第十三章桥梁墩台冲刷计算ppt课件.ppt

§13 桥梁墩台冲刷计算 §13.1 墩台冲刷墩台冲刷类型型 大中大中桥水力水力计算的三大根本内容：算的三大根本内容： 桥长、、桥面最低面最低标高、墩台根底最小埋置深度高、墩台根底最小埋置深度一、河床自然演化冲刷：一、河床自然演化冲刷： 河床在水力作用及泥沙运河床在水力作用及泥沙运动等要素的影响等要素的影响下，自然下，自然发育育过程呵斥的冲刷景象程呵斥的冲刷景象二、二、桥下断面普通冲刷：下断面普通冲刷： 桥孔孔紧缩水流，水流，桥下流速增大，水流挟沙下流速增大，水流挟沙才干也随之增大，引起断面河床冲刷的景象才干也随之增大，引起断面河床冲刷的景象三、墩台部分冲刷：三、墩台部分冲刷： 水流受墩台阻水流受墩台阻挠，在墩台附近，在墩台附近发生的冲刷生的冲刷景象景象床面开床面开场冲刷冲刷时的流速，称的流速，称为床沙起冲流速，床沙起冲流速，以以v0’表示表示床面泥沙起床面泥沙起动时的流速，称的流速，称为床沙起床沙起动流速，流速，以以v0表示表示冲刷停冲刷停顿时的垂的垂线平均流速，称平均流速，称为冲止流速，冲止流速，以以vz表示表示桥墩的部分冲刷桥墩的部分冲刷冲刷深度与行近流速关系§13.2 桥下断面普通冲刷深度 普通冲刷深度：通常用冲刷停顿时桥下的垂线普通冲刷深度：通常用冲刷停顿时桥下的垂线水深来表示水深来表示 尚无成熟实际，主要按阅历公式〔尚无成熟实际，主要按阅历公式〔64-1；；64-2；〕或包尔达可夫公式计算；〕或包尔达可夫公式计算 64-1公式、公式、64-2公式为公式为1964年全国桥渡冲年全国桥渡冲刷学术会议引荐试用，刷学术会议引荐试用，1991年年<公路桥位公路桥位勘测设计规范勘测设计规范>正式作为引荐公式，正式作为引荐公式，<公路公路工程水文勘测设计规范工程水文勘测设计规范>〔〔JTG C30-2019〕采用简化式。

〕采用简化式一、非粘性土河槽一、非粘性土河槽 根本假定：当河槽断面流速等于冲止流根本假定：当河槽断面流速等于冲止流速时，桥下普通冲刷随即停顿，且普通冲速时，桥下普通冲刷随即停顿，且普通冲刷深度到达最大，由此有，刷深度到达最大，由此有，l非粘性土河槽非粘性土河槽l非粘性河滩非粘性河滩l粘性土河床粘性土河床64-1公式公式3个：个：2〕〕64-1修正式修正式二、非粘性土河滩二、非粘性土河滩式中：式中：一、河槽部分64-1：粘性土河床 〔13-13〕式中：式中：二、河滩部分二、河滩部分 〔13-14〕适用于适用于 非粘性土河槽非粘性土河槽64-2 公式〔p〕：64-2 公式：基于输沙平衡实际适用于适用于 非粘性土河槽非粘性土河槽规范：64-2 简化式64-2 公式：基于输沙平衡实际§13.2.3 包尔达可夫公式 包尔达可夫按别列柳伯斯基假定建立的普通冲刷公式；只适用于稳定性河段〔没有思索土质要素和单宽流量集中情况〕1 1、均质河床：、均质河床：2 2、无导流堤时桥台偏斜冲刷深度、无导流堤时桥台偏斜冲刷深度3 3、岩土河床易冲土壤部分的冲刷深度、岩土河床易冲土壤部分的冲刷深度§13.3 墩台部分冲刷深度 墩台部分冲刷深度：墩台周围因水流冲刷构成的冲刷坑最大深度。

