第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设

1、教教 师：张彦玲师：张彦玲土木分院土木分院 桥梁系桥梁系第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 冲刷计算的目的冲刷计算的目的 确定桥下最大冲刷深度，并确定桥梁墩台基础最确定桥下最大冲刷深度，并确定桥梁墩台基础最小埋置深度，为既安全又经济的墩台基础设计提供重小埋置深度，为既安全又经济的墩台基础设计提供重要的依据。要的依据。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 冲刷过程的组成冲刷过程的组成自然演变冲刷自然演变冲刷 冲刷计算时，假定这三种冲刷独立地相冲刷计算时，假定这三种冲刷独立地相继地进行，采用分别计算，最后叠加的方法继地进行，采用分别计算

2、，最后叠加的方法进行计算。进行计算。一般冲刷一般冲刷局部冲刷局部冲刷第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 第一节第一节 一般冲刷一般冲刷一、一、概述概述二、二、冲止流速公式冲止流速公式三、三、输沙平衡公式输沙平衡公式第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 一、概述一、概述 由于建桥后压由于建桥后压缩水流而在桥下河缩水流而在桥下河床全断面内发生的床全断面内发生的普通冲刷，称为普通冲刷，称为一一般冲刷般冲刷。一般冲刷深度：一般冲刷深度： 是指桥下河床在一般冲刷完成后从设计水

3、是指桥下河床在一般冲刷完成后从设计水位算起的最大垂线水深。位算起的最大垂线水深。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 中国土木工程学会中国土木工程学会“桥梁冲刷计算学术会议桥梁冲刷计算学术会议”推推荐荐桥下一般冲刷计算公式桥下一般冲刷计算公式64-1计算式和计算式和64-2计算式计算式： 64-1计算式是根据我国各类河段计算式是根据我国各类河段52座桥梁座桥梁118站年站年实测洪水冲刷资料，参照国外同类公式，依据实测洪水冲刷资料，参照国外同类公式，依据冲止流冲止流速速的概念建立的一般冲刷计算公式。的概念建立的一般冲刷计算公式。 64-2计算式是根据我国桥梁实测洪水

4、冲刷观计算式是根据我国桥梁实测洪水冲刷观测资料，参照国外同类公式，依据桥下河槽测资料，参照国外同类公式，依据桥下河槽输输沙平衡沙平衡原理建立。原理建立。 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 二、冲止流速公式二、冲止流速公式（64-1式式）冲止流速冲止流速 桥下一般冲刷停止时桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速称为冲止流的垂线平均流速称为冲止流速，以速，以vz（m/s）表示。）表示。 在一般冲刷过程中，桥下断面内任意垂线的平均流在一般冲刷过程中，桥下断面内任意垂线的平均流速降低到该垂线的冲止流速时，冲刷即停止，此时达到速降低到该垂线的冲止流速时，冲刷即停止，此时达到最

5、大一般冲刷垂线水深最大一般冲刷垂线水深hp。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 一般冲刷停止时，最大水深一般冲刷停止时，最大水深hp与桥下最大单宽流量与桥下最大单宽流量qmax之间的关系为：之间的关系为：一般冲刷后最大水深：一般冲刷后最大水深：桥下断面平均单宽流量：桥下断面平均单宽流量：桥下断面最大单宽流量：桥下断面最大单宽流量：zpvqhmax BQqp 5533maxpmmQhhqAqABhh 根据水力学连续性原理，单宽流量根据水力学连续性原理，单宽流量q=hv，h是垂是垂线水深，线水深，v是垂线平均流速。是垂线平均流速。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的

