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。
桥涵水文4
桥涵水文
第一节
桥位河段水流图式和桥孔布置原则
二、桥孔布臵的原则
(3)桥位下端—压缩区
③-③’之间，水深继续降低，由于有桥墩的阻水，水流速 度继续增大，继续造成冲刷。 有导流堤——桥孔断面 过水断面的最小断面： 无导流堤——桥孔下游
桥涵水文
第一节
桥位河段水流图式和桥孔布置原则
(4)桥位下游—扩散区
水流逐渐扩散至天然河宽，流速逐渐变小直至恢复天然 河道流速，水流的携沙能力由大变小，在河床上从冲刷变小 到出现淤积，又从淤积逐渐减小到恢复天然河道河流状态。
桥涵水文
第二节
桥孔长度计算
桥涵水文
第二节
桥孔长度计算
桥孔长度：
设计水位两桥台前缘之间(埋入式桥台则为两桥台护
坡坡面之间)的水面宽度。
桥涵水文
第二节
桥孔长度计算
桥涵分类有两个标准：单孔跨径和多孔跨径总长。
公路桥涵
多孔跨径总长L/m L≥1000 100≤ L ≤ 1000 30＜ L＜100 单孔跨径l/m l≥150 40 ≤ l ≤ 150 20＜l＜40
桥涵水文
第一节
桥位河段水流图式和桥孔
布臵原则
桥涵水文
第一节
桥位河段水流图式和桥孔布置原则
从桥涵水文的角度看，孔径若小于河道天然宽度太多， 河道被桥大量压缩，过水断面减小，桥位断面流速相应增大， 将引起较大的冲刷。从而影响了桥墩基础的埋臵深度，增加 了施工难度，使造价提高。
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。
Chapter06-桥梁墩台冲刷计算
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
3 5
hm ax h
Qcp L j hp 1 0.22 I L e
1 z 0.22 I L 3e
1.3
5
1.15
hP
2 3
hm ax h
1.2 大中桥设计一般规定
2 桥下一般冲刷深度
一般冲刷深度hp：一般冲刷停止时的桥下铅直水深。（河 床在一般冲刷完成后从设计水位算起的 某一垂线水深。） 一般冲刷深度计算现主要按经验公式计算，常用 有64－1公式、64－2公式和包尔达可夫公式。 2.1 无粘性土河床 A） 河槽 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。
4
(1 ) B 2
4
2 hP 1
1 4
Q 2 Q 1
B1 (1 ) B 2
h 1
3 4
考虑单宽流量分布不均匀和集中趋势的影响。
Q 2 hP K Q 1
冲刷计算
4.4.1自然冲刷河床演变是一个非常复杂的自然过程，目前尚无可靠的定量分析计算方法，根据《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30—2002）中7.2条的要求，河床的自然冲刷是河床逐年自然下切的深度。
经深入调查，桥位处河段整体无明显自然下切现象，由于泥沙淤积，河床会逐年抬高，本次计算不考虑自然冲刷的情况。
4.4.2一般冲刷大桥建成后，由于受桥墩阻水影响，桥位断面过水断面减小，从而引起断面流速增大，水流挟沙能力也随之增大，会造成桥位断面河床冲刷。
根据地质勘察报告，桥位处河床为砂卵石层，河床泥沙平均粒径为40（mm ）。
按《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30—2002）的技术要求，非粘性土河床的一般冲刷可采用64—2简化公式计算：()max 66.029.02104.1h B B Q Q A h cc p ⎭⎬⎫⎩⎨⎧-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=μλ公式中： h p ——桥下河槽一般冲刷后最大水深（m ）； Q 2——桥下河槽部分通过的设计流量（m 3/s ）； Q c ——天然状态下河槽流量（m 3/s ）；A ——单宽流量集中系数 15.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛=H B A ；B C ——计算断面天然河床宽度（m ）；λ——设计水位下，桥墩阻水面积与桥下过水面积比值；μ——桥台前缘和桥墩两侧的漩涡区宽度与桥孔长度之比； B 2——桥下断面河床宽度（m ）； h max ——桥下河槽最大水深（m ）。
经计算：桥址处各设计频率一般冲刷深度成果见表4.4—1。
表4.4—1 XX 大桥一般冲刷计算成果表4.4.3局部冲刷根据XX 大桥桥型布置图，按《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30—2002）的技术要求，局部冲刷计算采用65—1修正式中的公式进行计算：当V ＞V 0时，10,00,'006.011,b )(K n V V V V v B K h v ⎭⎬⎫⎩⎨⎧---=ηξ h b —桥墩局部冲刷深度（m ）从一般冲刷后床面算起； K ξ—墩形系数，K ξ=1.05； K η1—河床颗粒影响系数； B 1—桥墩计算宽度；V—一般冲刷后墩前行近流速（m/s）；V0—河床泥沙起动流速（m/s）；V,0—墩前泥沙起冲流速（m/s）；n1—指数。
