桥涵水文课程设计.doc

桥渡课程设计指导书

1. 桥梁状况

桥梁位于I级干线，桥址轴线及梁底标高见图1。

桥下河床断面见图2，桥下河床的左滩主槽分界点为（137.49, 31.81）；桥下河床的右滩主槽分界点为（289.36, 31.60）；左滩、主槽、右滩的糙率系数分别为25、40、25。桥梁轴线与水流交角为90度。0号台的墩台线的X坐标为105.14米

图1 桥址轴线及梁底标高

2.形态断面

形态断面位于桥址上游120米处。形态断面处左滩、主槽、右滩的糙率系数分别为25、50、25。其左滩主槽分界点为（107.01, 32.18）；右滩主槽分界点为（281.87, 32.18）。

桥址与形态断面间的水面坡度为0.005弧度。

桥下河底线形态断面

图2 桥下河底线及形态断面坐标

图3 桥墩宽度图（墩底顺水流方向长度3.5米）

图4 基础（圆沉井）尺寸图

3号墩地质线标高（米）流量系列年份及流量（立方米/秒）

图5 3号墩地质及流量系列

3.实测其他资料

桥型为一般河流的一般大桥；洪水期没有漂浮物和泥石流；测得浪高为0.27米。含砂量特征为5公斤/立方米。桥下表层土为砂卵石。

4.要求

（1）计算形态断面水位关系曲线，并画图。

（2）计算设计流量，画出流量统计（P-III曲线）图形。

（3）检算梁底水位。

（4）检算3号桥墩的基础埋置深度。

（5）按水文计算要求修改设计（主槽内桥墩基础底标高都按3号墩处理），画出新的设计图。

一 计算形态断面水位关系曲线 水位在

[]27.87,39.96内变化，利用形态断面，按估计水位编程计算（附1）过水断面流量、过水断面面积，

平均流速，从而可得到水位关系曲线。 形态断面左滩：按如下水位分别计算

[38.78,39.96][32.18,38.78][27.87,32.18]??

???

形态断面主槽：按如下水位分别计算

[33.20,39.96][32.18,33.20][27.87,32.18]??

???

形态断面右滩：按如下水位分别计算

[32.18,39.96][31.42,32.18][27.87,31.42]??

???

形态水位关系曲线图如下所示

二 设计流量计算

有连续18年的观测资料，有特大洪水资料3年，3年中有1个特大洪水与连续观测资料重复。由于流量统计

不连续，按含特大洪水系列的频率分析方法就算经验频率。 1 特大洪水考证期N

21119771930148

N T T =-+=-+=

2 经验频率的估算

对于3项特大洪水

Q T M

的频率为

(123)1M M

p M N =

+取、、

对于其余17项观测洪水1

m p 为

11

(1)111m m l a a

P N N n l -=

+-++-+

计算结果如下表

3 统计参数估算值

对于空缺的k 项，假定这k 项的平均值等于连续系列的平均值，其均方差等于连续系列的均方差，这样补齐后组成的计算系列

i

Q (i=1,2,3,…N)

计算系列的总流量有三部分组成：

第一部分为特大洪水系列之和3

3

150800T Q j j R Q m s

===∑

第二部分为实测部分系列之和

17

31

84857q j j R q n q m s

===?=∑

第三部分为补齐的k 项空缺之和

k

R

[][]()483(181)28k N a n l =-+-=-+-= []{}()284491.139764.4759k R N a n l q =-+-=?=

总流量

275421.47

a q k Q R R R =++=

平均流量

5737.95Q

Q N =

=

变异系数

0.72012V C =

=

4 流量曲线图如下

4.1 把经验点群频率点会在海森几率格纸上 4.2 计算一组理论频率曲线，结果如下图所示

用适线法做2条曲线，发现2号线和经验点群能更好的吻合，该桥的设计参数如下：

35738,0.7, 2.0v s Q m C C ===，该桥百年一遇的流量为320000m s

三 水位验算

1 桥下断面图如下

2 水位验算

2.1 确定形态断面上设计流量通过时的水位标高

X p

H

由形态断面水位关系图可知，设计流量通过时的水位标高X p H =

36.91m

2.2 确定设计流量通过桥址断面的水位标高p

H

因为河道接近均匀稳定河道，所以36.910.00512036.31Q

P P H H IL m

=-=-?=

2.3 计算桥下河床断面

桥下左滩：

过水面积2

122.44)05(w m = 湿周37.25(m)x = 水力半径 3.287()R m = 流速 3.908/)0(v m s = 流量3

478.5(/)Q m s = 桥下主槽：

过水面积2

1233.1)628(w m = 湿周153.04(m)x = 水力半径8.059()R m = 流速11.369(/)v m s = 流量3

14022.22(/)Q m s = 桥下右滩：

过水面积213.66)80(w m = 湿周7.47(m)x = 水力半径 1.83()R m = 流速 2.645(/)v m s = 流量3

36.145(/)Q m s =

2.4 就算桥前壅水高度Z ?

扣除墩台阻水面积后的桥下净面积为

2121233.3462+13.6680)-(4.06 2.41+1.8 3.88+2.158.74+4.65 5.03)=1254).((5j w m ????=?

