第十二章 大中桥位勘测设计水力学与桥涵水文（第二版） 教学课件

1、叶镇国 彭文波 编箸水力学与桥涵水文水力学与桥涵水文1第十二章 大中桥位勘测设计p12-1 概论p12-2 桥位河段水流状况和桥孔布置原则p12-3 桥孔长度计算p12-4 桥面高程计算p12-5 调治构造物（课外阅读）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文212-1 概论o桥涵分类规定n 公路工程技术标准（JTJ B01-2003）条文 桥涵分类标准 表12-1叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文312-1 概论o 桥涵布置一般原则n桥梁应根据公路功能、等级、通行能力及抗洪防灾要求，结合水文、地质、通航、环境等条件进行综合设计。 n特大、大桥桥位应选择河道顺直稳定、河床地质良好，河槽能通过大部

2、分设计流量的河段。桥位不宜选择在河汊、沙洲、古河道、急弯、汇合口、港口作业区及易形成流冰、流木阻塞的河段以及断层、岩溶、滑坡、泥石流等不良地质的河段。 n当桥址处有二个及二个以上的稳定河槽，或滩地流量占设计流量比例较大，且水流不易引入同一座桥时，可在各河槽、滩地、河汊上分别设桥，不宜用长大导流堤强行集中水流。平坦、草原、漫流地区，可按分片泄洪布置桥涵。天然河道不宜改移或裁弯取直。 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文412-1 概论n桥梁纵轴线宜与洪水主流流向正交。对通航河流上的桥梁，其墩台沿水流方向的轴线应与最高通航水位时的主流方向一致。当斜交不能避免时，交角不宜大于5，当交角大于5时，宜增

3、加通航孔净宽。 n为保证桥位附近水流顺畅，河槽、河岸不发生严重变形，必要时可在桥梁上、下游修建调治构造物。调治构造物的形式及其布置应根据河流性质、地形、地质、河滩水流情况以及通航要求、桥头引道、水利设施等因素综合考虑确定。n避免危及农田，考虑桥址附近道路、渠道等其它建筑物的需要。 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文512-2 桥位河段水流状况和桥孔布置原则o 桥位河段水流状况n 绝大多数的桥位是处于缓流河段，有纵向和侧向收缩。n 从桥位上游相当远处的断面起，水面就开始壅高，并呈a1型壅水曲线。（图 12-3）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文612-2 桥位河段水流状况和桥孔布置原则n无导

4、流堤时最大壅水断面在桥前约1个桥长处，有导流堤时则在上游堤端附近。n水流接近桥孔时，急剧收缩而呈“漏斗”状，无导流堤时收缩断面（“颈口”）位于桥后附近某断面，有导流堤时则位于桥位中线断面。n桥台上下游两侧主流与河岸间形成回水区。n壅水范围内，水流流速减小，挟沙能力降低，泥沙沉积；最大壅水断面的下游，水流流速增大，挟沙能力加强，河床发生冲刷，收缩断面处的河床冲刷最严重；收缩断面下游，水流又逐渐扩散，逐渐恢复天然状态，泥沙淤积。n急流河段，桥下水深和桥前水深均为正常水深，但在桥墩迎水面出现一定高度的冲击波。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文712-2 桥位河段水流状况和桥孔布置原则o 桥孔布置原

5、则n 保证设计洪水和它所挟带的泥沙顺利宣泄，满足通航、流冰和漂浮物安全通过的要求。n 桥孔布设应与天然河流断面流量分配相适应。桥孔不宜压缩河槽，可适当压缩河滩。n 山区河流峡谷河段宜单孔跨越，在开阔河段可适当压缩河滩。河滩路堤宜与洪水主流流向正交，否则应增设调治工程。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文812-2 桥位河段水流状况和桥孔布置原则n 应尽可能照顾当地的发展规划，与农田水利设施相配合。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。n 对跨径在50m以下的桥孔，尽可能采用标准跨径。n 主流深泓线上或主航道上不

6、宜布设桥墩;在断层、陷穴、溶洞、滑坡等不良地质地段也不宜布设墩台。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文912-3 桥孔长度计算o 有关概念n 桥孔长度L（桥长）设计水位上两桥台前缘之间的水面宽度。n 桥孔净长Lj桥长扣除全部桥墩宽度后的长度。o 确定原则n 首先满足排水输沙，保证设计洪水及其夹带的泥沙顺利宣泄。n 综合考虑长度、壅水和冲刷的相互影响。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文1012-3 桥孔长度计算o 冲刷系数法n 冲刷系数P冲刷后与冲刷前的过水面积之比。n 别列柳伯斯基假定o 桥下过水面积扩大到使桥下流速等于天然河槽流速时，桥下冲刷即停止。o 建议用天然河槽平均流速作为河槽冲刷停

