大中桥的桥孔布设原则及孔径计算
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年自考《金融理论与实务》复习笔记9资料
第五章 大中桥孔径计算
大中桥的孔径计算，主要是根据桥位断面的 设计流量和设计水位，推算需要的桥孔的最 小长度和桥面中心最低高程，为确定桥孔方 案，提供设计依据。
第一节 桥位河段水流图式和桥孔布设原则
一、桥位河段的水流图式
a
b
c
d
绝大多数的桥位河段是处于缓流状态(Fr＜1) ，适应于大中桥 孔径计算 。
冲刷后的过水面积与冲刷前的过水面积之比称作冲刷系数， 用P表示.
所谓冲刷系数法，即以冲刷系数P为控制条件推求桥下河槽冲刷前 的最小过水面积，从中确定桥孔最小净长度的计算方法，故又称 过水面积控制法。
设 墩台阻水引起的桥下过水面积的折减系数为 墩台侧面回水引起的桥下过水面积的折减系数为
对于宽浅性河流
墩宽 两墩中心线间距离
当桥轴线与水流方向斜交时，设水流方向与桥梁轴线的法线方向的 夹角为
冲刷系数法的应用方法分计算法和图解法两种。 在桥位断面图布设桥孔，当实际设计布设的桥孔设计方案中的 毛过水面积大于或等于Aq的计算值时，则满足设计要求。
二、用桥孔净长度经验公式计算
1.对于有明显河槽的各类河段
当桥轴线与流向斜交时，桥下过水断面有效跨径应按桥轴线与 流向垂直的投影面计算 ，可有两种情况：
第三节 桥面高程
桥面高程是指桥面中心线上最低点的高程，它必须满足桥下 通过设计洪水、流冰、流木和通航的要求，并且应该考虑雍 水、波浪、水拱、河湾凹岸水面超高等各种因素引起的桥下 水位升高以及河床淤积的影响。
自断面2至断面3，过水断面逐渐减小，断面3(或断面3’)过水 断面面积最小，水面坡度变陡，流速由小变大，断面3(或断 面3’)流速最大，挟沙能力随流速的加大而增大。水流中的含 沙量从大于水流的挟沙能力逐渐变为小于水流的挟沙能力。 在断面2至断面3(或断面3’)的河段上，出现淤积量逐渐减少， 转变为出现冲刷。自断面3(或断面3’)至断面4，水流逐渐扩 散直至恢复天然河宽，流速逐渐变小直至恢复天然河道流速 或某一新的与当地条件相适应的流速，挟沙能力也作相应变 化，由大变小，河床上冲刷变小至出现淤积，从而又一次达 到新的平衡。
大中桥的孔径计算，主要是根据桥位断面的 设计流量和设计水位，推算需要的桥孔的最 小长度和桥面中心最低高程，为确定桥孔方 案，提供设计依据。
第一节 桥位河段水流图式和桥孔布设原则
一、桥位河段的水流图式
a
b
c
d
绝大多数的桥位河段是处于缓流状态(Fr＜1) ，适应于大中桥 孔径计算 。
冲刷后的过水面积与冲刷前的过水面积之比称作冲刷系数， 用P表示.
