桥涵水文第三章课件.ppt

1、桥涵水文桥涵水文第三章大中桥孔径计算及墩台冲刷计算第三章大中桥孔径计算及墩台冲刷计算n第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则n第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算n第三节第三节 桥面高程桥面高程n第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算桥涵水文桥涵水文 本章主要任务在于计算大中桥桥孔长度、桥面标本章主要任务在于计算大中桥桥孔长度、桥面标高、墩台基础的埋置深度。高、墩台基础的埋置深度。小桥涵孔径，一般按水力学方法确定，而确定大小桥涵孔径，一般按水力学方法确定，而确定大中桥孔径，要比确定小桥涵孔径复杂得多，需要进中桥孔径，要比确定小桥涵孔径复杂得多，需要

2、进行专门研究。行专门研究。孔径的计算，主要是依据桥位断面设计流量和水孔径的计算，主要是依据桥位断面设计流量和水位，推算需要的桥孔的最小长度和桥面最低高程，位，推算需要的桥孔的最小长度和桥面最低高程，为确定桥孔设计方案提供设计依据。为确定桥孔设计方案提供设计依据。桥涵水文桥涵水文桥涵水文桥涵水文第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔桥位河段水流图式和桥孔布置原则布置原则桥涵水文桥涵水文第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则 建桥以后，河流受到桥头引道的压缩和墩台阻水的建桥以后，河流受到桥头引道的压缩和墩台阻水的影响，改变了水流和泥沙运动的天然状态，引起河床的影响

3、，改变了水流和泥沙运动的天然状态，引起河床的冲淤变形，导致水流对桥梁墩台基础的冲刷，危及桥梁冲淤变形，导致水流对桥梁墩台基础的冲刷，危及桥梁的安全。的安全。因此，孔径的计算和布置，应以建桥前后桥位河段因此，孔径的计算和布置，应以建桥前后桥位河段内水流和泥沙运动的客观规律为依据。内水流和泥沙运动的客观规律为依据。桥涵水文桥涵水文第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则一、建桥前后桥位河段水流运动的变化一、建桥前后桥位河段水流运动的变化1.1.建桥前建桥前 由于桥位一般选在顺直河段，可以看成是由于桥位一般选在顺直河段，可以看成是均匀流均匀流(各各个断面的比降、流速

4、均相等个断面的比降、流速均相等)，任意一个断面的输沙存，任意一个断面的输沙存在一个动态平衡状态。在一个动态平衡状态。桥涵水文桥涵水文第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则2.2.建桥后建桥后 建桥后桥位河段的水流和泥沙运动状态是桥孔水力建桥后桥位河段的水流和泥沙运动状态是桥孔水力计算的依据，但桥位河段的水流和泥沙运动十分复杂，计算的依据，但桥位河段的水流和泥沙运动十分复杂，且建桥时无法知道建桥以后的变化情况，且建桥时无法知道建桥以后的变化情况，目前只能在某目前只能在某些假定和实验的基础上提出简化的水流图式。些假定和实验的基础上提出简化的水流图式。桥涵水文桥涵

5、水文123340v桥涵水文桥涵水文第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则(1)(1)桥位上游桥位上游-雍水区雍水区 在在-之间形成了一个之间形成了一个雍雍水区水区，水面逐渐升高水面逐渐升高z z，水，水面呈面呈a1a1型曲线，随着水深的增型曲线，随着水深的增加，水面坡度加，水面坡度i i和流速和流速v v逐渐减逐渐减小，小，水流挟沙能力减弱水流挟沙能力减弱，不能，不能继续全部输移上游到来的泥沙，继续全部输移上游到来的泥沙，因而在因而在-之间之间泥沙逐渐沉泥沙逐渐沉积积下来。下来。雍水区雍水区桥涵水文桥涵水文123340v(2)(2)桥位上端桥位上端溢流区溢流

6、区 -之间，过水断面逐渐减小之间，过水断面逐渐减小(水面逐渐被压缩呈水面逐渐被压缩呈漏斗状漏斗状)，水面坡度水面坡度i i及流速也相应增大，及流速也相应增大，挟沙能力也逐渐增大挟沙能力也逐渐增大，水中的来沙，水中的来沙逐渐小于去沙，从而产生逐渐小于去沙，从而产生冲刷冲刷。溢流区溢流区桥涵水文桥涵水文第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则(3)(3)桥位下端桥位下端压缩区压缩区 -之间，之间，水深继续降低水深继续降低，由于有桥墩的阻水，水流速度继由于有桥墩的阻水，水流速度继续增大，继续造成续增大，继续造成冲刷冲刷。无导流堤时无导流堤时断面最窄，有断面最窄，有导