7、止时的平均流速。o 计算桥孔长度时，常采用天然河槽平均流速作为设计流速。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文1112-3 桥孔长度计算n 最小毛过水面积的计算（图 12-4）Ad：冲刷前桥墩所占的桥下过水面积Ax：冲刷前漩涡所占的桥下过水面积Ay：冲刷前桥下有效过水面积Aj：冲刷前桥下净过水面积；Aj=Ay+Ax压缩系数：1 0.375ysjjAvAl Aq：冲刷前桥下毛过水面积。Aq=Aj+Ad桥墩阻水折减系数dqAbAl（ 12-5）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文1212-3 桥孔长度计算n 按流量定义（见公式3-10）（12-6）syPvPAQ (1)yjqAAA(1)PqsQAP

8、v各类河段的容许冲刷系数 表12-3河段类别冲刷系数山区峡谷段1.2山前变迁段按地区经验确定其它各类河段1.4叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文1312-3 桥孔长度计算n桥长的确定（图12-5）绘制过水面积累积曲线，从中选择略大于Aq而水面宽度最小的桥台布置方案。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文1412-3 桥孔长度计算o 按规范C30经验公式计算桥长n峡谷河段o 可按河床地形布孔，不宜压缩河槽，可不作桥孔最小净长度计算。n开阔、顺直微弯、分汊、弯曲河段及滩、槽可分的不稳定河段（12-9）jqccnPQLKBQ叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文1512-3 桥孔长度计算n宽滩河段n滩

9、、槽难分的不稳定河段PjcQLq0.101.19ctQQ（12-10）（12-11）（12-12）jP0LC B0.2400.316.07QBd0.33PP2%QCQ叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文1612-4 桥面高程计算o 桥面标高n 定义：桥面中心线上最低点的高程。o 影响因素n 满足泄流、通航、流冰和其它漂浮物通过的要求。n 壅水、波浪和水拱高度。n 河湾水位超高及河床淤积。n 跨越河口、海湾时还应考虑潮汐、海浪等因素。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文1712-4 桥面高程计算o 计算式（见图12-7）n 非通航河流按设计水位计算o 按设计水位计算o 按设计最高流冰水位计算mi

10、nPjDHHhhh （12-13） minPBjDHHhh（12-14） 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文1812-4 桥面高程计算（图 12-7 ）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文1912-4 桥面高程计算n 通航河流o 通航河流的桥面设计高程除除满足不通航河流的要求外，同时还应满足minttPMDHHHh（12-15） 非通航河流和通航河流的不通航桥孔桥下净空安全值 表12-4叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文2012-4 桥面高程计算o 各种水面超高值计算n 桥前最大壅水高度220Mzvv （12-16） 表12-8桥下断面设计平均流速 表12-7水流阻力系数 叶镇国 彭文波

11、编著水力学与桥涵水文2112-4 桥面高程计算n 桥下壅水高度o 根据洪水涨落情势和土质易冲程度取值，一般情况取桥前最大壅水高度的1/2。n 壅水曲线o 曲线的精确绘制按水力学中的分段求和法进行。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文2212-4 桥面高程计算o 桥位设计时，按二次抛物线近似计算。222mmzyxLzLi212xxiLzzz（12-20） （图 12-9）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文2312-4 桥面高程计算o 波浪高度（见图12-8）n水面受风的作用而呈现起伏波动，并沿风向传播，形成波浪。n波面凸起的最高点称为波峰，波面凹下的最低点称为波谷。n相邻的波峰与波谷之间的垂直

12、跟离称为波浪高度，相邻两个波峰(或两个波谷)之间的水平距离称为波浪长度，波浪传播的距离称为浪程。n大小与风速、风向、浪程、水深及桥位处的自然环境等直接相关。n在水库、湖泊以及河岸较宽阔的水域或洪水持续时间很久的河流上均需要考虑波浪对桥高的影响。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文2412-4 桥面高程计算（图 12-8）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文2512-4 桥面高程计算n 波浪高度计算式n 桥位处波浪高度以桥位静水面以上波浪高度的2/3计算。0.450.7220.7220.00182.3 0.130.70.130.7DLgK Dvghththvghthvhgv（12-17） 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文2612-4 桥面高程计算o 路堤（或导流堤）边坡处的波浪高度o 斜向波浪爬高v1%12sin3eebhK K K h