所谓冲刷系数法，即以冲刷系数P为控制条件推求桥下河槽冲刷前 的最小过水面积，从中确定桥孔最小净长度的计算方法，故又称 过水面积控制法。
设 墩台阻水引起的桥下过水面积的折减系数为 墩台侧面回水引起的桥下过水面积的折减系数为
对于宽浅性河流
墩宽 两墩中心线间距离
当桥轴线与水流方向斜交时，设水流方向与桥梁轴线的法线方向的 夹角为
冲刷系数法的应用方法分计算法和图解法两种。 在桥位断面图布设桥孔，当实际设计布设的桥孔设计方案中的 毛过水面积大于或等于Aq的计算值时，则满足设计要求。
二、用桥孔净长度经验公式计算
1.对于有明显河槽的各类河段
当桥轴线与流向斜交时，桥下过水断面有效跨径应按桥轴线与 流向垂直的投影面计算 ，可有两种情况：
第三节 桥面高程
桥面高程是指桥面中心线上最低点的高程，它必须满足桥下 通过设计洪水、流冰、流木和通航的要求，并且应该考虑雍 水、波浪、水拱、河湾凹岸水面超高等各种因素引起的桥下 水位升高以及河床淤积的影响。
自断面2至断面3，过水断面逐渐减小，断面3(或断面3’)过水 断面面积最小，水面坡度变陡，流速由小变大，断面3(或断 面3’)流速最大，挟沙能力随流速的加大而增大。水流中的含 沙量从大于水流的挟沙能力逐渐变为小于水流的挟沙能力。 在断面2至断面3(或断面3’)的河段上，出现淤积量逐渐减少， 转变为出现冲刷。自断面3(或断面3’)至断面4，水流逐渐扩 散直至恢复天然河宽，流速逐渐变小直至恢复天然河道流速 或某一新的与当地条件相适应的流速，挟沙能力也作相应变 化，由大变小，河床上冲刷变小至出现淤积，从而又一次达 到新的平衡。
大中桥孔径计算
4.河湾超高
v2 B h gR
计算桥面高程时，可计入河湾水位超高值的1/2计入。
5.河床淤积高度
12.6 调治构造物
一 调治构造物的类型 二 调治构造物布设 三 顺坝坝
调治构造物的作用
调治构造物的作用：调节水流，使水流均匀、顺畅地流
过桥孔，防止桥下断面和上下游附近的河床、河岸发生不 利变形，确保桥梁安全。
冲刷前桥下的毛过水面积Aq
Aq Ad Ax Ay
墩台阻水引起的桥下过水面积的折减系数λ
Ad Aq
墩台侧面涡流阻水而引起的桥下过水面积的折减系数，又 称水流侧向压缩系数 Ay vs ξ A 1 0.375 L
j
0
Aj Aq Ad Aq Aq (1 ) Aq
Qs Aq (1 ) Pvs cos
说明： 这种方法对细颗粒、均匀的沙质河床，平原稳定性河床基 本能反映实际情况。但是，对我国广大地区存在的大颗粒、 宽浅变迁性河床等不稳定性河床，却与实际情况相差较大。 这种确定桥孔长度的方法，我国铁路系统使用至今； 1976年我国公路系统根据我国实桥调查资料，制定了估定 桥孔长度的公式，自1982年起不再推荐使用，但仍是一种 合理的参考办法。
设计流量Qs：与设计洪水频率P相应的流量。 通航流量Qtn：与通航洪水重现期相应的流量。
根据前学知识，可以得到设计流量Qs和通航流量Qtn，利 用形态断面可推算出相应的设计水位Hs和设计最高通航 水位Htn。
12.5 桥面设计高程
2 水位及引起桥下水位升高的因素计算③ ③' b) ① ②
a)
第5章 大中桥孔径计算
v2 B h gR
计算桥面高程时，可计入河湾水位超高值的1/2计入。
5.河床淤积高度
12.6 调治构造物
一 调治构造物的类型 二 调治构造物布设 三 顺坝坝
调治构造物的作用
调治构造物的作用：调节水流，使水流均匀、顺畅地流
过桥孔，防止桥下断面和上下游附近的河床、河岸发生不 利变形，确保桥梁安全。
冲刷前桥下的毛过水面积Aq
Aq Ad Ax Ay
墩台阻水引起的桥下过水面积的折减系数λ
Ad Aq
墩台侧面涡流阻水而引起的桥下过水面积的折减系数，又 称水流侧向压缩系数 Ay vs ξ A 1 0.375 L
j
0
Aj Aq Ad Aq Aq (1 ) Aq
Qs Aq (1 ) Pvs cos