桥下流速

15.94(/)26m v m s =

建桥前从桥孔部分通过的流量为

30117.521402812.22+3.9080=14481.5198(m )m Q =?

00014481.5198/1350.8710.7243(/)m

m m

Q v m s S =

== 015.942 1.487210.6

72

m m v R v =

== 查表6-2，0.1s K =

22

0 1.9)(9)50m m m Z v v m ?=

-=

取桥前壅水高度0.9975()Z m ?= 2.5 检算标高 最高水位

36.310.90.2737.5775()

975S P H H Z m L +==+?+?=+

因为梁底标高为37.31m ，小于最高水位时的标高，所以梁底标高不满足设计要求。

四 3号桥墩的基础埋置深度检算 1 使用64-1修正式计算一般冲刷

（1）计算桥下河槽部分通过的设计流量

3219291.945(/)

c

p c t

Q Q Q m s Q Q =

=+

（2）计算单宽流量集中系数 按平滩水位计算河宽

151.870(0)

z B m =

按平滩水位计算平均水深(151.87+116.32)/2(4.2+3.99)/2

151.8700

3.62()z H m ?=

=

0.15

1.20d z A ==??

（3）计算河槽桥孔部分的过水净宽143.27()cj B m = （4）桥下河槽断面上的最大水深8.7()cm h m =

（5）桥下河槽断面上的平均水深1233.1628

151.87

8.12()cq h m ==

（6）查表6-11，与汛期含沙量有关的系数0.66E =

（7）计算桥墩水流侧向压缩系数

取河槽流速为设计流速11.36(/)9p v m s =，单跨孔径032.7()l m =，查表6-12，0.955μ= （8）计算桥下一般冲刷后的最大水深

0.6

21/6

()cm d cj cq p h Q A B h h Ed μ????

??

=??????

假定一般冲刷线位于卵石层，10d mm =，则

0.6

1.66670.1667

19291.9451.20()0.955143.278.1223.75()08.61076.p h m ?????==?????

????

一般冲刷线标高=36.3123.7512.56()25.2m m -=<，假设不正确 假定一般冲刷线位于卵石层，50d mm =，则

0.6

1.66670.1667

19291.9451.20()0.955143.278.1220.2()0.86675.0p h m ?????==?????

????

一般冲刷线标高=36.3120.216.11()22.7m m -=<，假设不正确 假定一般冲刷线位于砂卵石层，150d mm =，则

0.6

1.66670.1667

19291.9451.20()0.955143.278.1218.1()08..657610p h m ?????==?????

????

一般冲刷线标高=36.3118.118.21()15m m -=>，假设正确 故一般冲刷线标高=18.21m ，18.1()p h m =

（9）计算桥下河槽的一般冲刷发生后，墩前行近流速为

1/6

2/3

1/62/30.6615018.110.49(/)p v Ed h m s ==??=

2 用65-1修正式计算局部冲刷 （1） 计算河床泥沙启动速度

最低冲刷线位于标高15m 以上，取150d mm =

00.0246(

)18.10.0246() 4.083(/)150p h v d

m s ==?=

（2） 墩形系数 1.0K ξ=

（3） 桥墩计算宽度1 2.15()B d m == （4） 河床颗粒影响系数10.45

0.15

110.8(

)0.4612K d

d

η=+

=

（5） 墩前泥沙起冲流速'

0.06

001

0.462(

) 2.434d v v B == （6） 指数0.19

0.25010.93(10)

d v n v

== （7） 桥墩局部冲刷1

'

0.6'011

00

'

00

() 5.1232(m)()n b v v h K K B v v v v ξη-=-=- 最低冲刷线标高=36.3118.1 5.123113.0869()15m m --=<，取以下底层颗粒直径150mm 。 3 检查基础埋置深度

冲刷总深度=18.1 5.123123.2231()m +=

最低冲刷标高=36.3118.1 5.123113.0869()m --= 查表6-14，基础必须埋置深度=3.5m

基础必须埋置标高=13.0869 3.59.5869()m -=<19.92m ，基础埋置深度不满足规范要求 五 按计算结构修改设计

经计算，水位和基础都不满足要求，故需要加大梁下孔径和增大基础埋置深度。

1梁下水位超高37.577537.310.2675()0.85()m m -=<，所以可以把普通高度梁混为低高度梁，这样可以节约0.85m 的净空。此时，桥面高程满足要求，梁底标高为37.81m ，坐边跨梁标高38.96m 。

2对于总冲刷超过20m 的一般公路大桥，墩台基底的最小埋置深度为3.5m ，所以对3号桥墩有墩底的设计标高应该为13.0869 3.59.5869()m -=，取基础的埋置标高9.5m 3按水文计算修改的设计图如下所示

3.1 桥址轴线及梁底标高图

图3.1 梁底标高

3.2 桥墩宽度图

图3.2 桥墩宽度图（墩底顺水流方向长度3.5米）3.3 基础（圆沉井）尺寸图

图3.3 基础（圆沉井）尺寸图

附1

clear all;clc;close all;

h=27.8701:0.75:39.96;

s=size(h);

for i=1:s(2)

