第十三章-桥梁墩台冲刷计算

2020/4/21§13桥梁墩台冲刷计算§13.1墩台冲刷类型大中桥水力计算的三大基本内容：桥长、桥面最低标高、墩台基础最小埋置深度。一、河床自然演变冲刷：河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下，自然发育过程造成的冲刷现象二、桥下断面一般冲刷：桥孔压缩水流，桥下流速增大，水流挟沙能力也随之增大，引起断面河床冲刷的现象三、墩台局部冲刷：水流受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷现象hphbh2020/4/21床面开始冲刷时的流速，称为床沙起冲流速，以v0’表示床面泥沙起动时的流速，称为床沙起动流速，以v0表示冲刷停止时的垂线平均流速，称为冲止流速，以vz表示2020/4/21§13.2桥下断面一般冲刷深度一般冲刷深度：通常用冲刷停止时桥下的垂线水深来表示尚无成熟理论，主要按经验公式（64-1；64-2；）计算64-1公式、64-2公式为1964年全国桥渡冲刷学术会议推荐试用，1991年《公路桥位勘测设计规范》正式作为推荐公式，《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2002）采用简化式。2020/4/21一、非粘性土河槽基本假定：当河槽断面流速等于冲止流速时，桥下一般冲刷随即停止，且一般冲刷深度达到最大，由此有，非粘性土河床2020/4/21zpVqVqhmaxmax—桥下一般冲刷深度—ph量—桥下断面最大单宽流—maxq—水流速度—V—冲止流速—zV2020/4/21非粘性土河槽1）64-2简化式1-7.3.1104.166.090.02cmcgccdphBBQQAh21.3.712ptccQQQQQ2020/4/21；）的设计流量（—频率为—s/m%3PQp31.3.715.0zzdHBA式中：）；大水深（—桥下一般冲刷后的最—mph；取用当河槽能扩宽至全桥时），设计流量（—桥下河槽部分通过的—pQQs/m322020/4/21）；设计流量（—天然状态下河槽部分—s/m3cQ）；部分设计流量（—天然状态下桥下河滩—s/m31tQ取用桥孔总长度；当河槽能扩宽至全桥时），度（—桥长范围内的河槽宽—mcgB位时河槽宽度；对复式河床可取平滩水），度（—造床流量下的河槽宽—mzB面积的比值；桥墩阻水总面积与过水宽度范围内，—设计水位下，在—cgB2020/4/218.18.1值可采用时，当河段山前变迁、游荡、宽滩—单宽流量集中系数，—dddAAA确定；数，按表—桥墩水流侧向压缩系—11.3.7）；—河槽最大水深（—mcmh深。平滩水位时河槽平均水），对复式河床可取均水深（—造床流量下的河槽平—mzH2020/4/212）64-1修正式41.3.75361352dEhhBQAhcqcmcjdp2020/4/21式中：；即为全桥桥孔过水净宽至全桥时，），当桥下河槽能扩宽宽（—河槽部分桥孔过水净—mcjB）；—桥下河槽平均水深（—mcqh）；—河槽泥沙平均粒径（—mmd选用。系数，可按表—与汛期含沙量有关的—21.3.7E2020/4/21二、非粘性土河滩51.3.7651351HtqtmtjpVhhBQh)61.3.7(111ptctQQQQQ2020/4/21式中：）；设计流量（—桥下河滩部分通过的—s/m31Q）；—桥下河滩最大水深（—mtmh）；—桥下河滩平均水深（—mtqh）；—河滩部分桥孔净长（—mtjB选用。可按表），（时非粘性土不冲刷流速—河滩水深—31.3.7s/mm11HV2020/4/21一、河槽部分粘性土河床12.3.7133.085352LcqcmcjdpIhhBQAh2020/4/21式中：；～取—单宽流量集中系数，—2.10.1dA。～适用范围液性指数，—冲刷坑范围内粘性土—19.116.0LI2020/4/21二、河滩部分22.3.7133.076351LtqtmtjpIhhBQh2020/4/21§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一般冲刷公式；只适用于稳定性河段（没有考虑土质因素和单宽流量集中情况）2020/4/211、均质河床：PhhP—一般冲刷深度—Ph—冲刷前的垂线水深—h—冲刷系数—P2020/4/212、无导流堤时桥台偏斜冲刷深度hhhhhPhPmaxmax')(2020/4/213、岩土河床易冲土壤部分的冲刷深度）积（—冲刷前桥下毛过水面—2mqA）过水面积（—冲刷前易冲刷部分的—21mA）的毛过水面积（表层可冲土壤被冲去后，—冲刷后不可冲刷部分—22mA12''AAPAhqP2020/4/21§13.3墩台局部冲刷深度墩台局部冲刷深度：墩台周围因水流冲刷形成的冲刷坑最大深度。