说明： 这种方法对细颗粒、均匀的沙质河床，平原稳定性河床基 本能反映实际情况。但是，对我国广大地区存在的大颗粒、 宽浅变迁性河床等不稳定性河床，却与实际情况相差较大。 这种确定桥孔长度的方法，我国铁路系统使用至今； 1976年我国公路系统根据我国实桥调查资料，制定了估定 桥孔长度的公式，自1982年起不再推荐使用，但仍是一种 合理的参考办法。
设计流量Qs：与设计洪水频率P相应的流量。 通航流量Qtn：与通航洪水重现期相应的流量。
根据前学知识，可以得到设计流量Qs和通航流量Qtn，利 用形态断面可推算出相应的设计水位Hs和设计最高通航 水位Htn。
12.5 桥面设计高程
2 水位及引起桥下水位升高的因素计算③ ③' b) ① ②
a)
第5章 大中桥孔径计算
第六章__大中桥孔径计算
第二节 桥孔长度 第四节 计算实例
第一节 桥位河段水流图式和桥孔布设 第三节 桥面高程
桥位河段水流图式（缓流）
由于桥孔对水流的压缩，从桥 位上游相当远处的断面①起， 水面就开始壅高，并呈型壅水 曲线，无导流堤时直到桥位上 游大约一个桥孔长度L处的断面 ②，达到最大壅水高度。水流 接近桥孔时，急剧收缩而呈“漏 斗”状，无导流堤时直到桥位下 游附近的断面③，水面最窄， 流速最大，形成收缩断面。收 缩断面下游，水流又逐渐扩 散，到断面④才恢复天然状 态。并且在水流收缩段的主流 与河岸之间，由于水流分离现 象，桥台上下游两侧将形成回 水区。
2 w
根据内陆水库观测资料制定的，适用于大陆地区河流、湖泊的桥梁设计
路堤边坡处的波浪爬高
he K K v R0 h2
he
KΔ
1 2 sin he he 3
——波浪爬高（m），其高度自静水位算起 ——边坡糙渗系数，查表6-3-3 ——与风速有关的参数，查表6-3-4 ——相对波浪侵袭高度，查表
桥下净空安全值
非通航河段
桥梁的部位 高出计算水位 （m） 0.50 高出最高流冰面 （m） 0.75
洪水期无大漂流物 梁 底
洪水期有大漂流物 有泥石流 支承垫石顶面 拱脚
1.50 1.00 0.25 0.25
— — 0.50 0.25
通航河流和通航海轮的桥下净空
设计最高通航水位根据各种河流具体情况确定。一般 天然河流的设计最高通航水位可采用表6-3-10中规定的各 级洪水重现期水位 。设计最高通航水位可按《内河通航 标准》和《通航海轮桥梁通航标准 》来确定。
（3）建桥后的桥前壅水，不得对两岸河堤、 农田、村镇造成威胁；在平原地区尤为重要， 往往以桥前壅水的允许高度作为桥孔长度的控 制因素。 （4）应考虑桥位上下游已建或拟建的水利工 程、航道码头和管线等引起的河床演变对桥孔 的影响。 （5）桥位河段的天然河道不宜开挖或改移。 开挖、改移河道应有充分的技术、经济论证。
第一节 桥位河段水流图式和桥孔布设 第三节 桥面高程
桥位河段水流图式（缓流）
由于桥孔对水流的压缩，从桥 位上游相当远处的断面①起， 水面就开始壅高，并呈型壅水 曲线，无导流堤时直到桥位上 游大约一个桥孔长度L处的断面 ②，达到最大壅水高度。水流 接近桥孔时，急剧收缩而呈“漏 斗”状，无导流堤时直到桥位下 游附近的断面③，水面最窄， 流速最大，形成收缩断面。收 缩断面下游，水流又逐渐扩 散，到断面④才恢复天然状 态。并且在水流收缩段的主流 与河岸之间，由于水流分离现 象，桥台上下游两侧将形成回 水区。
2 w
根据内陆水库观测资料制定的，适用于大陆地区河流、湖泊的桥梁设计
路堤边坡处的波浪爬高
he K K v R0 h2
he
KΔ
1 2 sin he he 3
——波浪爬高（m），其高度自静水位算起 ——边坡糙渗系数，查表6-3-3 ——与风速有关的参数，查表6-3-4 ——相对波浪侵袭高度，查表
桥下净空安全值
非通航河段
桥梁的部位 高出计算水位 （m） 0.50 高出最高流冰面 （m） 0.75
洪水期无大漂流物 梁 底
洪水期有大漂流物 有泥石流 支承垫石顶面 拱脚
