第六章桥下河床冲刷计算
第六章 桥下河床冲刷计算
3
4
h1
Qcp h p 1.04 A Q c
WUHEE
Bc 1 B 2
0.66
hmax
二、粘性土河床的桥下一般冲刷 平均粒径小于0.05mm的泥沙，称为粘性土。 土力学中反映粘土粘结力大小的指标为液性 指数IL和孔隙率e。 IL和e越小，粘土的粘结力越 大，抗冲能力越强，冲止流速也就越大。
Z jd Z s hp hb h c
WUHEE
第三节 小桥涵进出口沟床加固
小桥涵修建后造成水流集中，流速增加，为防止冲刷， 危及桥涵基础和路基安全，在小桥涵进出口均应作铺 砌加固。 从实际工程遭破坏的情况来看，小桥涵进出口加固不当 常是导致破坏的主要原因，并且出水口引起的问题又 较进水口多。 对于小桥，其孔径是根据河床铺砌类型的允许流速值决 定的，其进出口沟床要采用同类铺砌规格。小桥进出 口的铺砌范围以及深度等的计算可参照涵洞进出口的 计算方法进行。
1 23 Vs 0.23 h p I L
Qp h max L j h hp 1.3 1 0.23 I L
WUHEE
53 35
1.3
1 Vs 0.22 I e L
冲刷停止时桥下的垂线水深表示该垂线处 的一般冲刷深度。一般冲刷停止时桥下的垂线 平均流速，称为冲止流速。 《公路桥位勘测设计规范》（JTJ062-91)： 64-1修正公式，64-2简化公式
WUHEE
1. 64-1修正公式 根据谢才公式，得桥下冲刷前最大单宽流量与平 均单宽流量的关系：
h qm q m ax h
n
三、粘性土河床的局部冲刷计算
桥涵水文-6桥梁墩台冲刷及基础埋置深度
第一节 桥下一般冲刷计算 （二）64-2简化式 （按输沙平衡建立的公式，适用于有推移质运动的沙质河槽）
此式按输沙平衡条件建立一般冲刷深度公式，故又称输沙平 衡公式。 设G1为上游天然河道的来沙量，G2为桥下河槽断面的排沙量 。显然，当G1 ＞ G2时，桥下将出现淤积；当G1 ＜ G2时，桥下 将发生冲刷；当G1 = G2时，桥下冲淤平衡，一般冲刷深度至此 达到最大值。 由试验得出：单宽推移质输沙率与流速的4次方成正比，即
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。
第一节 桥下一般冲刷计算
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， 主要按经验公式计算。常用的经验公式有64-1公式与64-2公 式，以及包尔达可夫公式。其中64-1公式和64-2公式为1964 年全国桥渡冲刷计算学术会议推荐试用，1991年《公路桥位 勘测设计规范》(JTJ062-91)正式作为推荐公式。
⎞3m1 B2 ⎠⎟⎟ hmax
1984年-1990年，总结使用经验，根据理论论证和我国实 桥资料分析，建立简化公式：
( ) hP
⎛ = 1.04⎜
⎝
Ad
Q2 Qc
⎞0.90 ⎟ ⎠
⎡
⎢ ⎣⎢
μ
Bc
1− λ
⎤ 0.66
⎥ Bcg ⎦⎥
hcm
第二节 桥墩局部冲刷计算
桥墩局部冲刷计算 修建在河床内的桥墩，经受着桥位河段及桥下断面 的一般冲刷，同时，桥墩阻挡水流，水流在桥墩两侧绕 流，形成十分复杂的，以绕流涡旋体系为主的绕流结构， 引起桥墩周围急剧的泥沙运动，形成桥墩周围局部冲刷 坑。为便于分析计算，假定桥墩局部冲刷是在一般冲刷 完成后的基础上进行的。
第六章桥下河床冲刷计算
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1.2水文站点分布情况 泉州地区水文站点分布如下，其中水文
