度計(jì)算橋孔長度，通常采用天然河槽平均流速作為設(shè)計(jì)流速，即一般沖刷完成后的橋下平均流速。沖刷系數(shù)法計(jì)算要素：—設(shè)計(jì)流量；—設(shè)計(jì)流速；—沖刷前橋墩所占的橋下過水面積；—沖刷前墩臺(tái)側(cè)面渦流所占的橋下過水面積；—沖刷前橋下有效的過水面積，不包括渦流及橋墩面積；—沖刷前橋下凈水面積，不包括橋墩所占過水面積，

；一、用橋下過水面積計(jì)算（沖刷系數(shù)法）6.2橋孔長度—沖刷前橋下毛過水面積，包括有效過水面積及橋墩和渦流所占過水面積，

；μ—因墩臺(tái)側(cè)面渦流阻水而引起的橋下過水面積折減系數(shù)，又稱壓縮系數(shù)，；

(為橋墩凈間距）λ—因橋墩阻水引起的橋下過水面積折減系數(shù)，，一般寬淺河段，可認(rèn)為b為橋墩寬度，l為橋墩中心間距。一、用橋下過水面積計(jì)算（沖刷系數(shù)法）6.2橋孔長度按沖刷系數(shù)定義，有按照別列柳伯斯基的假定，當(dāng)設(shè)計(jì)流量為Qs時(shí)，有一、用橋下過水面積計(jì)算（沖刷系數(shù)法）6.2橋孔長度根據(jù)水流連續(xù)性原理：所以：又因?yàn)椋核裕阂?、用橋下過水面積計(jì)算（沖刷系數(shù)法）6.2橋孔長度沖刷系數(shù)p表示橋下河槽的沖刷程度，也表示橋孔對水流的壓縮程度，是橋孔長度計(jì)算的控制因素。p取值:平原穩(wěn)定性河段水流河床穩(wěn)定，不宜壓縮，p取較小值；山前區(qū)變遷性河段因水流寬淺，多擺動(dòng)，p值可取稍大些；平原河段不應(yīng)大于1.2，山前區(qū)變遷性河段不應(yīng)大于1.4。沖刷系數(shù)法適用于細(xì)顆粒、均勻的砂質(zhì)河床、平原穩(wěn)定性河床。一、用橋下過水面積計(jì)算（沖刷系數(shù)法）6.2橋孔長度河流類型P備注山區(qū)峽谷段1.0~1.2無灘開闊段1.1~1.4有灘山前區(qū)半山區(qū)穩(wěn)定河段（包括丘陵區(qū)）1.2~1.4斷面平均水深≤1m時(shí)才能使用接近P=1.8的較大值變遷性河段1.2~1.8平原區(qū)1.1~1.4各類河段容許沖刷系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值表（摘自《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》1974）一、用橋下過水面積計(jì)算（沖刷系數(shù)法）6.2橋孔長度第一步：利用上述公式求出橋下通過設(shè)計(jì)洪水時(shí)所需的最小過水面積；第二步：在橋位斷面圖上布設(shè)選定的橋孔設(shè)計(jì)方案，計(jì)算實(shí)有的橋下過水面積，若等于或稍大于上述公式計(jì)算的過水面積，則設(shè)計(jì)方案滿足所需要的橋下最小過水面積，其實(shí)有的橋孔凈長即為所求的橋孔長度。計(jì)算步驟：沖刷系數(shù)法確定橋孔長度，我國鐵路系統(tǒng)使用至今。一、用橋下過水面積計(jì)算（沖刷系數(shù)法）6.2橋孔長度

二、用橋孔凈長度經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

1974年至1976年，交通部“大中橋孔設(shè)計(jì)”研究課題，組織全國交通部門全面進(jìn)行橋孔水文調(diào)查，編制了《大中橋孔設(shè)計(jì)研究報(bào)告》，提出了橋孔凈長度計(jì)算公式，這些公式經(jīng)多次驗(yàn)證、修訂，先后寫入三次修訂的(公路橋位勘測設(shè)計(jì)規(guī)范)(1982年、1991年)和(公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范)(2002年)，推薦在全國公路橋位勘測設(shè)計(jì)中應(yīng)用。

