冲刷计算
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。
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
4.3 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 m c--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 ）；h p--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)3261p h 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。
第十三章桥梁墩台冲刷计算
桥台最大冲刷深度，应结合桥位河床特征、压缩程度等情况，分析、计算比较后确定。
§13.4 桥下河槽最低冲刷线
桥下河槽最低冲刷线：
非岩性河床天然基础墩台埋深
最低冲刷线高程
桥墩的最低冲刷线高程Hmin（ m）为： 桥台的最低冲刷线高程Hmin（ m）为： 上式中h为桥台所在位置的平均水深。
防护桥墩周围冲刷的方案和辅助措施。采用在桥墩中开缝或在墩周围设护圈作为控制冲刷深度的措施。清水试验表明，仅用开缝的方法能减少冲刷深度20％，而开缝结合使用护圈则可进一步减小冲刷深度。
桥台冲刷
一 桥台绕流的水流结构
桥台冲刷
一 桥台绕流的水流结构 桥台上下游的流速分布如下：
பைடு நூலகம்台冲刷
一 桥台绕流的水流结构
桥墩的局部冲刷
冲刷深度与行近流速关系
桥墩的局部冲刷
冲刷深度与行近流速关系
一般冲刷深度与局部冲刷深度的区别：
1、一般冲刷深度是从设计水位至一般冲刷线的最大深度 2、局部冲刷深度是从一般冲刷线至冲刷坑底的最大深度
《公路桥位勘测设计规范》JTGC30-2002 推荐的65-1，65-2修正后的新公式
墩台基底最小埋置深度
1、在确定桥梁墩台基础埋置深度时，应根据桥位河段具体情况，取河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷的不利组合，作为确定墩台基础埋深的依据。 2、非岩石河床墩台基底埋深安全值，可按表7.6.2确定 3、岩石河床墩台基底最小埋置深度可按规范附录C确定。
一、非粘性土河槽 基本假定：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，由此有，
非粘性土河槽 非粘性河滩 粘性土河床
64-1公式3个：
2）64-1修正式
桥梁墩台冲刷计算讲解课件
结果分析
对计算结果进行分析，评 估其对桥梁安全性的影响 。
04
冲刷计算实例分析
工程实例选择
选择具有代表性的桥梁墩台
在选择工程实例时，应选择具有代表性的桥梁墩台，如承受 较大流速、水位变化明显、河床地形复杂等条件的墩台。
考虑不同类型墩台
和稳定性。
未来研究方向及发展前景
未来冲刷计算的研究方向将更加注重数 值模拟和实验研究相结合，探索更加准
确和实用的计算方法和模型。
随着人工智能和大数据技术的发展，冲 刷计算将更加智能化，能够实现自动化 设计和优化，提高桥梁工程的设计效率
和安全性。
未来冲刷计算将更加注重与环境、生态 等领域的交叉研究，探索更加环保和可
随着河流流速的增加、极端天气的频发，墩台冲刷问题日益突出，对桥梁的安全性 能构成严重威胁。
针对墩台冲刷问题，开展准确的计算和分析是保障桥梁安全运行的重要手段。
冲刷对桥梁墩台的影响
冲刷会导致墩台基础 松动，降低其承载能 力。
冲刷会加速墩台腐蚀 ，缩短其使用寿命。
冲刷会导致墩台失稳 ，产生倾斜或倒塌等 危险。
常用冲刷计算公式介绍
• 参数说明：d为冲刷深度，V为水流速度，g为重力加速度，b为 渠宽，w为水深。
常用冲刷计算公式介绍
01
02
03
04
公式三：钱宁公式
定义：适用于黏性土壤的临界 流冲刷计算。
公式形式：d = (V^2 / g) * (4 / (r * w))^(1/3)
参数说明：d为冲刷深度，V 为水流速度，g为重力加速度 ，r为土壤内摩擦角，w为水
公式形式
d = (1/n) * (V^2 / g)^(1/3)
河堤岸冲刷深度计算
二.顺坝及平顺护岸冲刷深度计算
1.水流平行于岸坡产生的冲刷深度计算计算公式
式中：
h B -局部冲刷深度（m)，从水面算起;
h p -冲刷处的水深（m)，以近似设计水位最大深度代替;V cp -平均流速（m/s);
V 允-河床面上允许不冲流速（m/s);
n-与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4;
2.水流斜冲防护岸坡长生的冲刷深度计算公式
式中：
Δh p
-从河底算起的局部冲深（m);α-水流流向与岸坡交角（度);m-防护建筑物迎水面边坡系数;
d-坡脚处土壤计算粒径（cm）。
对非粘性土，取大于15%（按重量计）的筛孔直径；对粘性土，取表D.22-1的当量V j -水流的局部冲刷流速（m/s);
V j 的计算
计算公式
式中：
B 1-河滩宽度（m)，从河槽边缘至坡脚距离;Q 1-通过河滩部分的设计流量（m 3/s);H 1-河滩水深(m);
堤岸冲刷深度计算
η-水流流速分配不均匀系数，根据α角查表D.2.2-2;
计算公式
式中：
Q-设计流量（m 3/s);
W -原河道过水断面面积（m 2);W p -河道缩窄部分的断面面积(m 2);
土，取表D.22-1的当量粒径值;
V jαd△H P
（m/S）（º）（m）（m）
平直堤
段1.7642679950.50.0060.105278455
转湾堤
段1.76426799100.50.0060.391646627
桩号m 要求堤基埋深（m）。
一般冲刷计算公式
一般冲刷计算公式：cm cg cc d p h B B 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。
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4.2.1洛河冲刷分析计算 a.冲刷计算
冲刷深度参照《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）（以下简称《规范2013》）附录D.2计算。
其冲刷深度按下列公式计算：
s 01n cp c U h h U ⎡⎤
⎛⎫⎢⎥=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦
（D.2.2-1）
21cp U U
η
η
=+ （D.2.2-2） 公式中：
h s ——局部冲刷深度（m ）； h 0——冲刷处的水深（m ）,取3.85m; U cp ——近岸垂线平均流速,取4.42m/s ；
n ——与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=1/5；
η——水流流速不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角α查《规范2013》附录D2表D.2.2,取1.00；
U ——行近流速（m/s ），取4.42m/s ；
U c ——泥沙起动流速（m/s ），对于卵石的起动流速，可采用长江科学院的起动公式（D.2.1-6）计算；
1
7
050501.08s
c H U g
d d γγ
γ
⎛⎫-= ⎪⎝⎭
（D.2.1-6） g ——重力加速度（m/s 2）,9.8m/s 2； d 50——床沙的中值粒径，0.0215m ；
H 0——行近流速水深（m ），取4.09m ；
γs 、γ——泥沙与水的容重（kN/m ³）,γs 取1.7kN/m ³；γ取1.0kN/m ³。
使用以上公式，经过计算机软件计算，结果列表4.18淄阳河冲刷水深计算成果表。
表4.18 洛河冲刷水深计算成果表
综上所述：该管道穿越河道处冲刷深度为1.5m,根据相关规范要求管道开挖深度应位于河道冲刷深度0.5米以下，即管道开挖深度应大于等于2m 。
河流名称
U （m/s ） η
g
（m/s 2
） d 50 （m ） H 0
（m ） r s
（kN/m ³ γ
（kN/
m ³ h 0
（m ） H s
（m ） 洛河 4.42
1.00
9.8
0.0215
4.09
1.7
1.0
3.85
1.50。