橋涵孔徑計算

上部結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)基礎(chǔ)橋墩橋臺支座l0lLh設(shè)計水位H孔徑計算與布置、橋面高程、墩臺沖刷第6章大中橋孔徑計算第1節(jié)橋位河段水流圖示和橋孔布設(shè)一、橋位河段的水流圖式橋位河段水流狀況與沖淤狀況分析（緩流河段）壅水段壅水段：流速減小，挾沙能力降低，泥沙沉積1）建橋后，橋孔對水流壓縮，從上游較遠(yuǎn)的斷面①起，水面開始壅高，無導(dǎo)流堤時直至橋位上游一個橋孔長度L處的斷面②（有導(dǎo)流堤時為上游堤端附近,圖6-1-1（b））達(dá)到最大壅水高度。

2）水流接近橋孔時急劇收縮呈“漏斗”狀，無導(dǎo)流堤時知道橋位下游附近的斷面③（有導(dǎo)流堤時到橋位中線斷面），水面最窄，流速最大，形成橋位河段的“頸口”，稱為收縮斷面。

壅水段收縮段最大壅水段下游：流速增大，挾沙能力加強(qiáng)，河床發(fā)生沖刷，收縮斷面處河床沖刷最為嚴(yán)重。3）收縮斷面下游水流逐漸擴(kuò)散，到斷面④恢復(fù)天然狀態(tài)。水流收縮段的主流和河岸之間由于水流分離現(xiàn)象，橋臺上下游兩側(cè)將形成回水區(qū)。壅水段收縮段擴(kuò)散段收縮斷面-擴(kuò)散段：流速逐漸減小，沖刷逐漸減弱，由于挾沙能力減弱，在擴(kuò)散段后期泥沙發(fā)生沉積。急流河段：橋下和橋前水深均為自然水深，但橋墩迎水面出現(xiàn)一定高度的沖擊波。二.橋孔布置原則（1）必須保證設(shè)計洪水以內(nèi)的各級洪水和泥沙安全通過，并滿足通航、流冰、流木及其他漂浮物安全通過。（2）應(yīng)適應(yīng)各類河段的特性及演變特點(diǎn)，避免河床產(chǎn)生不利變形，且做到經(jīng)濟(jì)合理。表6-1-1.（3）建橋后的橋前壅水不得對兩岸河堤、農(nóng)田、村鎮(zhèn)造成威脅；平原區(qū)一般以橋前壅水的允許高度作為橋孔長度的控制因素。（4）考慮橋位上下游已建或擬建水利工程、航道碼頭和管線等引起的河床演變對橋孔的影響。（5）橋位河段的天然河段不宜開挖或改移。（6）跨越河口、海灣及海島之間的橋梁，必須在保證潮汐、海浪、風(fēng)暴潮、海流及河底泥沙運(yùn)動等海洋水文條件的影響下，正常使用和滿足通航的要求。（7）應(yīng)與天然河流斷面流量分配相適應(yīng)。如穩(wěn)定河段，左右河灘橋孔長度之比應(yīng)與左右河灘流量之比相當(dāng)；次穩(wěn)定和不穩(wěn)定河段上，橋孔布設(shè)必須考慮河床變形和流量分布變化趨勢的影響。橋孔不宜壓縮河槽，可適當(dāng)壓縮河灘。（8）應(yīng)注意地質(zhì)情況。橋梁墩臺、基礎(chǔ)應(yīng)盡量避免設(shè)在斷層、溶洞等不良地質(zhì)處。（9）內(nèi)河通航河段，通航橋孔滿足《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139-2004）規(guī)定，并充分考慮河床演變和不同水位所引起的河道變化。通航海輪的橋孔布設(shè)應(yīng)符合《通航海輪橋梁通航標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ311-97）規(guī)定。（10）按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTJB01-2003）規(guī)定，跨徑<=50m的橋孔，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑。三.各類河段上橋孔布設(shè)（1）山區(qū)河流a）峽谷河段水流湍急，橋臺不得伸入河槽，一般宜單孔跨越b）開闊河段，橋頭路堤可以伸入河灘，但不得伸入河槽。路堤與洪水流向斜交時，應(yīng)考慮洪水可能造成的影響而增大橋孔（2）山前河流