7、流堤时断面最窄。导流堤时断面最窄。桥涵水文桥涵水文第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则(4)(4)桥位下游桥位下游扩散区扩散区 水流逐渐扩散至天然水流逐渐扩散至天然河宽，河宽，流速逐渐变小流速逐渐变小直至直至恢复天然河道流速，水流恢复天然河道流速，水流的携沙能力由大变小，在的携沙能力由大变小，在河床上从冲刷变小到出现河床上从冲刷变小到出现淤积，又从淤积逐渐减小淤积，又从淤积逐渐减小到恢复天然河道河流状态。到恢复天然河道河流状态。扩散区扩散区桥涵水文桥涵水文第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则小结：小结：u水流图式反映了

8、建桥以后桥孔长度、桥前雍水、桥下水流图式反映了建桥以后桥孔长度、桥前雍水、桥下冲刷三者之间的关系。冲刷三者之间的关系。桥孔长度桥孔长度，压缩，压缩，雍水高度，雍水高度，冲刷，冲刷。u设计时应综合考虑它们的影响。设计时应综合考虑它们的影响。桥孔长度桥孔长度,雍水高度雍水高度,桥面标高桥面标高,但桥梁造价但桥梁造价；桥孔长度桥孔长度，雍水高度，雍水高度，威胁桥位上游两岸的安全；桥，威胁桥位上游两岸的安全；桥面标高面标高，引道工程量，引道工程量，且基础工程的埋深，且基础工程的埋深。u考虑河流的型性，不同河段桥孔布设作不同的考虑。考虑河流的型性，不同河段桥孔布设作不同的考虑。桥涵水文桥涵水文第一节第一

9、节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则在冲积河流上建桥，常常对河流的自然过水断面中，那些在冲积河流上建桥，常常对河流的自然过水断面中，那些水面很宽，过水面积很大，但通过的流量却很小的部分，水面很宽，过水面积很大，但通过的流量却很小的部分，用路堤代替桥孔。用路堤代替桥孔。在宽浅变迁和宽浅游荡河段上，洪水的摆动常将河槽扩宽在宽浅变迁和宽浅游荡河段上，洪水的摆动常将河槽扩宽到远大于排洪与输沙实际需要的宽度，建桥时用引道路堤到远大于排洪与输沙实际需要的宽度，建桥时用引道路堤代替桥孔。代替桥孔。在边滩微弯河段上，通常只对河滩进行压缩，而对河槽宽在边滩微弯河段上，通常只对河滩进行

10、压缩，而对河槽宽度则不压缩或少压缩。度则不压缩或少压缩。对深槽和浅槽稳定河段，一般毫不压缩地以桥孔跨越河槽对深槽和浅槽稳定河段，一般毫不压缩地以桥孔跨越河槽的全部过水宽度。的全部过水宽度。在通航河段和有堤防的河段上，是否可以压缩设计洪水的在通航河段和有堤防的河段上，是否可以压缩设计洪水的过水断面以缩短桥孔长度，须视具体情况而定。过水断面以缩短桥孔长度，须视具体情况而定。桥涵水文桥涵水文山区河流的桥孔布设山区河流的桥孔布设峡谷河段峡谷河段宜单孔跨越。宜单孔跨越。开阔河段开阔河段可适当压缩河可适当压缩河滩。滩。第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则贵州北盘江大桥

11、贵州北盘江大桥湖南淘金大桥湖南淘金大桥二、各类河段桥孔布设原则二、各类河段桥孔布设原则桥涵水文桥涵水文长江开阔河段长江开阔河段 万县长江大桥万县长江大桥第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则 大跨度钢筋砼箱形拱桥，全长大跨度钢筋砼箱形拱桥，全长856.12m856.12m，桥宽，桥宽24m24m；单孔跨；单孔跨长江，净跨长江，净跨420m,420m,桥面距江面高桥面距江面高140m140m。桥涵水文桥涵水文平原河流的桥孔布设平原河流的桥孔布设顺直微弯河段顺直微弯河段，桥孔布设应考虑河槽内边滩下移，主槽在，桥孔布设应考虑河槽内边滩下移，主槽在河槽内摆动的影响。

12、河槽内墩台基础应埋置在同一高程。河槽内摆动的影响。河槽内墩台基础应埋置在同一高程。弯曲河段弯曲河段，考虑河槽凹岸水流集中冲刷和凸岸淤积等对桥，考虑河槽凹岸水流集中冲刷和凸岸淤积等对桥孔及墩台的影响。孔及墩台的影响。滩槽较稳定的滩槽较稳定的分汊河段分汊河段，若多年流量分配较稳定，可考虑，若多年流量分配较稳定，可考虑布设一河多桥。布设一河多桥。宽滩河段宽滩河段，可根据桥位上下游主流趋势及深泓线摆动范围，可根据桥位上下游主流趋势及深泓线摆动范围布设桥孔，并可适当压缩河滩。布设桥孔，并可适当压缩河滩。游荡河段游荡河段，不宜过多压缩河床，应结合当地治理规划，辅，不宜过多压缩河床，应结合当地治理规划，辅以