墩台部分冲刷缘由：流向桥墩的水流遭到墩身的阻挠，桥墩周围的水流构造发生急剧变化，水流的绕流使流线急剧弯曲，床面附近构成旋涡，猛烈淘刷桥墩迎水端和周围的泥沙，构成部分冲刷坑桥墩部分冲刷的水流构造表示图桥墩部分冲刷的水流构造表示图与桥墩部分冲刷深度有关的主要要素： 1、冲向桥墩的流速、冲向桥墩的流速2、桥墩的宽度、桥墩的宽度3、桥墩型式、桥墩型式4、水深、水深5、床沙粒径、床沙粒径桥墩的部分冲刷桥墩的部分冲刷n n流向流向桥桥墩的水流遭到墩身的阻墩的水流遭到墩身的阻挠挠，，桥桥墩周墩周围围的水流的水流构造构造发发生急生急剧变剧变化，水流的化，水流的绕绕流使流流使流线线急急剧剧弯曲，弯曲，床面附近构成漩床面附近构成漩涡涡，猛烈掏刷，猛烈掏刷桥桥墩迎水端和周墩迎水端和周围围的的泥沙，构成部分冲刷坑，随着冲刷坑的不断加深和泥沙，构成部分冲刷坑，随着冲刷坑的不断加深和扩扩展，坑底流速逐展，坑底流速逐渐渐降低，水流挟沙才干随之喊弱，降低，水流挟沙才干随之喊弱，上游上游进进入冲刷坑的泥沙与水流冲走的泥沙入冲刷坑的泥沙与水流冲走的泥沙趋趋向平衡，向平衡，同同时时，冲刷坑底的泥沙逐，冲刷坑底的泥沙逐渐渐粗化。

坑底粗糙程度增粗化坑底粗糙程度增大，抗冲才干加大，抗冲才干加强强，使水流的冲刷作用与床沙的抗，使水流的冲刷作用与床沙的抗冲作用也冲作用也趋趋向平衡，冲刷随之停向平衡，冲刷随之停顿顿，部分冲刷坑到，部分冲刷坑到达最深冲刷坑外达最深冲刷坑外缘缘与与桥桥墩前端坑底的最大高差，墩前端坑底的最大高差，就是最大部分冲刷深度就是最大部分冲刷深度桥墩的部分冲刷桥墩的部分冲刷n n桥墩部分冲刷的机理桥墩部分冲刷的机理第四节第四节 桥墩的部分冲刷桥墩的部分冲刷n n桥墩部分冲刷的机理桥墩部分冲刷的机理桥墩的部分冲刷桥墩的部分冲刷冲刷深度与行近流速关系冲刷深度与行近流速关系桥桥墩部分冲刷深度与冲向墩部分冲刷深度与冲向桥桥墩的水流速度墩的水流速度( (以垂以垂线线平均平均流速表示流速表示) )有关当速度有关当速度V V增大到一定程度增大到一定程度时时，，桥桥墩墩迎水面两迎水面两侧侧的泥沙首先被水流冲走，床面开的泥沙首先被水流冲走，床面开场场冲刷，冲刷，此此时时冲向冲向桥桥墩的水流行近流速〔垂墩的水流行近流速〔垂线线平均流速〕称平均流速〕称为桥为桥墩起冲流速墩起冲流速v’0v’0桥桥墩起冲流速墩起冲流速v’0v’0普通普通为为床床沙起沙起动动流速流速v0v0的的0.40.4～～0.60.6倍。

