第十三章_橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算

1、2024/3/31,§13 橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算,§13.1 墩臺(tái)沖刷類(lèi)型 大中橋水力計(jì)算的三大基本內(nèi)容： 橋長(zhǎng)、橋面最低標(biāo)高、墩臺(tái)基礎(chǔ)最小埋置深度。一、河床自然演變沖刷： 河床在水力作用及泥沙運(yùn)動(dòng)等因素的影響下，自然發(fā)育過(guò)程造成的沖刷現(xiàn)象二、橋下斷面一般沖刷： 橋孔壓縮水流，橋下流速增大，水流挾沙能力也隨之增大，引起斷面河床沖刷的現(xiàn)象三、墩臺(tái)局部沖刷： 水流受墩臺(tái)

2、阻擋，在墩臺(tái)附近發(fā)生的沖刷現(xiàn)象,2024/3/31,床面開(kāi)始沖刷時(shí)的流速，稱為床沙起沖流速，以v0’表示床面泥沙起動(dòng)時(shí)的流速，稱為床沙起動(dòng)流速，以v0表示沖刷停止時(shí)的垂線平均流速，稱為沖止流速，以vz表示,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,沖刷深度與行近流速關(guān)系,2024/3/31,§13.2 橋下斷面一般沖刷深度,一般沖刷深度：通常用沖刷停止時(shí)橋下的垂線水深來(lái)表示 尚無(wú)成熟理論，主要按經(jīng)驗(yàn)公式（

3、64-1；64-2；）或包爾達(dá)可夫公式計(jì)算 64-1公式、64-2公式為1964年全國(guó)橋渡沖刷學(xué)術(shù)會(huì)議推薦試用，1991年《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》正式作為推薦公式，《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG C30-2002）采用簡(jiǎn)化式。,2024/3/31,一、非粘性土河槽 基本假定：當(dāng)河槽斷面流速等于沖止流速時(shí)，橋下一般沖刷隨即停止，且一般沖刷深度達(dá)到最大，由此有，,,非粘性土河槽非粘性河灘粘性土河床,64-1公式3

4、個(gè)：,2024/3/31,,,,,2024/3/31,2）64-1修正式,,2024/3/31,,,,,,2024/3/31,,,2024/3/31,二、非粘性土河灘,,,2024/3/31,式中：,,,,,,2024/3/31,,,,2024/3/31,一、河槽部分,64-1：粘性土河床,,（13-13）,2024/3/31,式中：,,2024/3/31,二、河灘部分,,（13-14）,2024/3/31,適用于 非粘性土河槽,64-

5、2 公式（p139）：,,,64-2 公式：基于輸沙平衡理論,2024/3/31,適用于 非粘性土河槽,規(guī)范：64-2 簡(jiǎn)化式,,,64-2 公式：基于輸沙平衡理論,2024/3/31,,,,,,2024/3/31,,,,,,2024/3/31,,,,,2024/3/31,§13.2.3 包爾達(dá)可夫公式,包爾達(dá)可夫按別列柳伯斯基假定建立的一般沖刷公式；只適用于穩(wěn)定性河段（沒(méi)有考慮土質(zhì)因素和單寬流量集中情況）,2024/

6、3/31,1、均質(zhì)河床：,,,,,2024/3/31,2、無(wú)導(dǎo)流堤時(shí)橋臺(tái)偏斜沖刷深度,,2024/3/31,3、巖土河床易沖土壤部分的沖刷深度,,,,2024/3/31,§13.3 墩臺(tái)局部沖刷深度,墩臺(tái)局部沖刷深度：墩臺(tái)周?chē)蛩鳑_刷形成的沖刷坑最大深度。 墩臺(tái)局部沖刷原因：流向橋墩的水流受到墩身的阻擋，橋墩周?chē)乃鹘Y(jié)構(gòu)發(fā)生急劇變化，水流的繞流使流線急劇彎曲，床面附近形成旋渦，劇烈淘刷橋墩迎水端和周?chē)哪?/p>

7、沙，形成局部沖刷坑。,2024/3/31,橋墩局部沖刷的水流結(jié)構(gòu)示意圖,,2024/3/31,與橋墩局部沖刷深度有關(guān)的主要因素：,1、沖向橋墩的流速2、橋墩的寬度3、橋墩型式4、水深5、床沙粒徑,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,流向橋墩的水流受到墩身的阻擋，橋墩周?chē)乃鹘Y(jié)構(gòu)發(fā)生急劇變化，水流的繞流使流線急劇彎曲，床面附近形成漩渦，劇烈掏刷橋墩迎水端和周?chē)哪嗌常纬删植繘_刷坑，隨著沖刷坑的不斷加深和擴(kuò)大，坑底流速逐漸降低，