13、调治工程，在深泓线可能摆动的范围内设置桥孔。以调治工程，在深泓线可能摆动的范围内设置桥孔。第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥涵水文桥涵水文顺直微弯河段上桥渡河段演变趋势顺直微弯河段上桥渡河段演变趋势第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥涵水文桥涵水文分汊河段分汊河段 润扬长江大桥润扬长江大桥第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥涵水文桥涵水文游荡型河段游荡型河段 开封黄河公路大桥开封黄河公路大桥第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥长桥长4

14、475.09m4475.09m，孔跨布置，孔跨布置212120m+7720m+7750m+1050m+1020m20m所处河段主河槽宽度一般为所处河段主河槽宽度一般为0.50.50.6km0.6km，河槽最大摆动幅度为，河槽最大摆动幅度为1500m1500m。桥涵水文桥涵水文 山前区河流的桥孔布设山前区河流的桥孔布设 山前变迁河段山前变迁河段，允许压缩河滩，允许压缩河滩，但，但需辅以调治建筑物需辅以调治建筑物。河滩。河滩路堤不宜设置小桥和涵洞。当路堤不宜设置小桥和涵洞。当采用一河多桥方案时，应堵截采用一河多桥方案时，应堵截临近主河槽的支江。临近主河槽的支江。冲积漫流河段冲积漫流河段，桥孔宜在河

15、流，桥孔宜在河流上游上游狭窄或收缩段跨越狭窄或收缩段跨越。若在。若在河床宽阔、水流有明显分支处河床宽阔、水流有明显分支处跨越，可采用一河多桥方案，跨越，可采用一河多桥方案，并应在各桥间采用相应的分流并应在各桥间采用相应的分流和防护措施。桥下净空应考虑和防护措施。桥下净空应考虑河床淤积影响。河床淤积影响。第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则新疆天山南麓冲积扇阿拉尔塔里木河大桥桥涵水文桥涵水文第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则三、桥孔布置的原则三、桥孔布置的原则1.1.桥孔设计应在保证桥梁安全运营的情况下，顺畅宣泄包括桥

16、孔设计应在保证桥梁安全运营的情况下，顺畅宣泄包括设计洪水在内的各级洪水的水流和泥沙，避免河床产生不设计洪水在内的各级洪水的水流和泥沙，避免河床产生不利变形，保证墩台具有足够的稳定性，并做到经济合理。利变形，保证墩台具有足够的稳定性，并做到经济合理。2.2.桥孔设计应满足通航、流冰、流木及其他漂流物顺畅通过桥孔设计应满足通航、流冰、流木及其他漂流物顺畅通过桥下的要求。桥下的要求。3.3.桥孔设计不宜过分压缩河道、改变水流的天然状态桥孔设计不宜过分压缩河道、改变水流的天然状态。建桥。建桥后引起的流势变化、河床变形和桥前雍水高度，应在两岸后引起的流势变化、河床变形和桥前雍水高度，应在两岸农田、村镇和

17、堤防安全的允许范围之内。农田、村镇和堤防安全的允许范围之内。4.4.桥孔设计应考虑桥址上下游已建成或拟建的水利工程、航桥孔设计应考虑桥址上下游已建成或拟建的水利工程、航道、码头和管线等引起的河床演变对桥孔的影响。道、码头和管线等引起的河床演变对桥孔的影响。桥涵水文桥涵水文第一节第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥位河段水流图式和桥孔布置原则5.5.桥孔布设应于天然河流断面流量分配相适应桥孔布设应于天然河流断面流量分配相适应。6.6.在通航和筏运的河段上，应充分考虑河床演变所引起的航在通航和筏运的河段上，应充分考虑河床演变所引起的航道变化，将通航孔布设在稳定的航道上，必要时可预留通道变化，将

18、通航孔布设在稳定的航道上，必要时可预留通航孔。航孔。7.7.在主流深泓线上不宜布设桥墩，在断层、溶洞等不良地段在主流深泓线上不宜布设桥墩，在断层、溶洞等不良地段也不宜布设墩台。也不宜布设墩台。8.8.桥孔设计时，桥孔设计时，对跨径在对跨径在60m60m以下的桥孔，应尽量采用标准以下的桥孔，应尽量采用标准跨径。跨径。9.9.考虑施工条件和经济效益及生态环境效益，作全面的技术考虑施工条件和经济效益及生态环境效益，作全面的技术经济比较，选择合理的桥孔设计方案。经济比较，选择合理的桥孔设计方案。桥涵水文桥涵水文桥涵桥涵分类分类公路桥涵公路桥涵多孔跨径总长多孔跨径总长L/mL/m单孔跨径单孔跨径l/ml