站为5个、水位站4个、潮水位（含感潮 水位站）站2个、雨量站93个、蒸发站3 个、水温站1个。中小河流水文监测系统 新建水位站12个、新建水文站8个，新建 水位站已基本完工，年内将投入运行， 新建水文站正在办理建设用地手续，预 计年底将开工建设。水文站点分布情况 见附图：
） 闽防〔2013〕15号印发了关于《福建省洪水预警发布管理办 法（试行）》的通知 福建省洪水预警发布管理办法（试行） 第一条 为防御和减轻洪水灾害，规范洪水预警发布工作，依 据《水情预警发布管理办法（试行）》（国汛〔2013〕1号） ，结合本省实际，制定本办法。 第二条 在本省行政区域内发布洪水预警，应遵守本办法。 第三条 洪水预警是指水文机构向社会公众发布的洪水预警信 息，包括发布单位、发布时间、预警信号、预警内容。 第四条 洪水预警信号依据洪水量级及其发展态势，由低至高 分为四个等级，依次用蓝色、黄色、橙色、红色表示，即： 洪水蓝色预警、洪水黄色预警、洪水橙色预警、洪水红色预 警。
WUHEE
如20000618洪水时，全市于10~12日三天
平均雨量达154mm，13和14日无雨，15 日、16日全市小到中雨，17和18日全市 暴雨到大暴雨，17日全市平均雨量 91.3mm，18日全市平均雨量160.7mm。 降雨持续时间长，土壤含水量较多，17 、18日又遇大暴雨，导致发生大洪水。
山洪 山洪灾害是指短时强降雨或水库山塘溃 决等汇聚成较大水流，导致溪沟水位暴 涨，产生洪水；洪水挟带大量沙石成为 泥石流或因强暴雨导致山体松动滑落， 形成山体滑坡。所以山洪中包含了突发 洪水、滑坡和泥石流，这是它区别于一 般洪水的地方。
桥梁设计之桥下河床冲刷过程预计算
桥梁设计之桥下河床冲刷过程预计算桥梁设计中，桥下河床冲刷是一个重要的考虑因素。
河床冲刷是指水流对河床表面的侵蚀和搬运作用，导致河床深度增加或者流速加剧，从而对桥梁结构的稳定性和安全性造成潜在威胁。
为了预计算桥下河床冲刷过程，需要考虑以下几个方面：1.水动力条件：水的流速是决定河床冲刷程度的关键因素之一、因此，需要测定或估算桥北河段的流速，并将其作为输入条件用于模拟计算。
2.河床形态：河床的形态特征对于决定河床冲刷的程度和机理有着重要影响。
河床形态包括河床横断面形状、纵向坡度、河床材料等。
需要进行对河床的调查测量，并将其作为模拟计算的输入条件。
3.底床材料：底床材料的物质性质，如粒径分布、比重等，对河床冲刷的程度和速率有着显著的影响。
需要对底床材料选择进行粒度分析和物理性质测试，并将其作为模拟计算的输入条件。
4.侵蚀机理分析：根据水动力条件、河床形态和底床材料特征，可以通过数学模型对河床冲刷机理进行分析和预测。
常用的数学模型包括稳态均衡模型、非稳态均衡模型、非稳态水沙模型等。
通过选择合适的模型，可以模拟桥下河床冲刷过程，预计算河床冲刷的程度和速率。
5.设计桥台和桥墩：根据预计算结果，需要合理设计桥台和桥墩的结构和布置。
桥梁设计中，通常会采用防冲刷措施，如设置防冲刷装置、铺设防冲砾石、加固岸坡等方式来减轻河床冲刷的影响。
根据预计算结果进行桥梁设计，可以提高桥梁的稳定性和安全性。
总之，预计算桥下河床冲刷过程需要综合考虑水动力条件、河床形态、底床材料和侵蚀机理等因素。
通过合理选择数学模型，预计算河床冲刷的程度和速率，并根据结果进行桥梁设计，可以提高桥梁的稳定性和安全性。
在实际工程中，需要结合具体情况综合考虑，确保桥梁的设计符合工程要求。
冲刷计算
4.3 冲刷与淤积分析计算建桥后，由于桥墩的束水作用，桥位处河床底部将发生下切冲刷。
根据工程地质勘探报告，该桥桥址处，河床冲刷层为亚粘土。
河床的冲刷计算按粘性土河床处理。