倍流速小于流速小于v0 v0 的冲刷的冲刷为为清水冲刷，大于清水冲刷，大于v0 v0 的的为动为动床冲床冲刷桥墩的部分冲刷桥墩的部分冲刷冲刷深度与行近流速关系冲刷深度与行近流速关系根据模型根据模型实验实验和和观测资观测资料可知，料可知，桥桥墩部分冲刷深度与墩部分冲刷深度与涌向涌向桥桥墩的流速墩的流速V V有关当当V V逐逐渐渐增大到一定数增大到一定数值时值时，，桥桥墩迎水面两墩迎水面两侧侧的泥沙开的泥沙开场场被冲走而被冲走而产产生冲刷，此生冲刷，此时时涌向涌向桥桥墩的垂墩的垂线线平均流平均流速称速称为为墩旁床沙的起冲流速墩旁床沙的起冲流速v’0v’0当当v v大于大于V’0 V’0 〔〔V V表示河床泥沙的起表示河床泥沙的起动动流速流速) )并并继续继续增增大大时时，冲刷坑逐，冲刷坑逐渐渐加深和加深和扩扩展，部分冲刷深度与展，部分冲刷深度与V V近近似呈直似呈直线线关系增大，关系增大，当当V V增大到增大到V V时时，床面泥沙大量起，床面泥沙大量起动动，上游来的泥沙，上游来的泥沙有些将潜留在冲刷坑内，因此当有些将潜留在冲刷坑内，因此当V>V0V>V0并并继续继续增大增大时时，，冲刷坑深度的增冲刷坑深度的增长长因有泥沙因有泥沙补给补给而减而减缓缓，部分冲刷，部分冲刷深度深度hbhb与与V V呈曲呈曲线线关系。

关系桥墩的部分冲刷桥墩的部分冲刷冲刷深度与行近流速关系桥墩的部分冲刷桥墩的部分冲刷冲刷深度与行近流速关系普通冲刷深度与部分冲刷深度的区别：普通冲刷深度与部分冲刷深度的区别：1、普通冲刷深度是从设计水位至普通冲刷线的最大深度2、部分冲刷深度是从普通冲刷线至冲刷坑底的最大深度<公路桥位勘测设计规范>JTGC30-2019引荐的65-1，65-2修正后的新公式一、非粘性土河床的部分冲刷深度一、非粘性土河床的部分冲刷深度一、非粘性土河床的部分冲刷深度一、非粘性土河床的部分冲刷深度 1 1、、、、65-165-1修正式修正式修正式修正式式中：式中：墩型系数表墩型系数表墩型系数表墩型系数表2、、65-2公式公式式中：式中：粘性土河床桥墩部分冲刷可按下式计算：粘性土河床桥墩部分冲刷可按下式计算：四、行近水深和行近流速四、行近水深和行近流速取普通冲刷后最大水深作为行近水深和普通冲刷后取普通冲刷后最大水深作为行近水深和普通冲刷后垂线平均流速作为行近流速垂线平均流速作为行近流速1 1〕按输沙平衡原理公式计算普通冲刷时：〕按输沙平衡原理公式计算普通冲刷时：2 2〕按冲止流速公式计算普通冲刷深度时，取该公〕按冲止流速公式计算普通冲刷深度时，取该公式对应的冲止流速公式计算。

式对应的冲止流速公式计算n n 一一 桥桥台台绕绕流的水流构造流的水流构造n n 桥桥台附件的水流由主流区，下游回流区和上游滞流台附件的水流由主流区，下游回流区和上游滞流区三部分区三部分组组成n n 一一 桥台绕流的水流构造桥台绕流的水流构造抛石防洪保黄河铁路桥　加固冲刷严重桥墩n n2019.6.172019.6.172019.6.172019.6.17日，一列铁路公用防洪抛石车渐渐驶上京广黄河日，一列铁路公用防洪抛石车渐渐驶上京广黄河日，一列铁路公用防洪抛石车渐渐驶上京广黄河日，一列铁路公用防洪抛石车渐渐驶上京广黄河铁路大桥，以每小时铁路大桥，以每小时铁路大桥，以每小时铁路大桥，以每小时5 5 5 5公里的速度，胜利抛下公里的速度，胜利抛下公里的速度，胜利抛下公里的速度，胜利抛下180180180180笼近笼近笼近笼近180180180180立立立立方米石块郑州铁路局方米石块郑州铁路局方米石块郑州铁路局方米石块郑州铁路局2019201920192019年京广线黄河铁路大桥抛石防洪年京广线黄河铁路大桥抛石防洪年京广线黄河铁路大桥抛石防洪年京广线黄河铁路大桥抛石防洪度汛施工，由此拉开序幕。