1.50 1.00 0.25 0.25
— — 0.50 0.25
通航河流和通航海轮的桥下净空
设计最高通航水位根据各种河流具体情况确定。一般 天然河流的设计最高通航水位可采用表6-3-10中规定的各 级洪水重现期水位 。设计最高通航水位可按《内河通航 标准》和《通航海轮桥梁通航标准 》来确定。
（3）建桥后的桥前壅水，不得对两岸河堤、 农田、村镇造成威胁；在平原地区尤为重要， 往往以桥前壅水的允许高度作为桥孔长度的控 制因素。 （4）应考虑桥位上下游已建或拟建的水利工 程、航道码头和管线等引起的河床演变对桥孔 的影响。 （5）桥位河段的天然河道不宜开挖或改移。 开挖、改移河道应有充分的技术、经济论证。
桥涵水文第三章
挤束系数： d
(桥墩阻水而引起的桥下过水面积减小)
M
压缩系数： y y
d
j M d
桥涵水文 x
第二节 桥孔长度计算
M y d x
y M (M y d )
M
y
y (1 )M
平原河流的桥孔布设
① 顺直微弯河段，桥孔布设应考虑河槽内边滩下移，主槽在 河槽内摆动的影响。河槽内墩台基础应埋置在同一高程。
② 弯曲河段，考虑河槽凹岸水流集中冲刷和凸岸淤积等对桥 孔及墩台的影响。
③ 滩槽较稳定的分汊河段，若多年流量分配较稳定，可考虑 布设一河多桥。
④ 宽滩河段，可根据桥位上下游主流趋势及深泓线摆动范围 布设桥孔，并可适当压缩河滩。
③在边滩微弯河段上，通常只对河滩进行压缩，而对河槽宽 度则不压缩或少压缩。
④对深槽和浅槽稳定河段，一般毫不压缩地以桥孔跨越河槽 的全部过水宽度。
⑤在通航河段和有堤防的河段上，是否可以压缩设计洪水的 过水断面以缩短桥孔长度，须视具体情况而定。
桥涵水文
第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则
二、各类河段桥孔布设原则
山区河流的桥孔布设
① 峡谷河段宜单孔跨越。 ② 开阔河段可适当压缩河
滩。
湖南淘金大桥
贵州北盘江大桥 桥涵水文
第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则
大跨度钢筋砼箱形拱桥，全长856.12m，桥宽24m；单孔跨 长江，净跨420m ,桥面距江面高140m。
长江开阔河段 万县长江大桥
桥涵水文
第一节 桥位河段水流图式和桥孔布置原则
孔径的计算，主要是依据桥位断面设计流量和水 位，推算需要的桥孔的最小长度和桥面最低高程， 为确定桥孔设计方案提供设计依据。
第六章 大中桥孔径计算
38
39
z
KNKy 2g
(vM2
v02M
)
Ky
0.5 vM 0.1
g
KN
2 vM 1
v0M
vM
vM'
1
0.5d500.25
vM' vc
1
40
hz K ph2
hz
0.13th0.7
gh vw2
0.7
th
0.0018
gD vw2
0.45
0.13th0.7
gh vw2
0.7
22
桥前最大壅水高度可按《公路工程水文勘测设计 指南》推荐的公式：
z
KNKy 2g
(vM2
v02M
)
0.5 K y vM 0.1
g
KN
2 vM 1 v0M
vM
vM'
1
0.5d500.25
vM' vc
1
23
桥前壅水引起的桥下壅水高度△z’
桥下壅水高度△z’取值 表6-3-2
序号 洪水和河床土质条件 △z’取值
定的各级洪水重现期水位采用：
天然河流设计最高通航水位标准
航道等级 Ⅰ-Ⅲ Ⅳ、Ⅴ Ⅵ、Ⅶ
洪水重现期 20
10
5
通航河段桥下净空尺度见表6-3-8~6-3-11
34
三、桥面最低高程的确定
1、不通航河段 （1）按设计洪水位计算桥面高程
Hmin Hs h hj hD
35
三、桥面最低高程的确定
32
二、桥下净空安全值
3、通航河流的桥下净空
桥下净高：设计最高通航水位到桥底之间的距离 桥下净宽：设计最低通航水位时，桥墩之间的净距 设计最低通航水位：设计所采用的允许标准船舶或