6、布设冲刷计算及导治建筑物的布设 5533maxpmmQhhqAqABhhB 桥孔净长；桥孔净长；mh 桥下河槽部分最大水深；桥下河槽部分最大水深；h 桥下河槽部分平均水深；桥下河槽部分平均水深；A 单宽流量集中系数；单宽流量集中系数； 墩台侧面因漩涡形成滞留区而减少过墩台侧面因漩涡形成滞留区而减少过水面积的折减系数；水面积的折减系数；第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 桥下断面河床桥下断面河床一般冲刷计算一般冲刷计算非黏性土河床非黏性土河床黏性土河床黏性土河床河槽河槽河滩河滩河槽河槽河滩河滩 一般认为泥沙颗粒小于一般认为泥沙颗粒小于0.05mm的泥的泥沙属于黏性

7、土。沙属于黏性土。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 1.1.非黏性土河床桥下一般冲刷的计算非黏性土河床桥下一般冲刷的计算 （1 1）河槽部分）河槽部分冲止流速：冲止流速：3261pzhEdv zpvqhmax BQqp 5533maxpmmQhhqAqABhh355316()cmcccpcQhABhhEd第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 355316()cmcccpcQhABhhEd 桥下河槽部分一般冲刷后的最大水深；桥下河槽部分一般冲刷后的最大水深；phcB 桥下河槽部分桥孔过水净宽；桥下河槽部分桥孔过水净宽；mch 桥下河

8、槽部分最大水深；桥下河槽部分最大水深；ch 桥下河槽部分平均水深；桥下河槽部分平均水深；A 单宽流量集中系数；单宽流量集中系数；E 与汛期含沙量有关的系数；与汛期含沙量有关的系数；cd 河槽土平均粒径；河槽土平均粒径； 墩台侧面因漩涡形成滞留区而减少过水面墩台侧面因漩涡形成滞留区而减少过水面积的折减系数；积的折减系数；第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 桥下河槽部分通过的设计流量，当河槽能扩宽至全桥下河槽部分通过的设计流量，当河槽能扩宽至全桥时取用桥时取用Qp；不能时按下式计算：；不能时按下式计算：cQ1Q 计算断面天然河槽流量；计算断面天然河槽流量；tQ 天然

9、状态河滩部分通过流量；天然状态河滩部分通过流量；11cptQQQQQtttQQQ左左右右第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 无实测资料时无实测资料时Qc按下式计算：按下式计算： ,ccwC 河槽部分过水断面积、谢才流速系数；河槽部分过水断面积、谢才流速系数；,tttw Ch 河滩部分过水断面积、谢才流速系数、河滩部分过水断面积、谢才流速系数、平均水深。平均水深。ccccpctccttw ChQQw Chw Ch第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 （2）河滩及人工渠道部分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

10、冲桥下河滩冲刷后，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：冲刷流速。桥下河滩部分的一般冲刷深度为：55631()tmttttpHQhABhhvtB 桥下河滩部分桥孔过水净宽；桥下河滩部分桥孔过水净宽；1Hv 水深水深1m1m时非黏性土的不冲刷流速；时非黏性土的不冲刷流速；第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 桥下河滩部分通过的设计流量；桥下河滩部分通过的设计流量；tQ1Q 计算断面天然河槽流量；计算断面天然河槽流量；tQ 天然状态河滩部分通过

11、流量；天然状态河滩部分通过流量；1ttptQQQQQtttQQQ左左右右第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 无实测资料时无实测资料时Qt按下式计算：按下式计算： ,ccwC 河槽部分过水断面积、谢才流速系数；河槽部分过水断面积、谢才流速系数；,tttw Ch 河滩部分过水断面积、谢才流速系数、河滩部分过水断面积、谢才流速系数、平均水深。平均水深。ttttpctccttw ChQQw Chw Ch第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 2. 黏性土河床桥下一般冲刷黏性土河床桥下一般冲刷 黏性土的物理状态可以用液性指数黏性土的物理状态可以

12、用液性指数I IL L来表示。来表示。（1）河槽部分河槽部分冲止流速：冲止流速：53133. 0pLzhIv 5533maxpmmQhhqAqABhh又又所以所以558310 33().cmcccplQhABhhI3261pzhEdv 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 （2）河滩部分河滩部分 冲止流速：冲止流速：61133. 0pLzhIv 5533maxpmmQhhqAqABhh又又所以所以657310 33().tmtttplQhABhhI第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 三、输沙平衡公式三、输沙平衡公式（64-2式）式）