19、/m特大桥特大桥L1000L1000l150l150大桥大桥100 L 1000100 L 100040 l 15040 l 150中桥中桥3030 L L1001002020l l4040小桥小桥8 L308 L305l 5l 2020涵洞涵洞-l l5 5第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算桥涵分类有两个标准：单孔跨径和多孔跨径总长。桥涵分类有两个标准：单孔跨径和多孔跨径总长。桥涵水文桥涵水文 在桥梁工程中，中小跨度的桥梁占的比例非常大。这在桥梁工程中，中小跨度的桥梁占的比例非常大。这部分桥梁如果采用标准设计，其工程设计和施工质量将部分桥梁如果采用标准设计，其工程设计和施工质量将大大提高

20、，其经济效益也是非常可观的，因而我国大大提高，其经济效益也是非常可观的，因而我国公公路工程技术标准路工程技术标准中规定，中规定，标准设计或新建桥涵跨径在标准设计或新建桥涵跨径在50m50m以下时，均应采用标准跨径以下时，均应采用标准跨径。桥涵标准化跨径有桥涵标准化跨径有:0.75m,1.0m,1.25m,1.5m,2.0m,2.5m,3.0m,4.0m,0.75m,1.0m,1.25m,1.5m,2.0m,2.5m,3.0m,4.0m,5.0m,6.0m,8.0m,10m,13m,16m,20m,5.0m,6.0m,8.0m,10m,13m,16m,20m,25m,30m,35m,40m,45

21、m,50m 25m,30m,35m,40m,45m,50m。第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算桥涵水文桥涵水文第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算桥涵水文桥涵水文第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算桥孔长度：桥孔长度：设计水位两桥台前缘设计水位两桥台前缘之间之间(埋入式桥台则为两埋入式桥台则为两桥台护坡坡面之间桥台护坡坡面之间)的水的水面宽度。面宽度。桥孔净长：桥孔净长：桥孔长度扣除全部桥墩宽桥孔长度扣除全部桥墩宽度（顺桥向）后称为桥孔净长。度（顺桥向）后称为桥孔净长。桥涵水文桥涵水文第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算 桥孔长度的确定，首先应桥孔长度的确定，首先应满足排洪和输沙满足

22、排洪和输沙的要求，保的要求，保证设计洪水及其所携带的泥沙从桥下顺利通过，并应综证设计洪水及其所携带的泥沙从桥下顺利通过，并应综合考虑桥孔长度、桥前雍水和桥下冲刷的相互影响。合考虑桥孔长度、桥前雍水和桥下冲刷的相互影响。一、冲刷系数法一、冲刷系数法二、经验公式法二、经验公式法桥涵水文桥涵水文第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算一、冲刷系数法一、冲刷系数法u原理原理：利用桥位断面的设计流量：利用桥位断面的设计流量 和设计水位和设计水位 ，根据水力学的连续性原理根据水力学的连续性原理 ，求出桥下顺利渲泄设，求出桥下顺利渲泄设计洪水时所需要的最小过水面积，用以控制桥孔的最小计洪水时所需要的最小过水面

23、积，用以控制桥孔的最小长度长度。sQsHQvu建桥后过水断面面积及流速的变化：建桥后过水断面面积及流速的变化：桥孔水流压缩桥下流速增大桥下河槽开始冲刷桥下过水面积增大桥下流速减小趋于稳定天然河槽平均流速vS别列柳伯斯基假设别列柳伯斯基假设桥涵水文桥涵水文第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算u别列柳伯斯基假定：别列柳伯斯基假定：桥下过水面积扩大到使桥下流速等于天然河槽流速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。时，桥下冲刷即停止。u 为了推算冲刷后的桥下过水面积，引入为了推算冲刷后的桥下过水面积，引入冲刷系数冲刷系数P:P:建桥后，桥下冲刷结束建桥后，桥下冲刷结束1.0

24、P冲后冲前ssyQvPv P冲后冲前y冲刷前桥下有效过水面积，不包括桥墩和涡流所占 的过水面积。sv 设计流速，一般采用天然河槽的平均流速。桥涵水文桥涵水文第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算Mydx所以，实际所需的过水面积：所以，实际所需的过水面积：Mdx冲刷前桥下毛过水面积；冲刷前桥墩所占的桥下过水面积；冲刷前墩台侧面涡流所占的桥下过水面积。dM(桥墩阻水而引起的桥下过水面积减小)挤束系数：挤束系数：压缩系数：压缩系数：yyjMddx桥涵水文桥涵水文第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算()(1)MydxyMMydyMyM sysvPv PQ冲后冲前又：sysQv P(1)(1)sMss

25、jyxMdMMMsQv PQv P 得到最小桥长得到最小桥长得到最小净长得到最小净长桥涵水文桥涵水文 冲刷系数冲刷系数p p表示桥下河槽的冲刷程度，也表示桥孔表示桥下河槽的冲刷程度，也表示桥孔对水流的压缩程度，是桥孔长度计算的控制因素。对水流的压缩程度，是桥孔长度计算的控制因素。第二节第二节 桥孔长度计算桥孔长度计算各类河段冲刷系数建议值各类河段冲刷系数建议值桥涵水文桥涵水文设计设计流速流速单孔跨径单孔跨径10101313161620202525303035354040454511Fr1）修建桥梁后，桥梁上游河槽不）修建桥梁后，桥梁上游河槽不出现雍水曲线，即不存在桥前雍水高度和桥下雍水出现雍水