39
z
KNKy 2g
(vM2
v02M
)
Ky
0.5 vM 0.1
g
KN
2 vM 1
v0M
vM
vM'
1
0.5d500.25
vM' vc
1
40
hz K ph2
hz
0.13th0.7
gh vw2
0.7
th
0.0018
gD vw2
0.45
0.13th0.7
gh vw2
0.7
22
桥前最大壅水高度可按《公路工程水文勘测设计 指南》推荐的公式：
z
KNKy 2g
(vM2
v02M
)
0.5 K y vM 0.1
g
KN
2 vM 1 v0M
vM
vM'
1
0.5d500.25
vM' vc
1
23
桥前壅水引起的桥下壅水高度△z’
桥下壅水高度△z’取值 表6-3-2
序号 洪水和河床土质条件 △z’取值
定的各级洪水重现期水位采用：
天然河流设计最高通航水位标准
航道等级 Ⅰ-Ⅲ Ⅳ、Ⅴ Ⅵ、Ⅶ
洪水重现期 20
10
5
通航河段桥下净空尺度见表6-3-8~6-3-11
34
三、桥面最低高程的确定
1、不通航河段 （1）按设计洪水位计算桥面高程
Hmin Hs h hj hD
35
三、桥面最低高程的确定
32
二、桥下净空安全值
3、通航河流的桥下净空
桥下净高：设计最高通航水位到桥底之间的距离 桥下净宽：设计最低通航水位时，桥墩之间的净距 设计最低通航水位：设计所采用的允许标准船舶或
桥涵水文第五章大中桥孔径计算
桥涵水文第五章大中桥孔径计算在大中桥的设计与施工中，桥涵的水文计算是一个非常重要的环节。
通过对桥涵孔径进行合理的计算，可以确保桥涵在不同水流条件下的安全和稳定。
本章将详细介绍大中桥孔径计算的方法和要点。
一、桥涵孔径计算的基本原理桥涵孔径的计算是根据水流力学的基本原理配合实际情况进行的。
水流经过桥涵时，其流速和流量都会受到桥墩的阻碍和约束。
因此，我们需要确定桥涵孔径的大小，使得桥涵能够容纳一定范围内的水流，且不对水流产生较大的约束。
对于大中桥涵孔径计算，一般采用下面的基本原理：1.根据设计要求确定桥涵的设计洪水位和设计洪水流量。
2.通过计算水流的流速和流量，确定桥涵孔径的大小。
3.根据桥涵的结构形式和其他设计条件，确定最终的桥涵孔径。
二、桥涵孔径计算的主要参数进行桥涵孔径计算时，需要考虑的主要参数包括：设计洪水位、设计洪水流量、桥涵的形状和几何参数、桥涵的材料和强度等。
1.设计洪水位：设计洪水位是针对特定的设计标准和设计年限确定的。
它反映了水位的高度，是桥涵孔径计算的基础。
2.设计洪水流量：设计洪水流量是指在设计洪水位下单位时间内通过桥涵的水流量。
它是桥涵孔径计算的另一个重要参数。
3.桥涵的形状和几何参数：桥涵的形状和几何参数包括桥涵的宽度、高度、长度等。
这些参数对桥涵孔径的计算有着直接的影响。
4.桥涵的材料和强度：桥涵的材料和强度决定了桥涵能够承受的水流力。
这些参数在桥涵孔径计算中是必须考虑的。
三、桥涵孔径计算的方法根据桥涵的实际情况和设计要求，我们可以采用不同的方法进行桥涵孔径的计算。
常用的计算方法包括经验公式法、水动力计算法和数值模拟法等。
1.经验公式法：经验公式法是根据经验总结得出的计算方法，适用于一些较为简单的桥涵。
通过已知的经验公式，可以估算出桥涵所需的孔径大小。
2.水动力计算法：水动力计算法是根据水流的运动规律，利用物理学原理进行计算的方法。
通过对水流的流速、流量等参数进行计算，可以确定桥涵所需的孔径大小。
5大中桥孔径计算
小桥、涵洞：桥位服从路线，即为满足水文、线路等要求，小桥、涵洞等必须符
合线路要求，必要时可设计斜桥、弯桥等； 特大桥、大、中桥：原则上桥位服从路线走向，桥路应综合考虑，桥位尽量选择 在河道顺直、水流稳定、地质良好的河段上。 另外，桥梁的平面曲线半径、超高、加宽、缓和曲线、变速车道设置等均应满 足相应等级线路的规定。