13、对非黏性土河床，上游来沙量对非黏性土河床，上游来沙量G1小于桥下输沙量小于桥下输沙量G2时，时，桥下断面出现冲刷；桥下断面出现冲刷；水深和桥下过水断面逐渐增大，桥下流速减小，水流挟水深和桥下过水断面逐渐增大，桥下流速减小，水流挟沙能力降低，冲刷减缓；沙能力降低，冲刷减缓； 当当G1=G2时冲刷趋于停止，达到最大冲刷深度。时冲刷趋于停止，达到最大冲刷深度。 桥下河槽的一般冲刷主要是通过推移质的运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。平衡条件，导出一般冲刷计算公式。第六章第六章 冲刷

14、计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 推移质输沙率推移质输沙率gs与水流垂线平均流速与水流垂线平均流速v的关系：的关系：44111111 11111cscccQGB gBvBB h 4sgv 若桥位上游天然河槽断面的流量为若桥位上游天然河槽断面的流量为Q1，河槽宽度为，河槽宽度为B1c，河槽平均水深为，河槽平均水深为h1，则上游天然断面来沙量为：，则上游天然断面来沙量为：推移质输沙率：推移质输沙率： 单位时间单位时间内，在内，在河槽河槽单位宽度单位宽度过水断面上通过的推过水断面上通过的推移质数量，称为推移质输沙率移质数量，称为推移质输沙率(kg/s.m)。第六章第六章 冲刷计算及导

15、治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 42222224222(1)(1)(1)(1)scpGB gBvQBB h 若桥下河槽断面的流量为若桥下河槽断面的流量为Qc，河槽宽度为，河槽宽度为B2，有效输，有效输沙宽度为沙宽度为(1-)B2，一般冲刷后的水深为，一般冲刷后的水深为hp，则桥下输沙量，则桥下输沙量为：为：由由G1=G2，整理后得：，整理后得： 3/41/41211121ccpQBhhQB 44111111 11111cscccQGB gBvBB h 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 考虑推移质输沙率沿河槽宽度的不均匀分布及河床特考虑推移质输沙率沿河

16、槽宽度的不均匀分布及河床特征，引入综合系数征，引入综合系数K 和单宽流量集中系数和单宽流量集中系数A，得一般冲刷，得一般冲刷深度计算公式深度计算公式(式式64-2)为：为： 11341max121mmccpQBhKAhQB 桥下河槽最大水深；桥下河槽最大水深；maxh1m 与相对糙率有关的指数。与相对糙率有关的指数。 3/41/41211121ccpQBhhQB 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 对于非粘性土河槽一般冲刷的计算，对于非粘性土河槽一般冲刷的计算，公路工程公路工程水文勘测设计规范水文勘测设计规范(JTG C302002)对原对原64-1、64-2式

17、进行了简化和修正，形成了式进行了简化和修正，形成了64-2的简化式和的简化式和64-1修修正式。正式。64-2简化式简化式 0.660.901max121.041ccpQBhAhQB 64-1修正式修正式 355316()cmcccpcQhABhhEd第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 第二节第二节 局部冲刷局部冲刷一、一、局部冲刷的机理局部冲刷的机理二、二、局部冲刷的计算局部冲刷的计算 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 一、局部冲刷的机理一、局部冲刷的机理 流向桥墩的水流受到墩身的阻挡，水流向桥墩的水流受到墩身的阻挡，水流绕流

18、，桥墩周围的水流发生急剧变化，流绕流，桥墩周围的水流发生急剧变化，形成复杂的旋涡流体。形成复杂的旋涡流体。 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 一部分水流因为冲击墩的前端形成沿一部分水流因为冲击墩的前端形成沿桥墩向上流动的水流，使墩前出现涌高，桥墩向上流动的水流，使墩前出现涌高，或叫爬高。或叫爬高。 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 一部分水流沿桥墩迎水面向下的水流一部分水流沿桥墩迎水面向下的水流直到河底，并在河底形成一个水平轴与行直到河底，并在河底形成一个水平轴与行进水流反向的旋涡，这底部的旋涡是局部进水流反向的旋涡，这底部的

