第十三章 桥梁墩台冲刷计算
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。
冲刷作用下桥墩结构体系的有限元计算
冲刷作用下桥墩结构体系的有限元计算下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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Chapter06-桥梁墩台冲刷计算全
h －河槽最大水深，m； cm
h －桥下河槽平均水深，m； cg
A －单宽流量集中系数； d
－天然河槽的平均流速，m / s； c
B －天然状态下河槽宽度，m； c
3.4 一般冲刷后墩前行近流速υ计算
非粘性土河滩
按 64－1修正式计算hp时
1
h5 H1 p
粘性土河槽
z
0.33
1 I
L
h
－单宽流量集中系数， 山前变迁、游荡、宽滩 河
段通常限用1.8, 对河滩，单宽流量无再 分现象取1
b） 无粘性河滩
q h tm
tP max
5
q tm
Q tP
L tj
h tm
h t
3
5
htp
Q tp
L
tj H1
h tm
ht
5
3
6
6
h5
max
H1 tP
Q
Q t Q
tp Q Q P
W W
I
P
p
L
P
L
I
P
1
zI L
1
ze
目前粘性土冲止流速经验公式有
3
则
Q
5
cp
h p
Lj
0.23
1 I
L
1.3
h m h
a
x
h p
z
0.23
1 I
L
1.3
2
h3 P
1.15
z
0.22
1 I
L
e
2
h3 P
3
Q
cp
5
L
j
0.22
一般冲刷计算公式
一般冲刷计算公式：cm cg c c d p h BB Q Q A h 66.090.02)1(04.1⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫⎝⎛=μλ12t c cQ Q Q Q +=15.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛=z z d H B A式中：h p ——桥下一般冲刷后的最大水深(m)； Q p ——频率为P ％的设计流量(m 3/s)；Q 2——桥下河槽部分通过的设计流量(m 3/s)，当河槽能扩宽至全桥时取用Q p ； Q c ——天然状态下河槽部分设计流量(m 3/s)； Q t1——天然状态下桥下河滩部分设计流量(m 3/s)；B cg ——桥长范围内的河槽宽度(m)，当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度； B z ——造床流量下的河槽宽度(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽宽度； λ——设计水位下，在B cg 宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值； μ——桥墩水流侧向压缩系数； h cm ——河槽最大水深(m)；A d ——单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当A d >1.8时，A d 值可采用1. 8；H z ——造床流量下的河槽平均水深(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽平均水深。
②非粘性土河床桥墩局部冲刷计算桥渡冲刷的产生是由于桥墩阻碍了水流，使水流形态发生变化，一般在墩前两侧发生集中现象，引起动能增加；另一方面水流受阻后部分动能转化为位能，由于水流形态变化，桥墩附近水流冲刷能力加大，在桥墩处产生冲刷坑。
局部冲刷计算公式当V ≤V 0时，⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=0015.06.012'V V V h B K K h pb ηε当V ＞V 0时，20015.06.012'n pb V V V h B K K h ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ηε24.02.22375.00023.0d dK +=η5.00)7.0(28.0+=d V 55.00)5.0(12.0'+=d Vd V Vn lg 19.023.002)(+=式中：h b ——桥墩局部冲刷深度(m)： K ξ——墩形系数； B1——桥墩计算宽度(m)； h p ——一般冲刷后的最大水深(m)； d ——河床泥沙平均粒径(mm)； K η2——河床颗粒影响系数；V ——一般冲刷后墩前行近流速(m/s)， V o ——河床泥沙起动流速(m/s)； V ,0——墩前泥沙起冲流速(m/s)； n 2 ——指数。
桥梁冲刷计算
与汛 期含 沙量 有关 的系 数， 可按 表
7.3.12选 用 因此 可 得:
(Ad×
Q2/(μ×
hp=