度汛施工，由此拉开序幕度汛施工，由此拉开序幕度汛施工，由此拉开序幕n n　　始建于　　始建于　　始建于　　始建于1958195819581958年的京广铁路黄河大桥，位于黄河下游游荡年的京广铁路黄河大桥，位于黄河下游游荡年的京广铁路黄河大桥，位于黄河下游游荡年的京广铁路黄河大桥，位于黄河下游游荡性河段上，受当时建桥技术和地理条件限制，大桥桥墩根底性河段上，受当时建桥技术和地理条件限制，大桥桥墩根底性河段上，受当时建桥技术和地理条件限制，大桥桥墩根底性河段上，受当时建桥技术和地理条件限制，大桥桥墩根底较浅n n由于大桥上游河水主槽摆动频繁，河床冲刷对大桥的平安呵由于大桥上游河水主槽摆动频繁，河床冲刷对大桥的平安呵由于大桥上游河水主槽摆动频繁，河床冲刷对大桥的平安呵由于大桥上游河水主槽摆动频繁，河床冲刷对大桥的平安呵斥影响6 6 6 6月月月月19191919日小浪底水库即将开闸调水泄洪，最大流量日小浪底水库即将开闸调水泄洪，最大流量日小浪底水库即将开闸调水泄洪，最大流量日小浪底水库即将开闸调水泄洪，最大流量估计将达估计将达估计将达估计将达3900390039003900立方米／秒，调水泄洪将改动黄河大桥桥址处立方米／秒，调水泄洪将改动黄河大桥桥址处立方米／秒，调水泄洪将改动黄河大桥桥址处立方米／秒，调水泄洪将改动黄河大桥桥址处的水流环境和输沙运转规律。

为应对黄河小浪底水库的调沙的水流环境和输沙运转规律为应对黄河小浪底水库的调沙的水流环境和输沙运转规律为应对黄河小浪底水库的调沙的水流环境和输沙运转规律为应对黄河小浪底水库的调沙泄洪，担负大桥养护维修义务的郑州铁路局闻汛而动，正式泄洪，担负大桥养护维修义务的郑州铁路局闻汛而动，正式泄洪，担负大桥养护维修义务的郑州铁路局闻汛而动，正式泄洪，担负大桥养护维修义务的郑州铁路局闻汛而动，正式启动黄河铁路大桥度汛抛石预案启动黄河铁路大桥度汛抛石预案启动黄河铁路大桥度汛抛石预案启动黄河铁路大桥度汛抛石预案n n防护桥墩周围冲刷的方案和辅助措施采用在桥墩中开缝或在墩周围设护圈作为控制冲刷深度的措施清水实验阐明，仅用开缝的方法能减少冲刷深度20％，而开缝结合运用护圈那么可进一步减小冲刷深度 桥台冲刷桥台冲刷n n 一一 桥台绕流的水流构造桥台绕流的水流构造桥台冲刷桥台冲刷n n 一一 桥台绕流的水流构造桥台绕流的水流构造n n桥台上下游的流速分布如下：桥台上下游的流速分布如下：桥台冲刷桥台冲刷n n 一一 桥台绕流的水流构造桥台绕流的水流构造桥台冲刷桥台冲刷 二二 桥台冲刷计算桥台冲刷计算1 1 沙性土河床：沙性土河床：桥台冲刷桥台冲刷二二 桥台冲刷计算桥台冲刷计算1 1 沙性土河床：沙性土河床：桥台冲刷桥台冲刷n n 二二 桥台冲刷计算桥台冲刷计算n n1 1 沙性土河床：沙性土河床：桥台冲刷桥台冲刷n n 二二 桥桥台冲刷台冲刷计计算算n n桥桥台挑角系数：台挑角系数：n n桥桥台外形系数：台外形系数：桥台冲刷桥台冲刷n n 二二 桥台冲刷计算桥台冲刷计算n n1 1 沙性土河床：沙性土河床：n n引入挑角系数引入挑角系数CaCa和桥台外形系数和桥台外形系数CACA，那么，那么桥台冲刷桥台冲刷n n2 2 粘性土河床：粘性土河床： 桥台最大冲刷深度，应结合桥位河床特征、紧缩程度等情况，分析、计算比较后确定。