19、旋涡是局部冲刷的主要动力。冲刷的主要动力。 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 另一部分水流绕墩而过，这部分水流另一部分水流绕墩而过，这部分水流在墩两侧的河床面附近形成马蹄形旋涡。在墩两侧的河床面附近形成马蹄形旋涡。另外，在墩后还有一对竖轴漩涡。另外，在墩后还有一对竖轴漩涡。 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 水流遇到桥墩形成的这种复杂水流结构，剧烈淘水流遇到桥墩形成的这种复杂水流结构，剧烈淘刷桥墩迎水端和周围的泥沙，形成局部冲刷坑，随着刷桥墩迎水端和周围的泥沙，形成局部冲刷坑，随着冲刷坑的不断加深，坑底流速逐渐降低，水流挟沙能

20、冲刷坑的不断加深，坑底流速逐渐降低，水流挟沙能力逐渐减弱，当上游进入冲刷坑的泥沙与水流冲走的力逐渐减弱，当上游进入冲刷坑的泥沙与水流冲走的泥沙相等时，冲刷深度不再增加，冲刷停止。泥沙相等时，冲刷深度不再增加，冲刷停止。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 局部冲刷坑的组成：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；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土壤水中的安息角，其范围随

21、着下部冲刷坑的下降而加大；，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。在墩后一对竖轴漩涡，使得墩后的泥沙发生淤积。 卡门涡街卡门涡街第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 卡门涡街卡门涡街 冯冯卡门（卡门（Theodore von Krmn 1881-1963）是美藉匈）是美藉匈牙利力学家，近代力学的奠基人之一，是我国著名科学家钱牙利力学家，近代力学的奠基人之一，是我国著名科学家钱学森、钱伟长、郭永怀在美国加州理工学院时的导师。学森、钱伟长、郭永怀在美国加州理工学院时的导师。 卡门涡街是流体力学中重要的现象。在自然界中常可遇卡门

22、涡街是流体力学中重要的现象。在自然界中常可遇到，在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会到，在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街。如水流过桥墩，风吹过高塔、非线性作用后，形成卡门涡街。如水流过桥墩，风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街。出现涡街时，流体对物体烟囱、电线等都会形成卡门涡街。出现涡街时，流体对物体会产生一个周期性的交变横向作用力。如果力的频率与物体会产生一个周期性的交变横向作用力。如果力的频率与物体的固有频率相接近，就会引起共振，

23、甚至使物体损坏。的固有频率相接近，就会引起共振，甚至使物体损坏。 涵洞出口急流水跌面滚缓流底滚滞流区(C)回流区(B)主流区(A)第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设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年，美国华盛顿州的塔科玛峡谷上花费640万美万美元，建造了一座主跨度元，建造了一座主跨度853.4米的悬索桥。建成米的悬索桥。建成4个月后，于个月后，于同年同年11月月7日碰到了一场风速为日碰到了一场风速为19米米/秒的风。虽风不算大，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（接近但桥却发生了剧烈的扭曲振动，且振幅越来越大（接近9米），

24、直到桥面倾斜到米），直到桥面倾斜到45度左右，使吊杆逐根拉断导致桥度左右，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：从故收集历史资料时，惊异地发现：从1818年到年到19世纪末，世纪末，由风引起的桥梁振动己至少毁坏了由风引起的桥梁振动己至少毁坏了11座悬索桥。座悬索桥。 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 第二次世界大战结束后，人们对塔科玛桥的风毁事故第二次世界大战结束后，人们对塔科玛桥的风毁事故的原因进行了研究。一部份航空工程师认为塔科玛桥的振的原因进行