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)。
第六章_冲刷计算
称为一般冲刷。
随着一般冲刷的发
ZS
展，河床不断刷深，桥
下断面逐渐扩大，过水
断面面积不断增大。
随着桥下断面的扩大，流速相应降低，水流挟沙 能力也随之降低。当流速降低到不能继续冲刷河床时， 冲刷即趋于停止了。此时，桥下过水断面最大，一般 冲刷的深度也达到最大。
表示方法：
通常用一般冲刷 停止时桥下的垂线水
挟沙能力也随着降低。当断面扩大到使流速降到Qb2 ≈ Qb1 ，输沙平衡，桥下一般冲刷就停止了，此时，桥 下过水断面最大，水深也达到最大。
来沙： 单宽输沙率： 断面输沙率： 排沙：
qb1 1V14
Qb1
B1qb1
B11V14
B11
(
Q1 B1h1
)4
单宽输沙率：
qb2
V4
22
断面输沙率： Qb2
式中，VH1为河滩水深为1m时非粘性土容许不冲刷流 速，与河滩泥沙组成有关，可查表6-1。
5
hP
QtP
LtjVH
1
( hmt ht
)
5
3
6
(6 9)
式中，Ltj为桥下河滩部分桥孔净长； QtP为桥下河滩部分通过的设计流量；
QtP
Qt Qc Qt
QP
QtP
tCt
n
ht
QP
(iCi hi )
qs Aqmax
(6 3)
A称为单宽流量集中系数。
A 0.15 ( B )0.15
H
(6 4)
稳定河段：A=1.0~1.2；次稳定河段：A=1.3~1.4；不稳
定河段：A=1.5~1.7，最大不超过1.8。
冲止流速：
Vs
Ed h 1 6
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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。
WUHEE
一、进口沟床加固
WUHEE
WUHEE
Vs
0.23
1 IL
1.3
h
2 p
3
Qp
hmax
5
3
3
5
hp
L j
0.23
h
1 IL
1.3
Vs
0.22
1 IL
e
1.15
h
2 p
3
Qp
hmax
5
8
3
5
hp
L j
0.22
h
1 IL
1.15
《公路桥位勘测设计规范》（JTJ062-91)
WUHEE
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。
Z jd Zs 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。
hmax
h h
hmax
WUHEE
第二节 桥墩旁局部冲刷
一、局部冲刷现象
WUHEE
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
V V0
hb K K B0.6 V V0'
V V0
hb
K K B0.6
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：
qm
q hmax h
5
3
Qp
L j
hmax h
5
1
3
hp
2 1
4
Q2 Q1
1
B1
B2
4
h1
hp
1.04
A Qcp Qc
0.90
1
Bc
B2
0.66 hmax
WUHEE
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。
WUHEE
WUHEE
2. 出口沟床加固
WUHEE
l kqn
h2
s
hk
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
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。
WUHEE
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
V
V0'
V V0
V0' V0'
n
WUHEE
2. 65-2修正公式法
hb
0.46K
B
0.6
h
0.15 p
d
0.068
V V0
V0' V0'
n
三、粘性土河床的局部冲刷计算
hp 2.5 B
hb 0.83K B0.6I 1L.25V
hp 2.5 B
hb 0.55K B0.6hp0.1I LV
3
（1）河槽B H
0.15
Vs E d 1 6 hp2 3
hp
qs Vs
AQcp
Lc Ed1
6
hmax hc
5
3
3
5
WUHEE
（2）河滩部分
hp
qs Vs
Qtp
LtVH
1
hmt ht
5 3 5 6
2. 64-2简化公式 根据输沙平衡原理，有Qb1=Qb2,h2=hp，可得：
(1)河槽部分
A
Qcp
hmax
5
3 5 8
hp
Lc hc
0.33
1 IL
（2）河滩部分
Qtp
hmt
5
3 6
7
hp
Lt ht
0.33
1 IL
WUHEE
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
Ph