为了获得经济、适用和美观的桥梁设计方案，设计者必须根据各种自然、技术 上的条件，因地制宜，在综合应用专业知识、了解掌握国内外新技术、新材料、新 工艺的基础上，进行深入细致的研究分析对比工作，才能科学地得出完美的桥梁设 计方案。具体步骤如下： （1）明确各种高程要求
在桥位纵断面图上，先行按比例绘制出设计水位、通航水位、堤顶高程、桥面
vs 设计流速，一般采用天然河槽的平均流速。
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
《公路工程水文勘测设计规范》 (JTG C30-2002)
第二节 桥孔长度计算
建桥以后，河流受到桥头引道的压缩和墩台 阻水的影响，改变了水流和泥沙运动的天然状态， 引起河床的冲淤变形，导致水流对桥梁墩台基础
的冲刷，危及桥梁的安全。因此，孔径的计算和
示例：广东江顺大桥桥位图
序言3：桥梁总体布置（即平、纵、横断面设计）
序言3.2：桥梁纵断面设计（解决建什么样的桥的问题，即桥型方案）
桥梁纵断面设计包括确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥面高程、桥梁 及引桥纵坡以及基础埋置深度等（即桥型方案设计）。 桥梁总跨径 一般由水文计算来确定，其基本原则是： 1）应使桥梁在整个使用年限内，保证设计洪水能顺利宣泄； 2）河流中可能出现的流水和船只、排筏等能顺利通过； 3）避免因过分压缩河床引起河道和河岸的不利变迁； 4）避免因桥前壅水而淹没农田、房屋、村镇和其他公共设施等； 5）不能因总跨径压缩而引起河床过度冲刷对浅埋基础带来不利影响。
大中桥梁设置原则
四、平原区桥梁孔径布设以水文计算成果为依据，并结合河道的地形、地貌及桥下被交路等情况予以确定。
五、当桥当有高路堤，占有农田较多，且需大量借方或远运填料时，可适当处长桥孔，并采用建筑高度较低的结构类型。
大中桥梁设置原填土高度大于25m时，考虑采用桥梁跨越。
二、为避免水毁桥梁，桥孔布设原则上不压缩河槽。对于山前扩散及变迁笴段，桥梁长度应考虑河槽摆动的因素，为确保水流及漂浮物顺利通过桥孔，大桥跨径不宜小于20m。
三、在地形复杂，山坡陡峻处的山谷桥梁，布孔时应根据桥址纵、横断面布设。为避免锥坡落空或墩台基础悬空，桥台高度不宜过高。
五、当桥当有高路堤，占有农田较多，且需大量借方或远运填料时，可适当处长桥孔，并采用建筑高度较低的结构类型。
大中桥梁设置原填土高度大于25m时，考虑采用桥梁跨越。
二、为避免水毁桥梁，桥孔布设原则上不压缩河槽。对于山前扩散及变迁笴段，桥梁长度应考虑河槽摆动的因素，为确保水流及漂浮物顺利通过桥孔，大桥跨径不宜小于20m。
三、在地形复杂，山坡陡峻处的山谷桥梁，布孔时应根据桥址纵、横断面布设。为避免锥坡落空或墩台基础悬空，桥台高度不宜过高。
第五章 大中桥桥孔设计
H min = H th + hM + ∆h0
结
束
5.4 桥梁孔径计算
桥梁孔径 桥孔长度：设计水位处两桥台前缘之间（ 桥孔长度：设计水位处两桥台前缘之间（埋入 式桥台则为两桥台护坡坡面之间）的水面宽度。 式桥台则为两桥台护坡坡面之间）的水面宽度。 桥梁孔径：桥孔长度扣除全部桥墩宽度（顺桥方 桥梁孔径：桥孔长度扣除全部桥墩宽度（ 称为桥孔净长， 向）后，称为桥孔净长，也称桥梁孔径
第5章 大中桥桥孔设计
§5.1 桥涵水文勘测设计的基本知识 §5.2 设计水位 §5.3 桥位河段河道演变和桥孔布置原则 §5.4 桥梁孔径计算 §5.5 桥梁高程设计
建桥以后，河流受到桥头引道的压缩和 建桥以后，河流受到桥头引道的压缩和墩台 桥头引道的压缩 阻水的影响 改变了水流和泥沙运动 的影响， 水流和泥沙运动的天然 阻水的影响，改变了水流和泥沙运动的天然 状态，引起河床的冲淤变形 河床的冲淤变形， 状态，引起河床的冲淤变形，导致水流对桥 梁墩台基础的冲刷，危及桥梁的安全。因此， 梁墩台基础的冲刷，危及桥梁的安全。因此， 冲刷 孔径的计算和布置， 孔径的计算和布置，应以建桥前后桥位河段 内水流和泥沙运动的客观规律为依据。 内水流和泥沙运动的客观规律为依据。