4.3.1一般冲刷计算采用《公路桥位勘测设计规范》中8.5.4-1式85135'233.0⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=L c mc c p I h h B Q A h μ（4-3式）式中, h p --桥下一般冲刷后的最大水深(m);Q 2--河槽部分通过的设计流量（m 3/s ）； μ—桥墩水流侧向压缩系数，查《公路桥位勘测设计规范》中表8.5.3-1；h mc--桥下河槽最大水深（m ）； c h --桥下河槽平均水深（m ）；A —单宽流量集中系数，5.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛=H B A ,B 、H 为平滩水位时河槽宽度和河槽平均水深。
A=1.0～1.2'c B --桥下河槽部分桥孔过水净宽（m ） ,当桥下河槽扩宽至全桥时'c B 即为全桥桥下过水净宽；I L --冲刷坑范围内粘性土液性指数，在本公式中I L 的范围为0.16～1.19。
根据工程地质勘探报告，牧野桥I L =0.67。
经计算得：现状河道条件下，该桥100年一遇设计洪水位为72.73m 时，一般冲刷完成后，主槽最大水深h p 为9.19m ，最大冲坑深3.58m 。
按规划整治后的河道条件下，该桥100年一遇设计洪水位为71.30m 时，一般冲刷完成后，主槽最大水深h p 为6.42m ，最大冲坑深1.26m 。
4.3.2 局部冲刷计算牧野路卫河桥设计墩宽b=2.40m ，桥墩的走向与水流方向一致，墩形计算宽度B 1=2.40m ，查《公路桥位勘测设计规范》附录16，K ξ =0.98。
一、现状河道条件下，该桥100年一遇设计洪水位为72.73m 时，一般冲刷完成后，主槽最大水深h p 为9.19m ，H p /B 1=3.83>2.5，根据《公路桥位勘测设计规范》采用该规范中的8.5.4-3式V I B K h L b 25.16.0183.0ξ= （4-4式）式中，h b --桥墩局部冲刷深度(m);K ξ--墩形系数；B 1--桥墩计算宽度（m ）； hp--一般冲刷后最大水深 (m);d -- 河床泥沙平均粒径, d =0.0145（mm ）；V-- 一般冲刷后墩前行进流速(m/s)3261ph d E V = =1.43E —与汛期含沙量有关的系数，查《公路桥位勘测设计规范》中表8.5.3-２，E=0.66。
6 桥涵水文第六章(下)
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
三.根据别列柳伯斯基的假定建立的公式 1） 河槽土质均匀时可按下式计算： Qs p hp ph 1 c A实
式巾，hp—一般冲刷后的垂线水深(m)， h一冲刷前相应的垂线水深(m)， A实—桥下实际过水面积 p为冲刷系数
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
第六章 桥墩和桥台冲刷
武汉理工大学交通学院
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
河上建桥后，桥下过水断面受压缩减少，桥下 流速增大，水流挟沙能力相应增强，桥下河床全 断面内发生的普遍冲刷，称为一般冲刷。随着一 般冲刷的发展，桥下过水断面逐渐加大，流速又 将逐渐下降，当达到新的输沙平衡状态，或者桥 下流速降低到河床质的允许不冲刷流速时，冲刷 即行停止，一般冲刷深度至此达到最大。桥下河 床在一般冲刷完成后，从设计水位算起的某一垂 线水深，称之该垂线处的一般冲刷深度。
第四节 桥墩的局部冲刷
冲刷深度与行近流速关系 根据模型试验和观测资料可知，桥墩局部冲刷深度 与涌向桥墩的流速V有关。 当V逐渐增大到一定数值时，桥墩迎水面两侧的泥 沙开始被冲走而产生冲刷，此时涌向桥墩的垂线平 均流速称为墩旁床沙的起冲流速v’0。 当v大于V’0 （V表示河床泥沙的起动流速)并继续增 大时，冲刷坑逐渐加深和扩大，局部冲刷深度与V 近似呈直线关系增大， 当V增大到V。时，床面泥沙大量起动，上游来的泥 沙有些将潜留在冲刷坑内，因此当V>V0并继续增大 时，冲刷坑深度的增长因有泥沙补给而减缓，局部 冲刷深度hb与V呈曲线关系。