25、了研究。一部份航空工程师认为塔科玛桥的振动类似于机翼的颤振；而以冯动类似于机翼的颤振；而以冯卡门为代表的流体力学家认卡门为代表的流体力学家认为，塔科玛桥的主梁有着钝头的为，塔科玛桥的主梁有着钝头的H型断面，和流线型的机翼型断面，和流线型的机翼不同，存在着明显的涡旋脱落，应该用涡激共振机理来解不同，存在着明显的涡旋脱落，应该用涡激共振机理来解释。冯释。冯卡门卡门1954年在年在空气动力学的发展空气动力学的发展一书中写道：一书中写道：塔科玛海峽大桥的毁坏，是由周期性旋涡的共振引起的。塔科玛海峽大桥的毁坏，是由周期性旋涡的共振引起的。设计的人想建造一个较便宜的结构，采用了设计的人想建造一个较便宜的结

26、构，采用了平板平板来代替桁来代替桁架作为边墙。不幸，这些平板引起了涡旋的发放，使桥身架作为边墙。不幸，这些平板引起了涡旋的发放，使桥身开始扭转振动。这一大桥的破坏现象，是振动与涡旋发放开始扭转振动。这一大桥的破坏现象，是振动与涡旋发放发生共振而引起的。发生共振而引起的。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 20世纪世纪60年代，经过计算和实验，证明了冯年代，经过计算和实验，证明了冯卡门的分卡门的分析是正确的。塔科玛桥的风毁事故，是一定流速的流体流析是正确的。塔科玛桥的风毁事故，是一定流速的流体流经边墙时，产生了卡门涡街；卡门涡街后涡的交替发放，经边墙时，产生了卡门

27、涡街；卡门涡街后涡的交替发放，会在物体上产生垂直于流动方向的交变侧向力，迫使桥梁会在物体上产生垂直于流动方向的交变侧向力，迫使桥梁产生振动，当发放频率与桥梁结构的固有频率相耦合时，产生振动，当发放频率与桥梁结构的固有频率相耦合时，就会发生共振，造成破坏。就会发生共振，造成破坏。 塔科玛桥重建塔科玛桥重建第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 二、局部冲刷的计算二、局部冲刷的计算 局部冲刷深局部冲刷深度度hb通常是以通常是以一般冲刷一般冲刷hp完完成后的高程算成后的高程算起，所表示的起，所表示的是桥墩垂线上是桥墩垂线上的冲刷深度。的冲刷深度。 冲刷坑深度和大小的影响因

28、素除墩前行近流速外冲刷坑深度和大小的影响因素除墩前行近流速外，还包括桥墩宽度、墩形、水深、床沙粒径等。，还包括桥墩宽度、墩形、水深、床沙粒径等。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 局部冲刷的计算公式：局部冲刷的计算公式： 铁路工程水文勘测设计规范铁路工程水文勘测设计规范中要求局部冲刷按中要求局部冲刷按照照65-1修正式计算，修正式计算，公路工程水文勘测设计规范公路工程水文勘测设计规范(JTG C302002) 中局部冲刷既可按中局部冲刷既可按65-1修正式计算修正式计算也可按也可按65-2式计算。式计算。桥下断面河床桥下断面河床局部冲刷计算局部冲刷计算非黏性土河

29、床非黏性土河床黏性土河床黏性土河床第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 1. 非非黏性土河床黏性土河床(1) 65-1修正式修正式0vv 0vv 桥墩局部冲刷桥墩局部冲刷深度深度(m)，从一般冲刷，从一般冲刷后床面算起。后床面算起。bh河床泥沙起动流速。河床泥沙起动流速。0v墩前泥沙的起冲流速。墩前泥沙的起冲流速。0v 桥墩计算宽度桥墩计算宽度(m) 。1B 0.6110bhK K Bvv 10.60110000nbvvhK K Bvvvv 一般冲刷后的墩前行近流速一般冲刷后的墩前行近流速。v第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 0.