26、曲线，即不存在桥前雍水高度和桥下雍水高度。但出现桥墩迎水面水流溅起的冲击高度高度。但出现桥墩迎水面水流溅起的冲击高度:00dhhv急流河槽桥墩水流冲击高度；、墩前河槽天然水深和流速。桥涵水文桥涵水文第三节第三节 桥面高程桥面高程2.2.波浪波浪(1)(1)桥位处的波浪高度桥位处的波浪高度u 桥位处河流洪水的波浪高度桥位处河流洪水的波浪高度一般通过调查确定一般通过调查确定。u 调查困难时，可按下式计算：调查困难时，可按下式计算：计算桥面高程时，以桥位处静水面以上，波浪高度的三分之计算桥面高程时，以桥位处静水面以上，波浪高度的三分之二计入。二计入。22FhKh223hh桥涵水文桥涵水文第三节第三节

27、 桥面高程桥面高程(2)(2)路堤（或导流堤等）边坡处的波浪爬高路堤（或导流堤等）边坡处的波浪爬高 波浪冲向路堤波浪冲向路堤(或导流堤等或导流堤等)边坡而爬升的高度，称为波边坡而爬升的高度，称为波浪爬高或波浪侵袭高度。确定浪爬高或波浪侵袭高度。确定河滩路堤和导流堤等顶面高程河滩路堤和导流堤等顶面高程时时，应计入这一高度。，应计入这一高度。(3)(3)斜向的波浪爬高斜向的波浪爬高02eVhK K Rh12sin3eehh桥涵水文桥涵水文第三节第三节 桥面高程桥面高程3.3.水拱高水拱高 河流河流涨水时涨水时同一断面的主槽流速比两侧河滩的流速同一断面的主槽流速比两侧河滩的流速大，主槽水位比河滩水位

28、上涨快，形成大，主槽水位比河滩水位上涨快，形成河心水位高，两河心水位高，两边河滩水位低的水拱现象边河滩水位低的水拱现象；在洪水由峡谷山口流出时，；在洪水由峡谷山口流出时，也会出现水拱现象。河中水面高出两边的高为水拱高。也会出现水拱现象。河中水面高出两边的高为水拱高。桥涵水文桥涵水文第三节第三节 桥面高程桥面高程4.4.河湾水位超高河湾水位超高 河湾处形成水面横比降，引起凹岸水位超高：河湾处形成水面横比降，引起凹岸水位超高：计算桥面高程时，可计入河湾水位超高值的计算桥面高程时，可计入河湾水位超高值的1/21/2。2v BhgR vBR断面平均流速；水面宽度；河湾凸凹岸曲率半径的平均值。桥涵水文桥

29、涵水文第三节第三节 桥面高程桥面高程二、桥面最低标高的确定二、桥面最低标高的确定 桥面中心及河床内引道路面最低标高的确定受设计桥面中心及河床内引道路面最低标高的确定受设计洪水水位、设计最高通航水位、因桥梁建筑而引起的水洪水水位、设计最高通航水位、因桥梁建筑而引起的水位升高、水面漂浮物、通航船只净高以及桥梁结构物高位升高、水面漂浮物、通航船只净高以及桥梁结构物高度、道路线型布设的需要等因素的综合影响。度、道路线型布设的需要等因素的综合影响。若此标高设置过大，将使工程投入显著增大；但是若此标高设置过大，将使工程投入显著增大；但是标高设置过小，将会造成桥位上游正常通航或局部的洪标高设置过小，将会造成

30、桥位上游正常通航或局部的洪涝灾害，甚至危及桥梁的安全及桥位上游局部地区的人涝灾害，甚至危及桥梁的安全及桥位上游局部地区的人民生命财产安全。民生命财产安全。桥涵水文桥涵水文第三节第三节 桥面高程桥面高程1.1.不通航河段不通航河段桥面中心最低标高：桥面中心最低标高：min()sjDHHhhh 桥面中心最低高程；设计水位；桥下净空高度；桥梁上部结构建筑高度 包括桥面铺装高度；各种水面升高值之和。minsjDHHhhh 桥梁部位桥梁部位高出计算水位高出计算水位(m)高出最高流冰面高出最高流冰面(m)梁梁底底洪水期无大漂洪水期无大漂流物流物0.50.75洪水期有大漂洪水期有大漂流物流物1.5有泥石流有