Bcj)× （hcm/hcq
）5/3/(E×
d1/6))3/5
= 4.550 m
2 、河 滩部 分
hp=(Q1/( μ×Btj) × (htm/htq) 5/3/VH1)5/
6
Q1=Qt1/(Q c+Qt1)× Qp
一、 桥下 （一 ）、 非粘 性土 河床 的一 般冲 刷
1 、河 槽部 分
1） 64-2 简化 式
hp=1.04 ×(Ad×
Q2=Qc/(Qc +Qt1)×Qp
Ad=((Bz)0 .5/Hz)0.15
式 频率为 中： p%的设
桥下 河槽 部分 通过 的设 计流 量
XXX大桥
（K1+432)
Qp= 1305.99 m3/s Q2= 713.39 m3/s
造床 流量 下的 河槽 宽度 对复 式河 床可 取平 滩水 位时 河槽 宽度
设计 水位 下， 在Bcg 宽度 范围 内， 桥墩 阻水
桥墩 水流 侧向 压缩 系 数， 应按 表 7.3.11确 定
河槽 最大 水深
Bz= 140 m
λ＝ 0.068966 μ= 0.94
hcm=
4
m
单宽 流量 集中 系 数， 山前 变迁 、游 荡、 宽滩 河段
= 4.129 m
2） 64-1 修正 式
hp=(Ad× Q2/(μ× Bcj)× （hcm/hcq ）5/3/(E × d1/6))3/5
河槽部分 桥孔过水 式 净宽，当 中： 桥下河槽 能扩宽至 全桥时 即为全桥 桥孔过水 净宽
冲刷计算
4.4 冲刷计算分析4.4.1 一般冲刷深度计算参考《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）式7.3.1-1()cm cg c c d p h B B Q Q A h ∙⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=66.090.02104.1μλ式中：p h ——桥下一般冲刷后的最大水深（m ）；d A ——单宽流量集中系数；2Q ——桥下河槽部分通过的设计流量（m 3/s ），当河槽能扩宽至全桥时取用河槽设计流量；c Q ——天然状态下河槽部分设计流量（m 3/s ）； c B ——天然河槽宽度（m ）； λ——设计水位下，在B cg 宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值；μ——桥墩水流侧向压缩系数，应按《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）表7.3.1-1确定；0.97cg B ——桥下河槽部分桥孔过水净宽（m ），当桥下河槽能扩宽至至全桥时，即为全桥桥孔过水净宽 ；cm h ——河槽最大水深。
4.4.2 局部冲刷深度计算参考《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）式7.4.1－2。
200'15.06.012n p b V V V h B K K h ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ηξ式中：b h ——桥墩局部冲刷深度（m ）；ξK ——墩型系数，可按《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2002）附录B 选用；2ηK ——河床颗粒的影响系数；1B ——桥墩计算宽度（m ）；ph ——一般冲刷后的最大水深（m ）； V ——一般冲刷后的墩前行进流速河床泥沙起动流速（m/s ）； 0V ——河床泥沙起动流速（m/s ）；'V ——墩前泥沙起冲流速（m/s ）；2n ——指数。
桥涵水文课件5桥梁墩台冲刷计算
1.20~1.50
大
>800
>6.00
W − W p W0 − W p Q2 hcm Ad µ IL = 0 = 2. 粘性土河床一般冲刷深度计算 桥墩水流侧向压缩系数 Ip WL − W p 1 35 µ Bcj hcq vz = 0.33 hp hp = 粘性土：粒径小于0.05mm的泥沙。粘性土随含水量的增大，由固 IL 1 0.33 单孔净跨径L0(m) Qc 设计流速Vs 态变为液态（泥浆），粘结力随之接近消失，抗冲刷能力也因此 Q2 = Qp IL 20 25 不存在。 ≤10 13 (m/s) c + 35 Q40 Qt1 45 16 30
2.桥下河床的一般冲刷
一般冲刷：桥下河床全断面发生的冲刷现象。 建桥后，由于桥孔压缩河床，桥下过水面积减小，引起桥下流速 增大，水流挟沙能力也随之增大，使桥下河床断面不断扩大，但 过水断面增大将导致流速不断减小，使桥下河床的冲刷产生新的 平衡，一般冲刷随之停止。 一般冲刷深度hp ：一般冲刷停止时的桥下最大铅垂水深（从设计 水位起）。一般冲刷深度是设计水位至一般冲 刷线的最大深度。 1 2
53
58
1）河槽部分 <1 1.00