30、60.1510bphK K Bhvv 墩形系数。墩形系数。K 河床颗粒影响系数。河床颗粒影响系数。K 指数，与流速与泥沙粒径有关。指数，与流速与泥沙粒径有关。1n一般冲刷后的墩前行近流速，即桥墩上游不远处，一般冲刷后的墩前行近流速，即桥墩上游不远处，未受绕流影响的墩前天然流速未受绕流影响的墩前天然流速 。由于假定局部冲刷。由于假定局部冲刷是在一般冲刷完成后进行的，故取一般冲刷终止后是在一般冲刷完成后进行的，故取一般冲刷终止后的墩前流速作为墩前行近流速，相应的墩前行近水的墩前流速作为墩前行近流速，相应的墩前行近水深为一般冲刷后的最大深为一般冲刷后的最大水深水深hp。v第六章第六章 冲刷计算及导治

31、建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 (2) 65-2式式0vv 0vv 0.60.150210bpvvhK KBhv 20.60.150210nbpVVhK KBhV 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 2. 黏性土河床黏性土河床12.5phB 0.61.2510.83bLhK BIV 12.5phB 0.60.11.010.55bpLhK BhIV 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 第三节第三节 最低冲刷线及基础埋深最低冲刷线及基础埋深一、一、最低冲刷线最低冲刷线二、二、公路桥梁基底最小埋深的确定公路桥梁基底最小埋深的确定

32、三、三、铁路桥梁基底最小埋深的确定铁路桥梁基底最小埋深的确定四、四、冲刷引起的事故冲刷引起的事故第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 一、最低冲刷线一、最低冲刷线 在桥梁设计时，桥墩或桥台处，全部冲刷完成后的在桥梁设计时，桥墩或桥台处，全部冲刷完成后的河床面位置，称为河床面位置，称为最低冲刷线最低冲刷线。桥墩的最低冲刷线高程桥墩的最低冲刷线高程Hmin(m)为为:bpphhHH minHmin：桥墩的最低冲刷线高程桥墩的最低冲刷线高程(m)；Hp：设计水位设计水位(m)；hp ：一般冲刷后最大水深一般冲刷后最大水深(m)；hb ：桥墩冲刷深度桥墩冲刷深度(m)。第

33、六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 二、公路桥梁基底最小埋深的确定二、公路桥梁基底最小埋深的确定 取河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷的不利组取河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷的不利组合。合。 公路工程水文勘测设计规范公路工程水文勘测设计规范非岩石河床墩台基底非岩石河床墩台基底埋深安全值：埋深安全值： 非岩石河床基底低埋深安全值非岩石河床基底低埋深安全值桥梁类别桥梁类别总冲刷深度（总冲刷深度（m）05101520一般桥梁一般桥梁1.52.02.53.03.5特殊大桥特殊大桥2.02.53.03.54.0第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建

34、筑物的布设 三、铁路桥梁基底最小埋深的确定三、铁路桥梁基底最小埋深的确定铁路工程水文勘测设计规范铁路工程水文勘测设计规范规定：规定：1. 对于非岩石河床而无冲刷处或河床设有铺砌防冲处，对于非岩石河床而无冲刷处或河床设有铺砌防冲处，基底埋在地面以下不应小于基底埋在地面以下不应小于2.0m，困难情况下不应，困难情况下不应小于小于1.0m；2. 在有冲刷处，基底埋在墩台局部冲刷线下不应小在有冲刷处，基底埋在墩台局部冲刷线下不应小于下列安全值于下列安全值：（1）对于一般桥梁，安全值为）对于一般桥梁，安全值为2.0m加冲刷总深度加冲刷总深度的的10%；第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导