這些公式算出的橋孔長度是指在一定的水力、泥沙及河床條件下，通過設(shè)計(jì)洪水流量時(shí)，橋下過水?dāng)嗝?與流向垂直的橫斷面)必須具有的橋孔最小凈長度。應(yīng)當(dāng)注意以下兩點(diǎn)，這里算出的是橋孔最小凈長度，實(shí)際橋孔長度(橋臺(tái)前墻之間設(shè)計(jì)水位上的水面寬度)為將算出的最小橋孔凈長度再加所有橋墩的寬度；另外，算出的最小橋孔凈長度是指水流與橋軸正交時(shí)的長度，如果是斜橋，則應(yīng)換算為斜橋軸線方向的長度。6.2橋孔長度

二、用橋孔凈長度經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算6.2橋孔長度①橋墩縱軸線與水流方向平行時(shí)：有效跨徑②橋墩縱軸線與水流方向斜交時(shí)：有效跨徑注意：兩種情況

二、用橋孔凈長度經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算6.2橋孔長度

二、用橋孔凈長度經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

1．對于有明顯河槽的各類河段—最小橋孔凈長度；—設(shè)計(jì)洪水流量；—設(shè)計(jì)洪水的河槽流量；—河槽寬度；—反映河床穩(wěn)定性系數(shù)和指數(shù)，見表6-2-1.6.2橋孔長度

二、用橋孔凈長度經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算河段類型Kn開闊、順直微彎等穩(wěn)定性河段0.840.9分汊、彎曲、寬灘等次穩(wěn)定性河段0.950.87灘、槽可分的不穩(wěn)定河段0.691.59表6-2-1K、n值表6.2橋孔長度

二、用橋孔凈長度經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

2．對于無明顯河槽的變遷性、游蕩性河段河槽寬度Bc（或兩岸間的寬度）是選定橋孔長度的重要參考因素，但是，我國新疆、青海、內(nèi)蒙等地大型沖積扇及戈壁攤上的一些變遷性河流，無明顯的河床形態(tài)，灘槽難分.另外，平原游蕩性河流也有類似河床形態(tài)，河床寬淺，水流擺動(dòng)不定。水流橫向擺動(dòng)的范圍大大超過多年泄洪需要的河槽寬度（習(xí)慣上稱為基本河寬B0）。6.2橋孔長度

二、用橋孔凈長度經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算通過我國新疆、青海、內(nèi)蒙、河北等地實(shí)橋調(diào)查資料，回歸分析得到基本河寬與多年洪水平均流量和河床質(zhì)平均粒徑存在下列關(guān)系：6.2橋孔長度

二、用橋孔凈長度經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

2．對于無明顯河槽的變遷性、游蕩性河段引入一個(gè)與設(shè)計(jì)洪水頻率p(%)相關(guān)的系數(shù)，取最小橋孔凈長度為：6.2橋孔長度

二、用橋孔凈長度經(jīng)驗(yàn)公計(jì)算

這些經(jīng)驗(yàn)公式只有一定的理論依據(jù)，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法根據(jù)我國公路橋梁的實(shí)際資料制定的，形式簡單，便于應(yīng)用。橋孔凈長確定后，即可根據(jù)斷面形態(tài)、主流位置、通航要求、河床演變趨勢、橋位河段地質(zhì)等盡量選用合理的標(biāo)淮跨徑，在橋位縱斷面團(tuán)上和橋位地形因上進(jìn)行合理的橋孔布沒，使橋下實(shí)際的水面寬度等于或稍大于計(jì)算的橋孔長度。橋孔布置應(yīng)先河槽后河灘，這樣才能滿足排洪輸沙的需要．確保橋梁的安全。6.3橋面高程

橋面高程是指橋面中心線上最低點(diǎn)的高程，必須滿足橋下通過設(shè)計(jì)洪水、流冰、流木和通航的要求，并且應(yīng)該考慮壅水、波浪、水拱、河灣凹岸水面超高以及河床淤積等各種因素引起的橋下水位升高。