三.根据别列柳伯斯基假定建立的公式 2） 河槽土质不均匀时可按下式计算：
第三节 小 结
1 根据输沙平衡原理建立的公式 2 根据冲止流速建立的公式 3 根据别列柳伯斯基假定建立的公式
Chapter06-桥梁墩台冲刷计算
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。调查统计分析确定。 桥下断面一般冲刷：建桥后压缩水流在桥下河床全断面发 生的冲刷现象。 墩台局部冲刷：水流因墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷 现象。
局部冲刷深度hb ：局部冲刷达到冲淤平衡时冲刷坑的最 大深度。
Aq－冲刷前桥下计算毛过水面积，m 2； A1－冲刷前易冲刷部分的过水面积，m 2；
A 2－冲刷后不可冲刷部分，表层可冲土壤被冲去后的毛过水面积，m 2；
包氏公式没有考虑土质因素和计及单宽流量集中 情况，只适用于平原或山区的稳定性河段。
3 桥墩局部冲刷计算
C
3.1 桥墩冲刷机理
冲刷深度h
对均匀沙床面，当桥墩 动床冲刷深度 上游行近流速v增大到始冲 流速v0,时，桥墩迎面两侧的 A 泥沙开始冲走，产生冲刷。 v v0‘ v0 若增大值小于床沙起动流速 行近流速 v0 时，床面无泥沙运动，桥 墩冲刷坑没有上游泥沙补给， 在清水冲刷阶段，当流速趋于泥沙 则为清水冲刷。若行近流速 超过床沙起动流速v0 ，床面 起动流速时，冲刷趋于停止，在动床冲 流沙处于运动状态，上游泥 刷阶段，当冲刷坑内泥沙补给率和输出 沙落入冲刷坑内补给，则为 率平衡时，冲刷趋向停止，此称为平衡 冲刷。 动床冲刷。
4
g s1 11
4
1
Q1 B1 h 1
1－上游天然河道河槽流速，m / s；
B1－上游天然河道河槽河宽，m ；
h 1－上游天然河道河槽平均水深，m ；
故
Q 1 G1 1 Bh 1 1
B 1
4
64－2公式
桥下断面的排沙量
G2 g s 2 Q 2 4 B2 j＝ 2 2 B2 j＝ 2 B h 2j 2 Q 2 B B 2 2j 2j B2 j h 2
第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设
第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设
1940年，美国华盛顿州的塔科玛峡谷上花费640万美 元，建造了一座主跨度853.4米的悬索桥。建成4个月后，于 同年11月7日碰到了一场风速为19米/秒的风。虽风不算大， 但桥却发生了剧烈的扭曲振动，且振幅越来越大（接近9 米），直到桥面倾斜到45度左右，使吊杆逐根拉断导致桥 面钢梁折断而塌毁，坠落到峡谷之中。人们在调查这一事 故收集历史资料时，惊异地发现：从1818年到19世纪末， 由风引起的桥梁振动己至少毁坏了11座悬索桥。
局部冲刷坑的组成：
下部是河底向下反向旋涡淘刷形成的，边坡比较陡，坑的范围 也不大；
上部是当下部冲刷坑形成后，床沙下塌形成的，其边坡接近于 土壤水中的安息角α，其范围随着下部冲刷坑的下降而加大；
在墩后一对竖轴漩涡，使得墩后的泥沙发生淤积。
滞 流 区 C) ( 回 流 区 B) ( 主 流 区 A) (
平均水深。
第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设
（2）河滩及人工渠道部分