35、治建筑物的布设 另外对于岩石河床上墩台基底埋入岩面的另外对于岩石河床上墩台基底埋入岩面的深度，应考虑岩石的可能冲刷，根据岩石的坚深度，应考虑岩石的可能冲刷，根据岩石的坚硬度，胶结物类别，风化程度，节理、裂隙、硬度，胶结物类别，风化程度，节理、裂隙、层理发育情况等分析确定。层理发育情况等分析确定。（2）对于技术复杂、修复困难或重要的特大桥、大桥，）对于技术复杂、修复困难或重要的特大桥、大桥， 安全值为安全值为3.0m加冲刷总深度的加冲刷总深度的10%，如表，如表6-6所示。所示。冲刷总深度冲刷总深度05101520安安全全值值一般桥梁一般桥梁2.02.53.03.54.0技术复杂、修复困难或技术

36、复杂、修复困难或重要的特大桥、大桥重要的特大桥、大桥设计流量设计流量3.03.54.04.55.0检算流量检算流量1.51.82.02.32.5第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 四、冲刷引起的事故四、冲刷引起的事故l 2009年年6月月29日日2时时40分许，黑龙江省铁力市西大桥发生桥体垮塌分许，黑龙江省铁力市西大桥发生桥体垮塌事故，共有事故，共有8台车辆和车上台车辆和车上21人落水，造成人落水，造成4人死亡、人死亡、4人受伤。人受伤。 l 依据专家意见，调查组围绕设计、施工、外力作用、自然环境影响依据专家意见，调查组围绕设计、施工、外力作用、自然环境影响等关

37、键因素，对桥梁垮塌的原因进行了综合分析、认定。经结构验等关键因素，对桥梁垮塌的原因进行了综合分析、认定。经结构验算和主要受力结构的现场取样试验，结果均满足设计规范要求。算和主要受力结构的现场取样试验，结果均满足设计规范要求。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 事故原因：事故原因：l 铁力市西大桥桥位于呼兰河上游，河流季节性变化明显，细砂铁力市西大桥桥位于呼兰河上游，河流季节性变化明显，细砂质河床，冲淤变化大，河床不稳定。该桥梁塌垮之前主河道位质河床，冲淤变化大，河床不稳定。该桥梁塌垮之前主河道位于于3 3号孔、号孔、4 4号孔，而号孔，而5 5号孔河床较高，没有

38、过水。由于主河道改号孔河床较高，没有过水。由于主河道改变，形成了水流方向与变，形成了水流方向与3 3号墩横桥轴线斜交的水流，造成了号墩横桥轴线斜交的水流，造成了3 3号号墩基础冲刷严重。墩基础冲刷严重。l 进入进入6月份以来，该地区持续降雨，桥位上游河段水流测点流速月份以来，该地区持续降雨，桥位上游河段水流测点流速最高达最高达2.29m/s，致使，致使3号墩基底冲刷骤然加剧，基底局部脱空，号墩基底冲刷骤然加剧，基底局部脱空，承载力不足，基础发生了不均匀沉降和位移，连带第承载力不足，基础发生了不均匀沉降和位移，连带第1号、号、2号号墩发生不同程度位移，各孔上部结构承载能力不足。墩发生不同程度位移

39、，各孔上部结构承载能力不足。l 当第一台车由庆安方向行驶至当第一台车由庆安方向行驶至1号孔桥面时，在车辆荷载作用下号孔桥面时，在车辆荷载作用下，3号墩基础进一步下沉、位移，其他各墩基础位移加大，导致号墩基础进一步下沉、位移，其他各墩基础位移加大，导致结构破坏。结构破坏。1号孔上部结构首先塌落，号孔上部结构首先塌落，2号、号、3号、号、4号墩在不平号墩在不平衡推力的作用下位移加大，上部结构相继垮塌。衡推力的作用下位移加大，上部结构相继垮塌。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 压塌桥体的超载挂车压塌桥体的超载挂车 2009年年8月月7日日14时，伊春市时，伊春市召开