两种方法的适应范围： 两种方法的适应范围： 过水断面法：适用于细颗粒、 过水断面法：适用于细颗粒、均匀的沙质河 床，平原稳定性河床 经验公式法：适用于大颗粒、宽浅变迁性河 经验公式法：适用于大颗粒、 床等不稳定性河床
5.5 桥梁高程设计
壅水：建桥后，天然水流受到桥孔压缩， 壅水：建桥后，天然水流受到桥孔压缩，桥前形 引起 桥下 水位 升高 的因 素
ω有效＝µω净过水面积
桥下通过设计流量Qp时 桥下通过设计流量 时，需要的过水净面积为
5 第五章 大中桥孔径计算
Fr<1表示水流平均动能较小,重力占主导,水流为缓流;
Fr>1表示水流的平均动能较大,惯性力占主导
缓流河段的夫劳德数Fr<1，只有很少部分峡谷型
河段和变迁型河段的设计洪水流态接近或达到急
流，即Fr>1的状态。
绝大多数桥位处于缓流河段，所以缓流河段的简
化水流图示及孔径计算方法对大多数桥梁适用。
本章提纲
浪高度hl=0.5m，桥梁上部构造建筑高度Δhd=1.9m，通
航水位为108m，按河槽不可能扩宽考虑，桥位河床断
面如图3所示。
（1）请分别采用过水面积法和经验公式法确定桥孔长
度；
本章提纲
第一节 桥位河段水流图式和桥孔布设
第二节 桥孔长度
第三节 桥面高程
第三节 桥面高程
一、引起桥下水位升高的因素
桥梁部位
梁底
高出计算水位m
高出最高流冰面m
洪水期无大漂流物
0.50
0.75
洪水期有大漂流物
1.50
-
有泥石流
1.00
-
支承垫石顶面
0.25
0.50
拱脚
0.25
0.25
通航河流：P139－141表6-3-8和6-3-11 (第四
版），P130表4-3-10和4-3-11 （第五版）
第三节 桥面高程
三、桥面最低高程确定
不通航河段：按设计洪水位计算桥面高程
即：设计水位+水面升高值总和+桥下净空安全值+桥梁上部构造高度
Hmin
∆ℎ
∆ℎ
Hs
∆ℎ
第三节 桥面高程
通航河流：除了满足不通航要求外，还要满足
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Lj
Qs
qc
1.19
Qc Qt
0.10
Qs - 设计流量， m3 s
- 水流压缩系数
q c - 河槽平均单宽流量， m3 s m
Qc - 河槽流量， m3 s Qt - 河滩流量， m3 s
二、用桥孔净长度经验公计算
这些经验公式只有一定的理论依据，应用数理统计法根据我国公路桥 梁的实际资料制定的，形式简单，便于应用。
μ 桥下—过—因水 A墩面y 积台A j折侧减面系涡数流，阻压水缩而系引数起。的
1 0.375 vs l j
一、冲刷系数法（用桥下过水面积计算） 桥下过水面积的组成：
λ——因桥墩阻水而引起的桥下过水 面积折减系数。
p——冲刷系数，冲刷前后桥下过水面积之比。 冲刷后桥下有效过水面积、净过水面积和毛过水面积分别为P*Ay、
二、用桥孔净长度经验公式计算
1974年至1976年，交通部“大中桥孔设计”研究课题，组织全国交通 部门全面进行桥孔水文调查，编制了《大中桥孔设计研究报告》，提出了 桥孔净长度计算公式，这些公式经多次验证、修订，先后写入三次修订的 (公路桥位勘测设计规范)(1982年、1991年)和(公路工程水文勘测设计规 范)(2002年)，推荐在全国公路桥位勘测设计中应用。对于狭谷性河段， 一般按地形布孔，不作桥长计算。其它类形河段，该规范推荐下述经验 公式计算桥孔净长Lj。
这些公式算出的桥孔长度是指在一定的水力、泥沙及河床条件下，通 过设计洪水流量时，桥下过水断面(与流向垂直的横断面)必须具有的桥孔 最小净长度。应当注意以下两点，这里算出的是桥孔最小净长度，实际桥 孔长度(桥台前墙之间设计水位上的水面宽度)为将算出的最小桥孔净长度 再加所有桥墩的宽度；另外，算出的最小桥孔净长度是指水流与桥轴正交 时的长度，如果是斜桥，则应换算为斜桥轴线方向的长度。