8、水流挾沙能力隨之喊弱，上游進(jìn)入沖刷坑的泥沙與水流沖走的泥沙趨向平衡，同時(shí)，沖刷坑底的泥沙逐漸粗化?？拥状植诔潭仍龃螅箾_能力增強(qiáng)，使水流的沖刷作用與床沙的抗沖作用也趨向平衡，沖刷隨之停止，局部沖刷坑達(dá)到最深。沖刷坑外緣與橋墩前端坑底的最大高差，就是最大局部沖刷深度。,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,橋墩局部沖刷的機(jī)理,2024/3/31,第四節(jié) 橋墩的局部沖刷,橋墩局部沖刷的機(jī)理,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,沖刷深度與行近流

9、速關(guān)系橋墩局部沖刷深度與沖向橋墩的水流速度(以垂線平均流速表示)有關(guān)。當(dāng)速度V增大到一定程度時(shí)，橋墩迎水面兩側(cè)的泥沙首先被水流沖走，床面開(kāi)始沖刷，此時(shí)沖向橋墩的水流行近流速（垂線平均流速）稱為橋墩起沖流速v’0。橋墩起沖流速v’0一般為床沙起動(dòng)流速v0的0.4～0.6倍。流速小于v0 的沖刷為清水沖刷，大于v0 的為動(dòng)床沖刷。,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,沖刷深度與行近流速關(guān)系根據(jù)模型試驗(yàn)和觀測(cè)資料可知，橋墩局部沖刷深度與

10、涌向橋墩的流速V有關(guān)。當(dāng)V逐漸增大到一定數(shù)值時(shí)，橋墩迎水面兩側(cè)的泥沙開(kāi)始被沖走而產(chǎn)生沖刷，此時(shí)涌向橋墩的垂線平均流速稱為墩旁床沙的起沖流速v’0。當(dāng)v大于V’0 （V表示河床泥沙的起動(dòng)流速)并繼續(xù)增大時(shí)，沖刷坑逐漸加深和擴(kuò)大，局部沖刷深度與V近似呈直線關(guān)系增大，當(dāng)V增大到V。時(shí)，床面泥沙大量起動(dòng)，上游來(lái)的泥沙有些將潛留在沖刷坑內(nèi)，因此當(dāng)V>V0并繼續(xù)增大時(shí)，沖刷坑深度的增長(zhǎng)因有泥沙補(bǔ)給而減緩，局部沖刷深度hb與V呈曲線關(guān)系。

11、,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,沖刷深度與行近流速關(guān)系,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,沖刷深度與行近流速關(guān)系,2024/3/31,一般沖刷深度與局部沖刷深度的區(qū)別：,1、一般沖刷深度是從設(shè)計(jì)水位至一般沖刷線的最大深度2、局部沖刷深度是從一般沖刷線至沖刷坑底的最大深度,2024/3/31,《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGC30-2002推薦的65-1，65-2修正后的新公式,一、非粘性土河床的局部沖刷深度 1、65-1

12、修正式,,,2024/3/31,,,,,2024/3/31,式中：,,,,,2024/3/31,墩型系數(shù)表,2024/3/31,,墩型系數(shù)表,2024/3/31,,,2024/3/31,2、65-2公式,,,2024/3/31,,,,,2024/3/31,式中：,,2024/3/31,粘性土河床橋墩局部沖刷可按下式計(jì)算：,,,,,2024/3/31,四、行近水深和行近流速取一般沖刷后最大水深作為行近水深和一般沖刷后垂線平均流速作為行近

13、流速。1）按輸沙平衡原理公式計(jì)算一般沖刷時(shí)：2）按沖止流速公式計(jì)算一般沖刷深度時(shí)，取該公式對(duì)應(yīng)的沖止流速公式計(jì)算。,2024/3/31,一 橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu) 橋臺(tái)附件的水流由主流區(qū)，下游回流區(qū)和上游滯流區(qū)三部分組成。,2024/3/31,一 橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu),2024/3/31,,2024/3/31,,2024/3/31,,2024/3/31,,2024/3/31,,2024/3/31,拋石防洪保黃河鐵路橋　加固沖刷嚴(yán)重