31、泥石流1.0支承垫石顶面支承垫石顶面0.250.5拱脚拱脚0.250.25非通航河流桥下净空安全值非通航河流桥下净空安全值注：计算水位即设计水位加雍水、浪高等。注：计算水位即设计水位加雍水、浪高等。无胶拱的拱脚允许被设计洪水淹没，淹没高度一般不超过拱圈矢高无胶拱的拱脚允许被设计洪水淹没，淹没高度一般不超过拱圈矢高的三分之二，拱脚至计算水位的净高不小于的三分之二，拱脚至计算水位的净高不小于1m；在不通航和无流筏的水库区域内，梁底面或拱顶底面离开水面的高在不通航和无流筏的水库区域内，梁底面或拱顶底面离开水面的高度不应小于计算浪高的度不应小于计算浪高的0.750.75倍加上倍加上0.25m0.25m

32、。桥涵水文桥涵水文第三节第三节 桥面高程桥面高程类型类型净跨净跨(m)主槽桥孔主槽桥孔边滩桥孔边滩桥孔流冰流冰微弱微弱中等中等强烈强烈162040101330流木流木中等中等流木长度加流木长度加1m强烈强烈流木长度加流木长度加2m流冰、流木河段上桥梁最小净跨流冰、流木河段上桥梁最小净跨桥涵水文桥涵水文第三节第三节 桥面高程桥面高程2.2.通航河段通航河段 通航河桥的桥面高程通航河桥的桥面高程除应满足不通航河流的要求外除应满足不通航河流的要求外，同时，同时还应满足下式的要求：还应满足下式的要求：minttnMDHHHh()tnMDHHh设计最高通航水位；通航净空高度；桥梁上部结构建筑高度 包括桥

33、面铺装高度。桥涵水文桥涵水文 设计最高通航水位设计最高通航水位根据各种河流具体情况确定。一般天根据各种河流具体情况确定。一般天然河流的设计最高通航水位可采用下表中规定的各级洪水重然河流的设计最高通航水位可采用下表中规定的各级洪水重现期水位。现期水位。第三节第三节 桥面高程桥面高程航道等级航道等级洪水重现期洪水重现期20105天然河流设计最高通航水位标准天然河流设计最高通航水位标准桥涵水文桥涵水文第三节第三节 桥面高程桥面高程桥涵水文桥涵水文第三节第三节 桥面高程桥面高程【例例】某桥桥下为通航河流，河道通航等级为某桥桥下为通航河流，河道通航等级为级，经计算，级，经计算，河道设计水位为河道设计水位

34、为863.00m863.00m，河道设计最高通航水位为，河道设计最高通航水位为860.50m860.50m；桥梁为桥梁为T T型梁，结构高度为型梁，结构高度为1.2m1.2m；桥面铺装厚度；桥面铺装厚度0.12m0.12m，人行，人行道高度道高度0.20m,0.20m,护栏高度护栏高度1.2m;1.2m;桥前最大雍水高度桥前最大雍水高度1.26m1.26m，浪高，浪高0.82m0.82m，水拱高度，水拱高度0.65m0.65m。试求桥面最低标高。试求桥面最低标高。min860.5 10(1.20.12)871.82ttnMDHHHhmmin12863.0(1.260.820.65)0.5(1.

35、20.12)23866.65sjDHHhhhm 按通航河流算按通航河流算解：按不通航河流算解：按不通航河流算桥涵水文桥涵水文桥涵水文桥涵水文桥涵水文桥涵水文桥涵水文桥涵水文桥涵水文桥涵水文桥涵水文桥涵水文桥涵水文桥涵水文第三节第三节 桥面高程桥面高程【例例】已知：已知：(1)(1)桥址河床断面及地质资料如图；桥址河床断面及地质资料如图；(2)(2)平原次稳定河流，设计流量平原次稳定河流，设计流量 ，设计水位，设计水位 ,河槽天然流速河槽天然流速 ,河滩天然平均流速河滩天然平均流速 ,水流与桥位正交，汛期含沙量水流与桥位正交，汛期含沙量(3)(3)通航等级为五级航道，最小净跨通航等级为五级航道，

36、最小净跨35m,35m,最小净高最小净高8m8m，通航，通航水位水位105.00m;105.00m;(4)(4)采用净跨采用净跨36m(36m(梁全长梁全长36.6m)36.6m)的预应力钢筋混凝土梁，圆的预应力钢筋混凝土梁，圆端形桥墩，宽端形桥墩，宽3.10m3.10m，长，长9.10m9.10m，梁建筑高度，梁建筑高度3.00m3.00m，梁缝，梁缝0.10m0.10m，基础为沉井，尺寸为，基础为沉井，尺寸为4.6m4.6m10.6m10.6m。要求要求:(1)(1)确定桥孔长度；确定桥孔长度；(2)(2)确定桥面中心最低高程。确定桥面中心最低高程。36150/sQms107sHm2.0/