B0
16.07
Q 0.24 d 0.30
二、用桥孔净长度经验公式计算
2．对于无明显河槽的变迁性、游荡性河段
1
CP
QP Q2%
3
1
CP
1 1
CV P % CV 2%
3
Lj
16.07C
p
Q d
0.24 0.30
L j B0CP
二、用桥孔净长度经验公式计算
3．对于宽滩性河段，可采用单宽流量公式
P*Aj和P*Aq。
一、冲刷系数法（用桥下过水面积计算）
根据水流连续性原理：
Qs PAyvs
所以：
Aj
Qs
Pvs
又因为： Ad Aq
Ay Aj
Aj Aq Ad 1 Aq
所以：
Aq
Qs
1 Pvs
一、冲刷系数法（用桥下过水面积计算）
各类河段冲刷系数建议值
步骤：
第一步：利用上述公式求出桥下通过设计洪水时所需的最小过水面积； 第二步：在桥位断面图上布设选定的桥孔设计方案，计算实有的桥下 过水面积，若等于或稍大于上述公式计算的过水面积，则设计方案满 足所需要的桥下最小过水面积，其实有的桥孔净长即为所求的桥孔长 度。
3.桥孔长度：
桥孔长度定义：沿着设计水位的水面线，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，称为桥孔长度L。扣除全部桥墩 宽度（仍沿原水面线）后，则称为桥孔净长Lj。
桥孔长度的确定，首先应满足排洪 和输沙的要求，即保证设计洪水及其所 挟带的泥沙能从桥下顺利通过，并从安 全和经济两方面着眼，同时应综合考虑 桥孔长度、桥前壅水和桥下冲刷的相互 影响。
大中桥的桥孔布设原则及孔径计算
大中桥的孔径计算：依据桥位断面的设 计流量和设计水位，推算必须的最小桥 孔净长和桥面中心最低标高，为确定桥 孔设计方案提供依据。
1.桥孔布设的原则：
2. 桥位河段的水流图式: 反映桥位河段建桥后水流和泥沙 运动的变化，反映桥孔长度、桥 前壅水和桥下冲刷之间的 关系，因此桥位河段的水流图式可作为 桥孔计算的依据。
，我国新疆、青海、内蒙等地大型冲积扇及戈壁摊上的一些变迁性河流，无
明显的河床形态，滩槽难分；另外，平原游荡性河流也有类似河床形态，河
床宽浅，水流摆动不定。水流横向摆动的范围大大超过多年泄洪需要的河槽
宽度（习惯上称为基本河宽B0）。 通过我国新疆、青海、内蒙、河北等地实桥调查资料，回归分析得到基
本河宽B0与多年洪水平均流量Q和河床质平均粒径d存在下列关系：
桥孔净长确定后，即可根据断面形态、主流位置、通航要求、河床演 变趋势、桥位河段地质等尽量选用合理的标淮跨径，在桥位纵断面团上和 桥位地形因上进行合理的桥孔布没，使桥下实际的水面宽度等于或稍大于 计算的桥孔长度。桥孔布置应先河槽后河滩，这样才能满足排洪输沙的需 要．确保桥梁的安全。
4.桥面最低标高的确定受到设计洪水水位、设 计最高通航水位、因桥梁建筑而引起的水位升高、 水面漂浮物、通航船只净高以及桥梁结构物高度、 道路线型布设的需要等因素的综合影响，因此应从 地区政治、经济、军事、交通运输业的发展及工程 的技术经济合理为基点，综合分析，确定此标高值。
一、冲刷系数法（用桥下过水面积计算）
Q = AV
流量采用设计流量QS 水位采用设计水位HS 过水断面面积A及流速V
建桥后过水断面面积及流速的变化：
桥孔水流压缩
桥下流速增大
趋于稳定
桥下流速减小
天然河槽平均流速
vS
桥下河槽开始冲刷 桥下过水面积增大
一、冲刷系数法（用桥下过水面积计算） 桥下过水面积的组成：
两种情况：
①桥墩纵轴线与水流方向平行时： 有效跨径LS = Ljcosα ②桥墩纵轴线与水流方向斜交时： 有效跨径LS = Ljcosα- lsinα
二、用桥孔净长度经验公式计算
1．对于有明显河槽的各类河段
Lj
K
Qs Qc
n Bc
二、用桥孔净长度经验公式计算
2．对于无明显河槽的变迁性、游荡性河段 河槽宽度Bc（或两岸间的宽度）是选定桥孔长度的重要参考因素，但是