河床自然演变冲刷：河床在水力作用及泥沙运动等因素影响下，自 然发育过程中造成的冲刷现象。即河段在不修 建跨河建筑物情况下仅在自然力作用下引起的 河床天然冲刷。 河床自然演变冲刷的类型： 1）河流发育成长过程中，河床纵断面的变形。如河源段的逐年下 切，河口段的逐年淤积。 2）河槽横向移动所引起的变形。如边滩下移、河湾发展、移动和 裁弯取直等。 3）河段深泓线摆动引起的冲刷变形。 4）河槽周期性变形。即在一个水文周期内河槽随水位、流量变化 而发生的变形。 河床自然演变冲刷目前尚无成熟的计算方法，桥位设计时一般通过 调查或利用桥位上、下游水文站历年实测断面资料统计分析确定。
桥涵水文课件5桥梁墩台冲刷计算教材共24页文档
谢谢！
桥涵水文课件5桥梁墩台ຫໍສະໝຸດ 刷 计算教材41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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hmax
（13-ห้องสมุดไป่ตู้2）
27
水力学与桥涵水文
叶镇国 彭文波 编著
13-4 墩台局部冲刷深度
墩台局部冲刷深度hb——冲刷坑外缘与冲刷 坑底的最大深度。 决定冲刷坑深度的主要因素
水深
假定局部冲刷是在一般冲刷完成后进行的，应取一 般冲刷深度作为行近水深。
墩前水流的行进流速
计算桥墩局部冲刷时，应根据所采用的一般冲刷公 式，选用其对应的行近流速公式。
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水力学与桥涵水文
叶镇国 彭文波 编著
13-3 桥下断面一般冲刷深度
一般冲刷深度hp
定义：一般冲刷完成后从设计水位算起的桥下最大铅垂 水深。
64-1公式（冲止流速公式）
冲止流速vz——桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速。 冲止流速理论：桥下断面内的任一垂线流速都会由于桥 梁墩台对河床的压缩而提高，此时将发生一般冲刷。随 着冲刷的发展，垂线深度加大，垂线平均流速降低。当 垂线平均速度降低到该垂线的冲止流速时，一般冲刷停 止。
QP i 3 qmax hmax L j n
q max
Q[ P ] hmax 5 q( ) ( )3 L j h h hmax
19
5 3
水力学与桥涵水文
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13-3 桥下断面一般冲刷深度
考虑单宽流量向深槽集中的趋势
B H
0.15
推移质输沙率与流速4次方成正比，因此，大多数 推移质集中在流速最大的主流区内，而且一年中推 移质的很大部分是在几次大洪水过程中通过的。
8
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
含沙量——单位体积内水流中所含悬移质的重 量。 挟沙力——在一定的水力条件和边界条件下， 单位体积的水流能够挟带泥沙的最大重量。
2
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
粒径——与泥沙颗粒同体积的球体直径，即等容直径。
测量方法：筛分法、水析法、直接量测长短轴
粒径级配曲线：表明沙样颗粒的大小和均匀程度。
（图 9-16）
3
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
13-1 河流的泥沙运动与河床演变
泥沙的起动
泥沙的起动：在水流推动下，床面泥沙颗粒由 静止开始运动。 泥沙起动的受力分析
起动流速v0：床面泥沙颗粒在各种外 力作用下，失去平衡，泥沙开始运动 时的水流垂线平均流速。 张瑞瑾公式 （图9-21）
0.5
h v0 d
0.14
河床地质、土质条件、河床比降。
河相关系
河相关系——描述河床均衡形态的几何因素（河宽 B、 平均水深 h、比降 i、弯道半径 R 等）与来水、来沙条 件（Q、d 等）存在的对应关系。 造床流量——与多年连续造床作用相当的某个流量数 值。 稳定河宽公式
Q 0.5 B 0.2 i
定义：桥下河床全断面发生的冲刷现象。
一般冲刷原理 建桥后，由于断 面压缩使过水断面 变小，流速加快， 水流夹沙能力增强， 从而产生的冲刷。
（图 13-1）
16
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13-2 墩台冲刷类型
墩台局部冲刷
定义：水流受墩台阻挡，在墩台附近局部范围 内发生的冲刷现象。
水流输沙不平衡引起河床演变 水流通过泥沙运动塑造河床形态，是最活跃的因素，起主导作 用。
副流的存在是河床冲淤变形的直接原因。
影响河床演变的主要自然因素
上游来水条件，即流量的大小和变化。
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
上游来沙条件，即上游来沙量及其粒径组成。
13-2 墩台冲刷类型
规范C30的一般规定：
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13-2 墩台冲刷类型