37、vm s0.95/tvm s35/kg m桥涵水文桥涵水文第三节第三节 桥面高程桥面高程桥涵水文桥涵水文第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算桥涵水文桥涵水文第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算 为了使设计洪水在桥下安全通过，不但要有足够的为了使设计洪水在桥下安全通过，不但要有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且桥梁墩台基础还必须有足够桥孔长度和桥梁高度，而且桥梁墩台基础还必须有足够的埋置深度。的埋置深度。桥下冲刷直接影响着桥墩台的基础埋置深度，要保桥下冲刷直接影响着桥墩台的基础埋置深度，要保证桥梁安全，就必须将墩台基础放置在可靠的地基上。证桥梁安全，就必须将墩台基础放置在可靠的地

38、基上。进行冲刷计算的目的是要找最大冲刷深度，决定不被冲进行冲刷计算的目的是要找最大冲刷深度，决定不被冲走的地基面的标高。走的地基面的标高。一、桥下冲刷的组成一、桥下冲刷的组成1.1.天然冲刷天然冲刷 河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下，自然发育河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下，自然发育过程造成的冲刷现象。例如：河床逐年下切、淤积，边滩下过程造成的冲刷现象。例如：河床逐年下切、淤积，边滩下移，河湾发展变形以及截弯取直，河槽摆动。移，河湾发展变形以及截弯取直，河槽摆动。桥涵水文桥涵水文第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算 无论修桥与否，天然冲刷都存在无论修桥与否，天然冲刷都存在

39、。修桥后，可能对天然。修桥后，可能对天然冲刷有影响。冲刷有影响。关于天然冲刷深度的计算，目前尚无成熟的计算方法，关于天然冲刷深度的计算，目前尚无成熟的计算方法，一般多调查或利用桥位上、下游水文站历年实测断面资料统一般多调查或利用桥位上、下游水文站历年实测断面资料统计分析。计分析。对于河床下切的变形，可通过调查或利用各年河床断面，河对于河床下切的变形，可通过调查或利用各年河床断面，河段地形图等资料，分析逐年下切的程度，估算桥梁使用期内段地形图等资料，分析逐年下切的程度，估算桥梁使用期内自然下切的深度。自然下切的深度。对于河槽横向变动已引起的自然演变冲刷，宜在桥位河段内对于河槽横向变动已引起的自然

40、演变冲刷，宜在桥位河段内选用对计算冲刷不利的断面作为计算断面。选用对计算冲刷不利的断面作为计算断面。对于现有涉河工程引起的河床变形，可收集已有分析资料、对于现有涉河工程引起的河床变形，可收集已有分析资料、动床模型试验成果预测，或采用相应公式计算确定。动床模型试验成果预测，或采用相应公式计算确定。桥涵水文桥涵水文第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算 弯道的凹岸河床最大自然下切后的最低高程弯道的凹岸河床最大自然下切后的最低高程桥涵水文桥涵水文第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算2.2.一般冲刷一般冲刷 建桥后，由于桥孔压缩河床，桥下过水面积减小，从而建桥后，由于桥孔压缩河床，桥

41、下过水面积减小，从而引起桥下流速的增大，水流携沙能力也随之增大，造成引起桥下流速的增大，水流携沙能力也随之增大，造成整个整个桥下断面桥下断面的河床冲刷。这一冲刷过程，称为桥下断面的一般的河床冲刷。这一冲刷过程，称为桥下断面的一般冲刷。冲刷。3.3.局部冲刷局部冲刷 水流因受墩台阻挡，在水流因受墩台阻挡，在墩台附近发生墩台附近发生的冲刷现象叫局部的冲刷现象叫局部冲刷。在桥墩的前缘与两侧形成冲刷坑。冲刷。在桥墩的前缘与两侧形成冲刷坑。三种冲刷交织在一起，同时进行。计算时假定它三种冲刷交织在一起，同时进行。计算时假定它们独立地相继进行，可分别计算，最后叠加。们独立地相继进行，可分别计算，最后叠加。桥

42、涵水文桥涵水文第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算二、一般冲刷计算二、一般冲刷计算 关于桥下断面一般冲刷深度计算，目前尚无成熟理论，关于桥下断面一般冲刷深度计算，目前尚无成熟理论，主要按经验公式计算。常用的经验公式有主要按经验公式计算。常用的经验公式有64-164-1，64-264-2，包尔，包尔达可夫公式。达可夫公式。1.64-21.64-2公式公式原理：输沙平衡原理原理：输沙平衡原理 桥下河槽断面的上游来沙量小于桥下断面的水流挟桥下河槽断面的上游来沙量小于桥下断面的水流挟沙能力沙能力(主要是推移质主要是推移质),),则发生冲刷。伴随冲刷的发展，则发生冲刷。伴随冲刷的发展，桥下断面

43、增大，流速和挟沙能力逐渐减小。上游来沙量桥下断面增大，流速和挟沙能力逐渐减小。上游来沙量G1G1和下游排沙量和下游排沙量G2G2趋向平衡，冲刷趋于停止，达到最大趋向平衡，冲刷趋于停止，达到最大冲刷深度。冲刷深度。桥涵水文桥涵水文第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算64-264-2简化公式简化公式适用于沙性土河槽的一般冲刷计算适用于沙性土河槽的一般冲刷计算规范推荐公式规范推荐公式0.900.662max20.151.04()()(1)()1.8cpcBQhAhQBBAH phBH桥下一般冲刷后的最大水深；造床流量下的河槽宽度，对复式河床可取平滩水位时河槽宽度；造床流量下的河槽平均水深，