[q(i),w(i),v(i)]=hqwv(h(i));

end

subplot ('position',[ 0.1 0.22 0.8 0.7 ])

hold on;

axis([0,38000,28,40]);

plot(q+2000,h,'--k',w*16,h,'k',v*2100+4000,h,'k','LineWidth',2);

box on;grid on;

set(gca,'xticklabel',[]);

subplot ('position',[ 0.146 0.11 0.71 0.001 ])

box off

axis([0,3.414,0,0.001]);

set(gca,'XMinorTick','off');

set(gca,'XTick',[0 0.854 1.707 2.561 3.414]);

text(3.45,0.003,'×10^4 Q(m^3/s)')

subplot ('position',[ 0.1 0.17 0.72 0.001 ])

box off

axis([0,2.149,0,0.001]);

set(gca,'XMinorTick','off');

set(gca,'XTick',[0 0.537 1.075 1.612 2.149]);

text(2.2,0.003,'×10^3 ω(m^2)')

subplot ('position',[ 0.207 0.05 0.675 0.001 ])

box off

axis([0,15.887,0,0.001]);

set(gca,'XMinorTick','off');

set(gca,'XTick',[0 3.972 7.944 11.915 15.887]);

text(16.8,0.003,'v(m/s)')

hqwv(36.9138)

function [q,w,v,v2]=hqwv(h)

if h>=38.78

tanalfa=(98.18-0.02)/(39.96-38.78);

x1=(h-38.78)*sqrt(1+tanalfa^2)+sqrt((107.01-98.18)^2+(38.78-32.18)^2);

w1=1/2*(h-38.78)^2*tanalfa+1/2*(107.01-98.18)*(2*h-38.78-32.18);

r1=w1/x1;

q1=25*r1^(2/3)*sqrt(0.005)*w1;

elseif h>=32.18

tanalfa=(107.01-98.18)/(38.78-32.18);

x1=(h-32.17999)*sqrt(1+tanalfa^2);

w1=1/2*(h-32.18)^2*tanalfa;

r1=w1/x1;

q1=25*r1^(2/3)*sqrt(0.005)*w1;

else

q1=0;

w1=0;

end

if h>=33.20

tanalfa=(307.04-298.86)/(40.3-33.2);

x3=(h-33.2)*sqrt(1+tanalfa^2)+sqrt((298.86-281.87)^2+(33.2-32.18)^2);

w3=1/2*(h-33.2)^2*tanalfa+1/2*(298.86-281.87)*(2*h-33.2-32.18);

r3=w3/x3;

q3=25*r3^(2/3)*sqrt(0.005)*w3;

elseif h>=32.18

tanalfa=(298.86-281.87)/(33.2-32.18);

x3=(h-32.17999)*sqrt(1+tanalfa^2);

w3=1/2*(h-32.18)^2*tanalfa;

r3=w3/x3;

q3=25*r3^(2/3)*sqrt(0.005)*w3;

else

q3=0;

w3=0;

end

if h>=32.18

x2=sqrt((140.35-107.01)^2+(32.18-31.42)^2)+sqrt((153.09-140.35)^2+(31.42-27.87)^2)+sqrt((267.16-153.09)^2+0^ 2)+sqrt((281.87-267.16)^2+(32.18-27.87)^2);

w2=1/2*(140.35-107.01)*(2*h-31.42-32.18)+1/2*(153.09-140.35)*(2*h-31.42-27.87)+1/2*(281.87-267.16)*(2*h-27 .87-32.18)+(267.16-153.09)*(h-27.87);

r2=w2/x2;

q2=50*r2^(2/3)*sqrt(0.005)*w2;

elseif h>=31.42

tanalfa1=(140.35-107.01)/(32.18-31.42);tanalfa2=(281.87-267.16)/(32.18-27.87);

x2=(h-31.42)*sqrt(1+tanalfa1^2)+sqrt((153.09-140.35)^2+(31.42-27.87)^2)+sqrt((267.16-153.09)^2+0^2)+(h-27.87) *sqrt(1+tanalfa2^2);

w2=1/2*(h-31.42)^2*tanalfa1+1/2*(153.09-140.35)*(2*h-31.42-27.87)+1/2*(h-27.87)^2*tanalfa2+(267.16-153.09)* (h-27.87);

r2=w2/x2;

q2=50*r2^(2/3)*sqrt(0.005)*w2;

elseif h>=27.87

tanalfa1=(153.09-140.35)/(31.42-27.87);tanalfa2=(281.87-267.16)/(32.18-27.87);

x2=(h-27.87)*sqrt(1+tanalfa1^2)+sqrt((267.16-153.09)^2+0^2)+(h-27.87)*sqrt(1+tanalfa2^2);

w2=1/2*(h-27.87)^2*tanalfa1+1/2*(h-27.87)^2*tanalfa2+(267.16-153.09)*(h-27.87);

r2=w2/x2;

q2=50*r2^(2/3)*sqrt(0.005)*w2;

end

q=q1+q2+q3;

w=w1+w2+w3;

v=q/w;

v2=q2/w2;