墩台局部冲刷原因：流向桥墩的水流受到墩身的阻挡，桥墩周围的水流结构发生急剧变化，水流的绕流使流线急剧弯曲，床面附近形成旋涡，剧烈淘刷桥墩迎水端和周围的泥沙，形成局部冲刷坑。2020/4/21桥墩局部冲刷的水流结构示意图h2020/4/21与桥墩局部冲刷深度有关的主要因素：1、冲向桥墩的流速2、桥墩的宽度3、桥墩型式4、水深5、床沙粒径2020/4/21一般冲刷深度与局部冲刷深度的区别：1、一般冲刷深度是从设计水位至一般冲刷线的最大深度2、局部冲刷深度是从一般冲刷线至冲刷坑底的最大深度2020/4/21《公路桥位勘测设计规范》JTGC30-2002推荐的65-1，65-2修正后的新公式一、非粘性土河床的局部冲刷深度1、65-1修正式)()1('06.0110VVBKKhVVb时，当、1'00'0'006.0110)()2(nbVVVVVVBKKhVV时，当、2020/4/2115.045.01118.0ddK5.072.014.00103320246.0dhddhVPP006.01'0462.0VBdV19.025.001dVVn2020/4/21式中：—河床颗粒影响系数；—1K选用；—墩形系数，可按附录—BK）；—桥墩局部冲刷深度（—mbh）；—桥墩计算宽度（—m1B2020/4/21）；—河床泥沙起动流速（—s/mV0）；—墩前泥沙起冲流速（—s/mV'0条规定计算；按规范），流速（—一般冲刷后墩前行近—4.4.7s/mV）；—河床泥沙平均粒径（—mmd—指数。—1n2020/4/212、65-2公式0'015.06.0120VVVVVPbhBKKh当20'015.06.0120VVVVVnPbhBKKh当2020/4/215.007.028.0dV55.0'05.012.0dVdVVnlg19.023.00224.02.22375.00023.0ddK2020/4/21式中：—河床颗粒影响系数；—2K指数。——2n2020/4/21粘性土河床桥墩局部冲刷可按下式计算：VIBKhBhLbP25.16.01183.05.2时，当VIhBKhBhLPbP0.11.06.01155.05.2时，当式中：。～液性指数，适用范围—冲刷坑范围内粘性土—48.116.0LI2020/4/21桥台最大冲刷深度，应结合桥位河床特征、压缩程度等情况，分析、计算比较后确定。2020/4/21§13.4桥下河槽最低冲刷线桥下河槽最低冲刷线：下河槽最低冲刷线。的最大水深线，称为桥三者全部完成后及局部冲刷深度一般冲刷深度，然演变等因素冲刷深度桥梁墩台处桥下河床自bphhh2020/4/21cHHhHHhhhhsNsPsbPs式中：深—桥下综合冲刷最大水—sh—桥下最低冲刷线高程—sH—设计水位—PH—基础底面埋置高程—NH513413及表—基础埋深安全值见表—c2020/4/21墩台基底最小埋置深度1、在确定桥梁墩台基础埋置深度时，应根据桥位河段具体情况，取河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷的不利组合，作为确定墩台基础埋深的依据。2、非岩石河床墩台基底埋深安全值，可按表7.6.2确定3、岩石河床墩台基底最小埋置深度可按规范附录C确定。2020/4/214、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底高程相同；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相同；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2020/4/215、桥台锥体护坡基脚埋置深度应考虑冲刷的影响，当位于稳定、次稳定河段的河滩上，基脚底面应在一般冲刷线以下至少0.50m；当桥台位于不稳定河流的河滩上，基脚底面应在一般冲刷线以下至少1m。