44、对复式河床可取平滩水位时河槽平均水深；桥涵水文桥涵水文第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算221122maxpcpctctcQQQQQQQQQBBBh桥下河槽部分通过的设计流量；当桥下河槽能拓宽至全桥时取用设计流量；天然状态下河槽部分设计流量；天然状态下桥下河滩部分设计流量；天然断面的河槽宽度；建桥后桥下断面河槽宽度，当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔长度；-设计水位下，在宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值；-桥墩水流侧向压缩系数；计算断面桥下河槽最大水深。桥涵水文桥涵水文设计设计流速流速单孔跨径单孔跨径101013131616202025253030353540404545111

45、.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00 1.001.001.01.00.960.960.970.970.980.980.990.990.990.990.990.990.990.990.990.99 0.990.991.51.50.960.960.960.960.970.970.970.970.980.980.980.980.980.980.990.99 0.990.992.02.00.930.930.940.940.950.950.970.970.970.970.980.980.980.980.980.98

46、 0.980.982.52.50.900.900.930.930.940.940.960.960.960.960.970.970.970.970.980.98 0.980.983.03.00.890.890.910.910.930.930.950.950.960.960.960.960.970.970.970.97 0.980.983.53.50.870.870.900.900.920.920.940.940.950.950.960.960.960.960.970.97 0.970.974.04.00.850.850.880.880.910.910.930.930.940.940.950.95

47、0.960.960.960.96 0.970.97桥墩水流侧向压缩系数值桥墩水流侧向压缩系数值45sjvmL当单孔跨径大于时，可按=1-0.375计算。对不等跨的桥孔可采用各孔 值的平均值。单孔跨径大于200m取1.0桥涵水文桥涵水文第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算2.64-12.64-1公式公式原理：根据冲止流速建立的冲刷公式原理：根据冲止流速建立的冲刷公式 桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速称为冲止流速。桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速称为冲止流速。冲止流速理论认为：桥下断面内的任意垂线的流速都冲止流速理论认为：桥下断面内的任意垂线的流速都会由于桥梁墩台对河床的挤束作用而提高，

48、此时，桥下会由于桥梁墩台对河床的挤束作用而提高，此时，桥下河床断面将发生一般冲刷。随着一般冲刷的发展，桥下河床断面将发生一般冲刷。随着一般冲刷的发展，桥下过水断面不断扩大，过水垂线深度不断加大，使垂线平过水断面不断扩大，过水垂线深度不断加大，使垂线平均流速不断下降。当垂线平均流速降低至该垂线的冲止均流速不断下降。当垂线平均流速降低至该垂线的冲止流速时，该垂线处冲刷停止，一般冲刷达到最大；当桥流速时，该垂线处冲刷停止，一般冲刷达到最大；当桥下所有垂线的流速都降低至冲止流速时，桥下断面的一下所有垂线的流速都降低至冲止流速时，桥下断面的一般冲刷即完全停止。般冲刷即完全停止。桥涵水文桥涵水文第四节第四

49、节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算64-164-1公式公式 根据水力学的连续性原理，一般冲刷停止时，桥下最大垂根据水力学的连续性原理，一般冲刷停止时，桥下最大垂线水深线水深hphp与桥下断面最大单宽流量之间的关系为：与桥下断面最大单宽流量之间的关系为：maxpzqhv一般冲刷后的最大水深：一般冲刷后的最大水深：桥下断面的最大单宽流量出现在桥下断面的最大水深处，桥下断面的最大单宽流量出现在桥下断面的最大水深处，可根据桥下断面的平均单宽流量推求。桥下断面的平均单宽可根据桥下断面的平均单宽流量推求。桥下断面的平均单宽流量对应着桥下断面的平均水深。由谢才流量对应着桥下断面的平均水深。由谢才-满宁公式

50、可知，单满宁公式可知，单宽流量与相应垂线水深的宽流量与相应垂线水深的5/35/3次方成正比，所以：次方成正比，所以：sQqL桥下平均单宽流量：桥下平均单宽流量：55maxmax33max()()shQhqqhLh桥下最大单宽流量：桥下最大单宽流量：桥涵水文桥涵水文第四节第四节 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算1/62/3zpvEdh冲止流速：冲止流速：355max2316()ccphQABhhEd整理得整理得64-1式：规范推荐公式式：规范推荐公式chEd计算断面桥下河槽平均水深；与汛期含沙量有关的系数；床沙的平均粒径。适用于沙性土河槽适用于沙性土河槽0.15()1.8BAH桥涵水文桥涵水文第