一、引起橋下水位升高的因素1．壅水建橋后，天然水流受到橋孔壓縮，橋前形成壅水，天然水面(正常水深)以上壅起的高度，稱為壅水高度。最大壅水高度的位置，無導(dǎo)流堤時(shí)大約在橋位中線上游一個(gè)橋孔長度（L）附近；有導(dǎo)流堤時(shí)大約在導(dǎo)流堤的上游堤端附近。6.3橋面高程

一、引起橋下水位升高的因素1．壅水

(1)橋前最大壅水高度△Z

根據(jù)水力學(xué)原理，列出圖6-1-1中最大壅水高度斷面②和收縮斷面③(或下游斷面④)的能量方程，應(yīng)該能夠解出△Z。但是，由于橋位附近的水流及河床變形非常復(fù)雜，能量損失等很多因素難以準(zhǔn)確地求得，至今仍是有待研究的課題。最新《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)指南》推薦試用下式計(jì)算橋前最大壅水高度：6.3橋面高程

一、引起橋下水位升高的因素6.3橋面高程

一、引起橋下水位升高的因素——橋前最大壅水高度——修正系數(shù)，當(dāng)橋下河床為巖石或有鋪砌時(shí)，取1.0——定床壅水系數(shù)——沖刷后橋下平均流速（m/s）當(dāng)橋下河床為巖石或有鋪砌時(shí)，即為沖刷前橋下平均流速——沖刷前橋下平均流速（m/s），設(shè)計(jì)流量/橋下凈過水面積——天然狀態(tài)下橋孔部分的平均流速（m/s）——河槽平均流速（m/s）——河床質(zhì)中值粒徑，即按質(zhì)量計(jì)50%都較它為小的粒徑（mm）對于粘性土河床，可按表6-3-1換算。6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素天然孔隙比>1.21.2~0.60.6~0.30.3~0.2換算粒徑d50（mm）0.1531050粘性土換算粒徑d50

表6-3-1(2)橋下壅水高度△Z′橋下壅水高度度△Z′是指橋下斷面處的壅水高度，可根據(jù)洪水情勢和土質(zhì)易沖程度參照表6-3-2取值。6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素(3)壅水曲線

最大壅水?dāng)嗝嫦掠蔚嫩账€，對于緩坡（i＜ik）河流為a1型壅水曲線，曲線的精確繪制可按水力學(xué)中的“水面曲線繪制方法”進(jìn)行，但在橋位設(shè)計(jì)中，一般可近似地看作二次拋物線進(jìn)行計(jì)算，如圖6-3-1所示。6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素壅水曲線的全長L和任意斷面處壅水高度△ZA可按下列公式計(jì)算：——任意斷面A至最大壅水?dāng)嗝娴木嚯x（m）——河床比降（以小數(shù)計(jì)）6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素2.波浪水面受風(fēng)的作用而呈現(xiàn)起伏波動(dòng)，并沿風(fēng)向傳播，形成波浪，如圖6-3-2所示。橋位處波浪的大小與風(fēng)速、風(fēng)向、浪程、水深及橋位處的自然環(huán)境等都有直接關(guān)系。在水庫、湖泊以及河岸較寬的水域或洪水持續(xù)時(shí)間很久的河流上均需要考慮波浪對橋高的影響。6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素

（1）橋位處的波浪高度橋位處河流洪水的波浪高度一般通過調(diào)查確定。計(jì)算橋面高程時(shí)，以橋位處靜水面以上，波浪高度的三分之二計(jì)入。另外，行進(jìn)波在墩前受阻，還應(yīng)計(jì)入波高增大。調(diào)查困難時(shí)，可按有關(guān)規(guī)范或設(shè)計(jì)手冊推薦的方法確定，用公式計(jì)算。計(jì)算公式如下：6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素該公式適用于大陸地區(qū)河流、湖泊的橋梁設(shè)計(jì)6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素