桥下河滩冲刷后，只有当流速降低到土壤容许不冲
刷流速时，才逐渐停止，其冲止流速为河滩土壤容许不
冲刷流速。桥下河滩部分的一般冲刷深度为：
5
hp
At
Q t ( hmt Bt ht
v H1
5
)3
6
B t — 桥下河滩部分桥孔过水净宽； v H 1 — 水深1m时非黏性土的不冲刷流速；
桥下河槽的一般冲刷主要是通过推移质的运 动来完成的。可以根据河槽断面推移质输沙量的 平衡条件，导出一般冲刷计算公式。
第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设
推移质输沙率：
单位时间内，在河槽单位宽度过水断面上通过的推移 质数量，称为推移质输沙率(kg/s.m)。
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()
16
23 hp
q s ⎡ AQcp ⎛ hmax ⎞ hp = = ⎢ ⎟ 16 ⎜ V s ⎢ μL E d ⎝ h c ⎠ ⎣ c
5 3⎤
35
⎥ ⎥ ⎦
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（2）河滩部分
53 q s ⎡ Qtp ⎛ hmt ⎞ ⎤ hp = = ⎢ ⎟ ⎥ ⎜ Vs ⎢ ⎦ ⎣ μLtVH 1 ⎝ h t ⎠ ⎥ 56
第六章 桥下河床冲刷计算
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第一节 桥下一般冲刷
桥下河床冲刷计算，是确定墩台基础埋深的重要 依据。 桥渡附近河床变形分为三类： 1. 河道自然变化引起； 2. 桥渡束狭水流，增加单宽流量所引起，称一般 冲刷； 3. 由桥墩阻水使水流结构变化，在桥墩周围发生 的，称局部冲刷。
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一、非粘性土河床的一般冲刷 冲刷停止时桥下的垂线水深表示该垂线处 的一般冲刷深度。一般冲刷停止时桥下的垂线 平均流速，称为冲止流速。 《公路桥位勘测设计规范》（JTJ062-91)： 64-1修正公式，64-2简化公式
⎞ V ⎟ ' ⎟ ⎝ V0 − V0 ⎠ − V0'
n
三、粘性土河床的局部冲刷计算
hp B hp B
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≥ 2.5
.25 hb = 0.83K ξ B 0.6 I 1 L V
< 2.5
0.1 hb = 0.55 K ξ B 0.6 h p I LV
四、墩台底面埋设高程计算 依据：自建桥前天然河床床面算起的河床自然演 变冲刷、一般冲刷和局部冲刷三者最不利组合 所得的总冲刷深度。墩台底面最低埋设高程就 是设计水位减去总冲刷深度和安全埋入深度。
2. 64-2简化公式 根据输沙平衡原理，有Qb1=Qb2,h2=hp，可得：
⎛α2 ⎞ hp = ⎜ ⎜α ⎟ ⎟ ⎝ 1⎠
1 4
⎤ 4 ⎛ Q2 ⎞ ⎡ B1 ⎜ ⎜Q ⎟ ⎟ ⎢ μ (1 − λ )B ⎥ h1 ⎝ 1 ⎠⎣ 2⎦
0.90
3
⎛ Qcp ⎞ h p = 1.04⎜ ⎜A Q ⎟ ⎟ c ⎠ ⎝
V ≤ V0 hb = K ξ Kη B 0.6 V − V0'
(
)
− V0'
n
V > V0
hb = K ξ Kη B
0.6
(V
− V0'
)
⎞ ⎛V ⎜ ⎟ ⎜V − V ' ⎟ 0 ⎠ ⎝ 0
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2. 65-2修正公式法
hb =
0.6 0.15 −0.068 ⎛ ⎜ 0.46 K ξ B h p d ⎜