河床自然演变冲刷
定义：河床在水力作用及泥沙运动等因素影响 下自然发育过程造成的冲刷现象。 规范C30条文
15
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13-2 墩台冲刷类型
桥下断面一般冲刷
4
B2 j 1 B2
Q B1 hp 2 2 h1 1 Q1 1 B2
3 4
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13-3 桥下断面一般冲刷深度
考虑单宽流量的分布不均匀、河床的特征和实 测的资料，得
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13-3 桥下断面一般冲刷深度
计算式
Q1 G1 B1 g s1 B v 1 B1 B h 1 1
4 1 1 1 4
h 2 hp，得： 令G1＝G2，
1 4
Q2 4 G2 B2 j g s 2 2 B2 j v2 2 B2 B h2 2j
γs γ 10 h 7 d 6.05 10 0.72 17.6 γ d
5
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
沙波运 动形式 示意图
6
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
天然河流中的沙波
（9-25）
11
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
河槽宽度与水深的关系
B h
（9-24）
单宽流量集中系数
0.15
B H
0.15
（13-3）
12
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13-2 墩台冲刷类型
概述
64-2式：
Q hp K 2 Q1 K 1 0.02lg
4 m1
B1 1 B 2
3m1
H max Hd
hmax
（13-20）
Q2 h 1 . 04 64-2简化式： p AQ 1
5 3 5 6
（13-6）
一般冲刷深度
（13-8）
21
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13-3 桥下断面一般冲刷深度
粘性土河床
塑限Wp：粘性土由半固态向可塑态过渡时的含水量。 流限WL：由可塑态向流态过渡时的含水量。
塑性指数Ip：流限与塑限之差。
液性指数IL：天然含水量与塑限的差值与塑性指数 的比值。
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13-3 桥下断面一般冲刷深度
连续性方程
q max hp vz
对宽浅式河渠，水力半径约等于平均水深
1 L j i 5 1 6 QP AC Ri (L j h) ( R ) Ri h3 n n
（12-17）
5
QP i 5 q h3 L j n
平均粒径
d
d P
i i
P
i
（9-20）
中值粒径——大于和小于该粒径的泥沙质量（或重量） 各占一半。 重力特性 泥沙颗粒实体的单位体积的重力，即重度。 一般平均为26kN/m³ 。 水力特性 沉降速度——泥沙颗粒在静止的清水中均匀下沉的速度。
4
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I P WL WP
1 vz IL
IL
W0 WP IP
（13-9）
1 vz e
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13-3 桥下断面一般冲刷深度
冲止流速经验公式
3 1 5 河槽： vz 0.33 I hp L
1 1 6 河滩： vz 0.33 I e hp L
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
输沙率、含沙量与挟沙力
推移质输沙率——单位时间内在过水断面单位河槽 宽度上，通过的推移质的重量。
反映推移质运动的强烈程度。
窦国仁公式
k0 s v3 gb 2 (v v0 ) C0 s g
河滩：
一般冲刷深度
河槽：
hmax QcP Lj h hp 0.33 1 IL
5 3
（13-13）
5 8
Q h cP t max L j ht htp （13-14） 0.33 1 I e L
水力学与桥涵水文 叶镇国
彭文波 编箸
第十三章 桥梁墩台冲刷计算
13-1 13-2 13-3 13-4 13-5 河流的泥沙运动与河床演变 墩台冲刷类型 桥下断面一般冲刷深度 墩台局部冲刷深度 桥下河槽最低冲刷线
1
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
泥沙分类
0.90
B1 (1 ) B 2
0.66
hmax
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