（1）橋位處的波浪高度——波浪高度（m）從波谷至波峰的高度——波浪平均高度（m）——系數(shù)，當(dāng)時(shí)，取2.42；當(dāng)時(shí)，取2.30——風(fēng)速（m/s）水面以上10m高度處多年所測洪水期間自記2min平均最大風(fēng)速的平均值——雙曲正切函數(shù)——平均水深（m）——計(jì)算浪程（m）6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素

（1）橋位處的波浪高度風(fēng)速資料可由氣象站搜集，但須按《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求進(jìn)行審查和換算。缺少實(shí)測風(fēng)速資料時(shí)，可按風(fēng)力等級估算風(fēng)速。

平均水深一般采用沿計(jì)算浪程方向的平均水深，可根據(jù)河流橫斷面及河床計(jì)算浪程方向的起伏情況估算。

計(jì)算浪程是波浪沿一定風(fēng)向可能傳播的距離，應(yīng)根據(jù)汛期風(fēng)玫瑰圖和橋位地形圖確定。沿波浪傳播方向(或風(fēng)向)，從泛濫邊界至橋位計(jì)算波浪處的距離為最大浪程，見圖6-3-3a，一般可作為計(jì)算浪程。6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素

圖6-3-3浪程示意圖6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素

（2）路堤（或?qū)Я鞯蹋┻吰绿幍牟ɡ伺栏?/p>

波浪向路堤（或?qū)Я鞯蹋┻吰露郎母叨?，稱為波浪爬高或波浪侵襲高度。確定河灘路堤和導(dǎo)流堤等頂面高程時(shí)，應(yīng)計(jì)入這一高度。可按《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的公式計(jì)算：6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素

（2）路堤（或?qū)Я鞯蹋┻吰绿幍牟ɡ伺栏?.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素

（3）斜向的波浪爬高當(dāng)波浪斜向侵襲時(shí)，侵襲高度有所減弱，當(dāng)邊坡系數(shù)m＞1（或α＜45°)、斜向角度β≥30°時(shí)，可按下式計(jì)算：β——構(gòu)造物邊坡上水邊線與浪射線（波浪推進(jìn)的路線，稱為浪射線）的夾角6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素3.其他水拱高：河中漲水或在狹谷山口下游河段急瀉而下的洪水，可出現(xiàn)兩岸低、中間高的凸形水面，稱為水拱現(xiàn)象。它常見于半山區(qū)或山前區(qū)狹谷山口。水拱現(xiàn)象河中水面超出兩岸邊的高度，稱為水拱高度。常以hΔ表示，其值通常按現(xiàn)場調(diào)查決定。河床淤積高度：橋下河床逐年淤積，可使橋下水面隨之抬高。確定橋下凈空時(shí)，應(yīng)予考慮。6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素河灣橫比降超高Z0：河灣水面橫比降可使橋位斷面水位凹岸高、凸岸低，其水位高差Z0

可按水力學(xué)的公式計(jì)算。河灣處的水位超高值可按下式計(jì)算R——河灣凸凹岸曲率半徑的平均值（m）計(jì)算橋面高程時(shí)，可計(jì)入河灣水位超高值的1/2。6.3橋面高程一、引起橋下水位升高的因素4.急流河槽中橋墩的水流沖擊高度△hd急流河槽(Fr<1)修建橋梁后，橋梁上游河槽不出現(xiàn)a1型壅水曲線，即不存在橋前壅水高度和橋下壅水高度，但是出現(xiàn)橋墩迎水面水流濺起的沖擊高度。在確定橋面高程時(shí)，不計(jì)壅水高度△Z，而以水流沖擊高度△hd計(jì)入。墩前水流沖擊高度△hd由動(dòng)量方程和連續(xù)方程得：6.3橋面高程二、橋下凈空安全值1.不通航河段非通航河流橋下最小凈空