WUHEE
67
三、桥台偏斜水流的一般冲刷 当桥前无导流堤，而河滩被压缩较多时，河 滩水流在桥台附近集中，形成偏斜冲刷。
h 'p ⎡ h ⎤ = P ⎢h + (hmax − h ) ⎥ h max ⎦ ⎣
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第二节 桥墩旁局部冲刷
一、局部冲刷现象
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二、非粘性土河床的局部冲刷计算 《公路桥位勘测设计规范》（JTJ062-91)： 65-1修正公式，65-2修正公式 1. 65-1修正公式
1 .3
⎛ 1 ⎞ ⎟ Vs = 0.22⎜ ⎜I e⎟ ⎝ L ⎠
35
1.15 23 hp
WUHEE
⎡ Q p ⎛ h ⎞5 3 ⎤ ⎢ ⎜ max ⎟ ⎥ ⎢ μL j ⎝ h ⎠ ⎥ hp = ⎢ 1.3 ⎥ ⎛ ⎞ 1 ⎢ 0.23⎜ ⎟ ⎥ ⎜I ⎟ ⎥ ⎢ ⎝ L⎠ ⎦ ⎣
⎡ Q p ⎛ h ⎞5 8 ⎤ ⎢ ⎜ max ⎟ ⎥ ⎢ μL j ⎝ h ⎠ ⎥ hp = ⎢ 1.15 ⎥ ⎛ ⎞ 1 ⎢ 0.22⎜ ⎟ ⎥ ⎜I ⎟ ⎢ ⎥ ⎝ L⎠ ⎣ ⎦
WUHEE
⎡ ⎤ Bc ⎢ μ (1 − λ )B ⎥ ⎣ 2⎦
0.66
hmax
二、粘性土河床的桥下一般冲刷 平均粒径小于0.05mm的泥沙，称为粘性土。 土力学中反映粘土粘结力大小的指标为液性 指数IL和孔隙率e。 IL和e越小，粘土的粘结力越 大，抗冲能力越强，冲止流速也就越大。
⎛ 1 ⎞ 23 Vs = 0.23⎜ ⎟ hp ⎜I ⎟ ⎝ L⎠
WUHEE
1. 64-1修正公式 根据谢才公式，得桥下冲刷前最大单宽流量与平 均单宽流量的关系：
⎛h ⎞ qm = q⎜ max ⎟ ⎝ h ⎠
5 3
Q p ⎛ hmax ⎞ = ⎜ ⎟ μL j ⎝ h ⎠
5
3
（1）河槽部分
q s = Aqm ⎛ B⎞ A=⎜ ⎜ H ⎟ ⎟ ⎝ ⎠
0.15
Vs = E d
35
《公路桥位勘测设计规范》（JTJ062-91) (1)河槽部分
⎡ Qcp ⎛ hmax ⎞ ⎜ ⎟ ⎢A L μ c ⎝ hc ⎠ hp = ⎢ ⎢ ⎛ 1⎞ ⎢ 0.33⎜ ⎜I ⎟ ⎟ ⎢ ⎝ ⎠ L ⎣
53 58
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦
（2）河滩部分
⎡ Qtp ⎛ hmt ⎞ 5 3 ⎤ ⎜ ⎟ ⎥ ⎢ μL ⎝ h t ⎠ ⎥ hp = ⎢ t ⎢ ⎛ 1 ⎞ ⎥ ⎢ 0.33⎜ ⎜I ⎟ ⎟ ⎥ ⎢ ⎝ L⎠ ⎥ ⎣ ⎦
WUHEE
一、进口沟床加固
WUHEE
WUHEE
WUHEE
2. 出口沟床加固
l = kq
WUHEE
n
h2 =
γ γs −γ(hFra bibliotek − h )WUHEE
WUHEE
很高兴与大家共同度过36 个学时的美好时光！
祝各位：学习进步！ 事业有成！
WUHEE
Z jd = Z s − h p − hb − Δh − Δc
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第三节 小桥涵进出口沟床加固
小桥涵修建后造成水流集中，流速增加，为防止冲刷， 危及桥涵基础和路基安全，在小桥涵进出口均应作铺 砌加固。 从实际工程遭破坏的情况来看，小桥涵进出口加固不当 常是导致破坏的主要原因，并且出水口引起的问题又 较进水口多。 对于小桥，其孔径是根据河床铺砌类型的允许流速值决 定的，其进出口沟床要采用同类铺砌规格。小桥进出 口的铺砌范围以及深度等的计算可参照涵洞进出口的 计算方法进行。