14、橋墩,2008.6.17日，一列鐵路專(zhuān)用防洪拋石車(chē)緩緩駛上京廣黃河鐵路大橋，以每小時(shí)5公里的速度，成功拋下180籠近180立方米石塊。鄭州鐵路局2008年京廣線黃河鐵路大橋拋石防洪度汛施工，由此拉開(kāi)序幕?！　∈冀ㄓ?958年的京廣鐵路黃河大橋，位于黃河下游游蕩性河段上，受當(dāng)時(shí)建橋技術(shù)和地理?xiàng)l件限制，大橋橋墩基礎(chǔ)較淺。由于大橋上游河水主槽擺動(dòng)頻繁，河床沖刷對(duì)大橋的安全造成影響。6月19日小浪底水庫(kù)即將開(kāi)閘調(diào)水泄洪，最大流量預(yù)計(jì)將達(dá)39

15、00立方米／秒，調(diào)水泄洪將改變黃河大橋橋址處的水流環(huán)境和輸沙運(yùn)行規(guī)律。為應(yīng)對(duì)黃河小浪底水庫(kù)的調(diào)沙泄洪，擔(dān)負(fù)大橋養(yǎng)護(hù)維修任務(wù)的鄭州鐵路局聞汛而動(dòng)，正式啟動(dòng)黃河鐵路大橋度汛拋石預(yù)案。,2024/3/31,防護(hù)橋墩周?chē)鷽_刷的方案和輔助措施。采用在橋墩中開(kāi)縫或在墩周?chē)O(shè)護(hù)圈作為控制沖刷深度的措施。清水試驗(yàn)表明，僅用開(kāi)縫的方法能減少?zèng)_刷深度20％，而開(kāi)縫結(jié)合使用護(hù)圈則可進(jìn)一步減小沖刷深度。,2024/3/31,橋臺(tái)沖刷,一 橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu),2

16、024/3/31,橋臺(tái)沖刷,一 橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu)橋臺(tái)上下游的流速分布如下：,2024/3/31,橋臺(tái)沖刷,一 橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu),2024/3/31,橋臺(tái)沖刷,二 橋臺(tái)沖刷計(jì)算1 沙性土河床：,2024/3/31,橋臺(tái)沖刷,二 橋臺(tái)沖刷計(jì)算1 沙性土河床：,2024/3/31,橋臺(tái)沖刷,二 橋臺(tái)沖刷計(jì)算1 沙性土河床：,2024/3/31,橋臺(tái)沖刷,二 橋臺(tái)沖刷計(jì)算橋臺(tái)挑角系數(shù)：,橋臺(tái)形狀系數(shù)：,2024/3/31,橋臺(tái)沖刷

17、,二 橋臺(tái)沖刷計(jì)算1 沙性土河床：引入挑角系數(shù)Ca和橋臺(tái)形狀系數(shù)CA，則,2024/3/31,橋臺(tái)沖刷,2 粘性土河床：,2024/3/31,橋臺(tái)最大沖刷深度，應(yīng)結(jié)合橋位河床特征、壓縮程度等情況，分析、計(jì)算比較后確定。,2024/3/31,§13.4 橋下河槽最低沖刷線,橋下河槽最低沖刷線：,,2024/3/31,,,,,,,2024/3/31,非巖性河床天然基礎(chǔ)墩臺(tái)埋深,2024/3/31,最低沖刷線高程,橋墩的最低

18、沖刷線高程Hmin（ m）為： 橋臺(tái)的最低沖刷線高程Hmin（ m）為：上式中h為橋臺(tái)所在位置的平均水深。,2024/3/31,墩臺(tái)基底最小埋置深度,1、在確定橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)埋置深度時(shí)，應(yīng)根據(jù)橋位河段具體情況，取河床自然演變沖刷、一般沖刷和局部沖刷的不利組合，作為確定墩臺(tái)基礎(chǔ)埋深的依據(jù)。 2、非巖石河床墩臺(tái)基底埋深安全值，可按表7.6.2確定 3、巖石河床墩臺(tái)基底最小埋置深度可按規(guī)范附錄C確定。,2024

19、/3/31,4、位于河槽的橋臺(tái)，當(dāng)其最大沖刷深度小于橋墩總沖刷深度時(shí)，橋臺(tái)基底的埋深應(yīng)與橋墩基底高程相同； 當(dāng)橋臺(tái)位于河灘時(shí)，對(duì)河槽擺動(dòng)的不穩(wěn)定河流，橋臺(tái)基底高程應(yīng)與橋墩相同； 在穩(wěn)定河流上，橋臺(tái)基底高程可按照橋臺(tái)沖刷計(jì)算結(jié)果確定,2024/3/31,5、橋臺(tái)錐體護(hù)坡基腳埋置深度應(yīng)考慮沖刷的影響，當(dāng)位于穩(wěn)定、次穩(wěn)定河段的河灘上，基腳底面應(yīng)在一般沖刷線以下至少0.50m；當(dāng)橋臺(tái)位于不穩(wěn)定河流的河