表6-3-6。橋梁部位高出計(jì)算水位(m)高出最高流冰面(m)梁底洪水期無大漂流物0.50.75洪水期有大漂流物1.50-有泥石流1.00-支承墊石頂面0.250.50拱腳0.250.25注①計(jì)算水位即設(shè)計(jì)水位加壅水、浪高等②無鉸拱拱腳被設(shè)計(jì)水位淹沒的高度不超過拱矢高的三分之二；且拱頂?shù)酌嬷猎O(shè)計(jì)水位的凈高不小于1米。③在不通航和無流筏的水庫區(qū)域內(nèi)，梁底面或拱頂?shù)酌骐x開水面的高度不應(yīng)小于計(jì)算浪高的0.75倍加上0.25m6.3橋面高程二、橋下凈空安全值類型凈跨（m）備注主槽橋孔邊灘橋孔流冰微弱1610冰塊小于0.7m厚×50m2中等2013冰塊大于0.7m厚×50m2強(qiáng)烈4030冰塊大于1.0m厚×110m2類型凈跨（m）備注主槽橋孔邊灘橋孔流木中等流木長度加1m強(qiáng)烈流木長度加2m流冰、流木河流上橋梁最小凈跨6.3橋面高程三、通航河流橋下凈空安全值

通航河段橋下凈空尺度的規(guī)定如圖6-3-5和表6-3-8、表6-3-9、表6-3-10、表6-3-11

。表中的橋下凈空高度HM是從設(shè)計(jì)最高通航水位算起；橋下凈寬BM是指設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)橋墩之間的凈距。水上過河建筑物通航凈空尺度表6-3-8、表6-3-9為航道尺寸表6-3-10、表6-3-11為水上過河建筑物通航凈空尺度6.3橋面高程三、通航河流橋下凈空安全值

設(shè)計(jì)最高通航水位根據(jù)各種河流具體情況確定。一般天然河流的設(shè)計(jì)最高通航水位可采用表6-3-12中規(guī)定的各級洪水重現(xiàn)期水位；山區(qū)河流如經(jīng)多年水文資料查證，出現(xiàn)高于設(shè)計(jì)最高通航水位歷時(shí)很短，則根據(jù)具體情況，三級航道的設(shè)計(jì)最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)可采用十年一遇，四、五級航道的設(shè)計(jì)最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)可采用五年一遇，六、七級航道可按二至三年一遇的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；綜合利用的排灌和引水渠道、運(yùn)河和河網(wǎng)航道、通航的水利樞紐上下游，以及渠化河流的設(shè)計(jì)最高通航水位可按(全國內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn))規(guī)定執(zhí)行。6.3橋面高程三、通航河流橋下凈空安全值航道等級Ⅰ~ⅢⅣ、ⅤⅥ、Ⅶ洪水重現(xiàn)期20105天然河流設(shè)計(jì)最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)6.3橋面高程四、橋面最低高程的確定

1.不通航河段（1）按設(shè)計(jì)洪水位計(jì)算橋面高程—橋面最低高程；—設(shè)計(jì)水位；—橋下凈空安全值；—橋梁上部構(gòu)造建筑高度，包括橋面鋪裝高度；—各種水面升高值總和。6.3橋面高程四、橋面最低高程的確定

1.不通航河段（2）按流冰水位計(jì)算橋面高程—設(shè)計(jì)最高流冰水位，應(yīng)考慮床面淤高。2.通航河段通航河段橋面高程除了滿足不通航河流要求外，同時(shí)還應(yīng)該滿足—設(shè)計(jì)最高通航水位；—通航凈空高低。6.3橋面高程四、橋面最低高程的確定a）不通航河流橋面高程示意圖b）通航河流橋面高程示意圖6.3橋面高程四、橋面最低高程的確定

3.跨越海域水面的橋梁

通航水位按交通部《跨海及感潮河段橋梁設(shè)計(jì)最高通航水位暫行技術(shù)規(guī)定》等有關(guān)方面的規(guī)定來確定。通航凈空高度由船舶空載時(shí)船舶水面以上的高度及安全富余高度組成。安全富余高度一般取1.50~4.OOm。橋下通航凈寬度一般應(yīng)大于通航寬度。通航寬度按交通部(港口工程技術(shù)規(guī)范)中的規(guī)定執(zhí)行。6.4計(jì)算實(shí)例例題1：已知設(shè)計(jì)洪峰流量Qp=3500m3/s，設(shè)計(jì)水位Hp=63.65m河槽流量Qc=3190m3/s