§13.4 桥下河槽最低冲刷下河槽最低冲刷线 桥下河槽最低冲刷线： 非岩性河床天然根底墩台埋深非岩性河床天然根底墩台埋深最低冲刷线高程最低冲刷线高程n n桥墩的最低冲刷线高程桥墩的最低冲刷线高程HminHmin〔〔 m m〕为：〕为：n n n n桥台的最低冲刷线高程桥台的最低冲刷线高程HminHmin〔〔 m m〕为：〕为：n n上式中上式中h h为桥台所在位置的平均水深为桥台所在位置的平均水深墩台基底最小埋置深度墩台基底最小埋置深度 1 1 1 1、在确定桥梁墩台根底埋置深度时，应根据、在确定桥梁墩台根底埋置深度时，应根据、在确定桥梁墩台根底埋置深度时，应根据、在确定桥梁墩台根底埋置深度时，应根据桥位河段详细情况，取河床自然演化冲刷、普通桥位河段详细情况，取河床自然演化冲刷、普通桥位河段详细情况，取河床自然演化冲刷、普通桥位河段详细情况，取河床自然演化冲刷、普通冲刷和部分冲刷的不利组合，作为确定墩台根底冲刷和部分冲刷的不利组合，作为确定墩台根底冲刷和部分冲刷的不利组合，作为确定墩台根底冲刷和部分冲刷的不利组合，作为确定墩台根底埋深的根据。

埋深的根据埋深的根据埋深的根据 2 2 2 2、非岩石河床墩台基底埋深平安值，可按表、非岩石河床墩台基底埋深平安值，可按表、非岩石河床墩台基底埋深平安值，可按表、非岩石河床墩台基底埋深平安值，可按表7.6.27.6.27.6.27.6.2确定确定确定确定 3 3 3 3、岩石河床墩台基底最小埋置深度可按规范、岩石河床墩台基底最小埋置深度可按规范、岩石河床墩台基底最小埋置深度可按规范、岩石河床墩台基底最小埋置深度可按规范附录附录附录附录C C C C确定 4 4、位于河槽的桥台，当其最大冲刷深度小于、位于河槽的桥台，当其最大冲刷深度小于桥墩总冲刷深度时，桥台基底的埋深应与桥墩基桥墩总冲刷深度时，桥台基底的埋深应与桥墩基底高程一样；底高程一样； 当桥台位于河滩时，对河槽摆动的不稳定河当桥台位于河滩时，对河槽摆动的不稳定河流，桥台基底高程应与桥墩一样；流，桥台基底高程应与桥墩一样； 在稳定河流上，桥台基底高程可按照桥台冲在稳定河流上，桥台基底高程可按照桥台冲刷计算结果确定刷计算结果确定  5、桥台锥体护坡基脚埋置深度应思索冲刷的影响，当位于稳定、次稳定河段的河滩上，基脚底面应在普通冲刷线以下至少0.50m；当桥台位于不稳定河流的河滩上，基脚底面应在普通冲刷线以下至少1m。