a）沖積扇上游狹窄河段和下游收縮河段，參照山區(qū)峽谷段和開闊段辦理；中游擴(kuò)散河段，注意山口地形對流向的影響，并考慮河床擺動、分叉及其發(fā)展趨勢。b)變遷河段上，河道不斷改道，必須根據(jù)歷史規(guī)律推斷。一方面適應(yīng)現(xiàn)在，另一方面適應(yīng)將來的發(fā)展。橋孔要留有余地。（3）平原河流a）順直微彎和蜿蜒河段上，應(yīng)預(yù)估河灣發(fā)展和深泓的擺動，在擺動范圍內(nèi)布設(shè)橋孔。b）分叉河段上，水流天然狀態(tài)不宜改變，應(yīng)在各汊流上分別設(shè)橋，并預(yù)估各汊流量分配比例的變化。c）游蕩河段上，應(yīng)在游蕩范圍內(nèi)結(jié)合當(dāng)?shù)氐闹卫硪?guī)劃，因地制宜的加以導(dǎo)治。在深泓線可能擺動的范圍內(nèi)均應(yīng)布設(shè)橋孔。d）平原河流兩岸有堤壩時，孔徑布置應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)?shù)厮蟆Ｒ话悴灰藟嚎s河道，梁底宜高出堤頂。橋孔長度L：設(shè)計水位上，兩橋臺前緣之間（埋入式橋臺的兩橋臺護(hù)坡坡面之間）的水面寬度橋孔凈長Lj：橋孔長度扣除全部橋墩寬度后的長度第2節(jié)橋孔長度利用橋位斷面設(shè)計流量Qs和設(shè)計水位Hs，求出橋下順利宣泄設(shè)計洪水時所需要的最小過水面積，用于確定橋孔的最小長度。設(shè)計流速：設(shè)計者在考慮投資與安全等綜合因素后，在布置橋梁孔徑確定實(shí)際過水?dāng)嗝鏁r選定的一個速度。對河灘較小、壓縮不多的河段，可采用通過設(shè)計流量時河槽的天然平均流速；河灘很大時，按經(jīng)驗(yàn)確定。Ad—沖刷前橋墩所占的橋下過水面積Ax—沖刷前橋墩側(cè)面渦流所占的橋下過水面積Ay—沖刷前橋下有效過水面積，不包括橋墩和渦流部分Aj—沖刷前橋下凈過水面積Aj=Ay+AxAq—沖刷前橋下毛過水面積，含有效過水面積+橋墩和渦流面積

Aq=Aj+Ad=Ay+Ax+Adμ—墩臺側(cè)面渦流阻水引起的橋下過水面積的折減

μ=Ay/Aj。μ=1-0.375Vs/ljλ—橋墩阻水引起的橋下過水面積的折減

λ=Ad/Aq（寬淺河流=b/l）一、沖刷系數(shù)法根據(jù)水流連續(xù)方程：為推算一般沖刷完成后的橋下過水面積，引入沖刷系數(shù)p=A沖后/A沖前。沖刷后的橋下有效過水面積、凈過水面積和毛過水面積均為沖刷前的p倍。當(dāng)橋位與水流斜交時：沖刷系數(shù)：表示橋下河槽的沖刷程度；也表示橋孔對水流的壓縮程度。沖刷系數(shù)法一直由鐵路系統(tǒng)使用。適用于細(xì)顆粒、均勻砂質(zhì)河床、平原穩(wěn)定河床。不穩(wěn)定河床與實(shí)際偏差較大。沖刷系數(shù)允許值河流類型沖刷系數(shù)附注山區(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

變遷性河段1.2-1.8

平原區(qū)1.1-1.4

（2）有明顯河槽的各類河段（開闊、順直微彎、分汊、彎曲河段及灘槽分明的不穩(wěn)定河段）

二、經(jīng)驗(yàn)公式法（1）山區(qū)峽谷河段上的橋梁，要求按地形布置橋孔，一般可不做橋孔長度計算。寬灘河段：K、n值表河段類型Kn開闊、順直微彎等穩(wěn)定河段0.840.90分汊、彎曲、寬灘等次穩(wěn)定河段0.950.87

灘、槽可分的不穩(wěn)定河段0.691.59

二、經(jīng)驗(yàn)公式法（3）無明顯河槽的變遷性、游蕩性河段灘、槽難分的不穩(wěn)定河段橋面高程：橋面中心線上最低點(diǎn)的標(biāo)高。