，過水面積Ac=1030m2；河灘流量Qt=310m3/s

，過水面積At=310m2

；橋軸線與流向正交，求跨越此河道的橋孔長度L。解：首先求橋下最小的毛過水面積Aq：由已知條件，得天然河槽、河灘及全斷面平均流速分別為：6.4計(jì)算實(shí)例初擬采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支梁，標(biāo)準(zhǔn)跨徑L0=30m，橋墩寬d=1.0m，設(shè)計(jì)流速取vs=vc=3.1m/s，沖刷系數(shù)取P=1.2，

有：其次，進(jìn)行橋長的計(jì)算：1、繪制水面寬度與過水面積累積曲線；6.4計(jì)算實(shí)例6.4計(jì)算實(shí)例2、將兩岸橋臺(tái)前緣置于樁號K0+730.07與K0+611.07之間，得Aqx=1053m2≈Aq由此得橋長L=120m，橋孔孔數(shù)=120/30=4例2：某橋跨越次穩(wěn)定性河段，設(shè)計(jì)流量QP=8470m3/s，河槽流量QC=8060m3/s，河床全寬B=370m，河槽寬度BC=300m，設(shè)計(jì)水位下河槽平均水深hC均=6.4m，河灘平均水深ht均=3.5m，試計(jì)算橋孔凈長。解：按有明顯河槽的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：有6.4計(jì)算實(shí)例例3、某橋位原擬橋孔凈長Lj0=680m，設(shè)計(jì)流量QP=5320m3/s，多年洪水平均流量Q均=4160m3/s，河床比降i=0.00164，河床顆粒平均粒徑d均=30mm。此橋位處屬于寬淺河段，原始斷面的水面寬度B=1300m，試驗(yàn)算所擬橋長是否合適。解：6.4計(jì)算實(shí)例例4：某一級公路跨越平原次穩(wěn)定性河段修建一座橋梁，橋位勘測資料見下圖，設(shè)計(jì)水位63.65m，灘槽分界樁號622.60m，QS=Q1%=3500m3/s，At=336.19m2，Bt=122.02m，vt=0.88m/s，河灘平均水深2.61m，Qt=316m3；Ac=1045.31m2，Bc=108.81m，vc=3.11m/s，Qc=3190m3/s，河槽平均水深9.49m.床沙中值粒徑為2mm，河道斷面平均流速為2.6m/s。橋位河段無凌汛、流冰。6.4計(jì)算實(shí)例6.4計(jì)算實(shí)例樁號河床標(biāo)高(m)水深(m)平均水深(m)水面寬度(m)過水面積(m2)累計(jì)面積(m2)合計(jì)K0+500.5863.8000河灘ωt=336.19m2

Bt=122.02m1.559.0213.98+509.6060.703.1013.983.2436.90119.56+546.5060.423.38133.543.2928.9095.08+575.4060.613.19228.622.636.8017.88+582.2061.742.06246.502.2240.4089.69+622.6061.422.38336.197.1122.75161.75河槽ωc=1045.31m2Bc=108.81m+645.3551.9611.84497.9412.1916.00195.04+661.3551.2612.54692.9812.2020.00244.00+681.3551.9511.85936.9811.6521.00244.65+702.3552.3511.451181.6310.7413.00139.62+715.3553.7810.021321.255.4010.6257.35+725.9763.030.771378.600.634.102.58+730.0763.320.481381.180.241.340.32+731.4163.8001381.50合計(jì)230.831381.506.4計(jì)算實(shí)例次穩(wěn)定河段、有明顯的河槽，應(yīng)該采用公式擬定橋孔長度：①用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算②用沖刷系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算初步擬定，上部構(gòu)造采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支梁，選用標(biāo)準(zhǔn)跨徑30m，并假定墩寬