要求滿足：

1）橋下通過設(shè)計洪水、流冰、流木和通航的要求；

2）考慮壅水、波浪、水拱、河灣凹岸水面超高以及河床淤泥等引起的橋下水位升高。第3節(jié)橋面高程一.各類水面升高值計算

1.壅水建橋后天然水流受到橋孔壓縮，橋梁上游形成壅水。壅水高度：天然水面以上被壅起的高度。1）橋前最大壅水高度△z：沖刷后橋下平均流速（橋下河床為巖石或有鋪砌時為沖刷前橋下平均流速）沖刷前橋下平均流速（=設(shè)計流量/橋下凈過水面積）天然狀態(tài)下橋孔部分的平均流速河槽平均流速河床質(zhì)中值粒徑，按質(zhì)量計50%都較它小的粒徑。2）橋下壅水高度△z'橋下斷面處的壅水高度橋下壅水高度△z′序號洪水和河床土質(zhì)情況△z′1一般情況0.5△z2洪水暴漲暴落，土壤堅(jiān)實(shí)，不宜沖刷△z3洪水漲落緩慢，土壤松軟，易沖刷不計3）壅水曲線緩坡河流橋前壅水曲線一般可近似看做二次拋物線。

壅水曲線全長為L的任意斷面A處的壅水高度△zA可近似按下式計算：2.急流河槽中橋墩的水流沖擊高度△hd

和緩流的壅水高度對應(yīng)3.波浪1）橋位處波浪高度△h2（適用于大陸地區(qū)河流、湖泊上的橋梁）2）路堤（或?qū)Я鞯蹋┻吰绿幍牟ɡ伺栏撸úɡ饲忠u高度）——波浪沖向路堤（或?qū)Я鞯蹋┻吰露郎母叨?。確定河灘路堤或?qū)Я鞯添敻叱虝r，應(yīng)計入。3）波浪斜向侵襲修正波浪斜向侵襲，侵襲高度有所減弱。邊坡系數(shù)m>1(α<45度)，斜向角度β≥30度時規(guī)范推薦公式：4.其他水拱局部股流壅高河床淤積凹岸水位超高凹岸水位超高:

位于河流彎道上的洪痕，受離心力作用，水流自凸岸趨向凹岸，使凹岸水體增高，在過水?dāng)嗝嫔闲纬蓹M比降使凸凹岸水位存在差值，即超高水位.V——斷面平均流速B——水面寬R——彎曲中心曲半徑計算橋面高程時，計入0.5△H。二.橋下凈空安全值3.通航河段圖6-3-5，表6-3-8～6-3-112.流冰、流木河段表6-3-71.不通航河段表6-3-6（1）非通航河段（按設(shè)計洪水位計算）Hmin---橋面最低高程Hs---設(shè)計水位△hj---橋下凈空安全值△hD---橋梁上部構(gòu)造建筑物高度（含橋面鋪裝高度）∑△h---各種水面升高值總和三.橋面最底高程確定（2）通航河段Htn---設(shè)計最高通航水位HM---通航凈空高度其他符號同前。（3）跨越海域水面的橋梁通航凈空高度由船舶空載時船舶水面以上的高度及安全富余高度組成第4節(jié)計算實(shí)例橋位河段為VI-(1)級航道橋位河段無凌汛、流冰橋位河段為河灣段，中心半徑為430m已知：一級公路橋梁跨越平原區(qū)次穩(wěn)定河段，橋梁基本資料、跨越河流基本資料信息和橋位斷面測量資料等見圖2-4-3~2-4-5。

nt=1/30，nc=1/40，i=0.0003，Q1%=3500m3/s。1.橋孔長度Hs=63.65m(Hs=65.64m)前期準(zhǔn)備：確定設(shè)計水位Hs2.橋孔布設(shè)

左橋臺：K0000+604.00，右橋臺K0000+724.004孔30m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁；雙柱式橋墩，墩徑1.6m合理1）橋前壅水高度△Z和橋下壅水高度△Z′河槽弗汝德數(shù)3.橋面最低高程天然橋下平均流速3.00設(shè)計流量通過時為緩流，橋前出現(xiàn)壅水，不出現(xiàn)橋墩迎水面的急流沖擊高度。沖刷前橋下平均流速橋前壅水高度沖刷后橋下平均流速橋下壅水高度（一般情況）代入式6-3-7計算風(fēng)速=21.53m/s，浪程內(nèi)平均水深取河床平均水深5.85m，最大水面風(fēng)距為1450