40、新闻发布会公布召开新闻发布会公布“629”铁力铁力大桥垮塌事故调查结果。事故调大桥垮塌事故调查结果。事故调查组认定导致桥梁跨塌的直接原查组认定导致桥梁跨塌的直接原因是因是3号墩基底局部被水冲刷脱空，号墩基底局部被水冲刷脱空，承载力不足，基础沉降和位移所承载力不足，基础沉降和位移所致。车辆对桥的作用力仅是诱因。致。车辆对桥的作用力仅是诱因。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 桥墩冲刷严重（潜在威胁）桥墩冲刷严重（潜在威胁）第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 桥墩冲毁，梁体落水桥墩冲毁，梁体落水第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设

41、冲刷计算及导治建筑物的布设 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 埋深不够或者设计不当导致基础下沉埋深不够或者设计不当导致基础下沉第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 埋深不够导致桥墩倾斜、落梁埋深不够导致桥墩倾斜、落梁第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 2010.8.19宝成线石亭江大桥冲毁火车落水宝成线石亭江大桥冲毁火车落水第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲

42、刷计算及导治建筑物的布设 导治结构设计不当导致桥头路基损毁导治结构设计不当导致桥头路基损毁第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 第四节第四节 导治建筑物导治建筑物 导治建筑物是桥梁工程的重要组成部分，用以调节水导治建筑物是桥梁工程的重要组成部分，用以调节水流，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。游附近的河床、河岸发生不利变形，确保桥梁安全。 一、一、导治建筑物的类型导治建筑物的类型二、二、导治建筑物的布设原则导治建筑物的布设原则三、三、各种导致建筑物简介各种导

43、致建筑物简介第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 一、导治建筑物的类型一、导治建筑物的类型按照建筑材料和使用年限按照建筑材料和使用年限轻型（或临时性）轻型（或临时性）重型（或永久性）重型（或永久性）按照与水位的关系按照与水位的关系淹没式淹没式非淹没式非淹没式对于各级水位或设对于各级水位或设计水位都不被淹没。计水位都不被淹没。按照建筑物干扰水流的情况按照建筑物干扰水流的情况护坡护脚工程护坡护脚工程透水建筑物透水建筑物非透水建筑物非透水建筑物环流导治建筑物环流导治建筑物按照建筑物的外形和作用按照建筑物的外形和作用导流堤导流堤锥体护坡锥体护坡丁坝、顺坝、格坝丁坝、顺坝、

44、格坝各种护岸护堤各种护岸护堤第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 护坡护脚工程护坡护脚工程是指用抗冲材料直接铺在岸坡和坡脚所做成的连续是指用抗冲材料直接铺在岸坡和坡脚所做成的连续覆盖式的护岸工程。除抗御水流冲刷外，对水流基本上不起干扰作覆盖式的护岸工程。除抗御水流冲刷外，对水流基本上不起干扰作用。用。 透水建筑物透水建筑物系指用竹、木、树梢、铁丝等建筑材料建成的，除容系指用竹、木、树梢、铁丝等建筑材料建成的，除容许水流绕流和漫流外，还容许水穿流于建筑物内部。除可对水流起许水流绕流和漫流外，还容许水穿流于建筑物内部。除可对水流起一定程度的挑流、导流或堵塞等干扰外，还

45、起缓流落淤等作用。一定程度的挑流、导流或堵塞等干扰外，还起缓流落淤等作用。 非透水建筑物非透水建筑物系指用土、石、混凝土、金属等材料修建的，只容系指用土、石、混凝土、金属等材料修建的，只容许水流绕行和漫溢，不容许水流穿流于内部的建筑物。它能挑流、许水流绕行和漫溢，不容许水流穿流于内部的建筑物。它能挑流、导流或堵塞水流等，对水流有较大的干扰作用，也能导致严重的局导流或堵塞水流等，对水流有较大的干扰作用，也能导致严重的局部冲刷，多用于永久性工程。部冲刷，多用于永久性工程。 环流导治建筑物环流导治建筑物又称为导流装置，系为一种激起人工环流的建筑又称为导流装置，系为一种激起人工环流的建筑物，可用来控制

46、泥沙运动，从而控制河床的冲淤。多用于灌溉渠引物，可用来控制泥沙运动，从而控制河床的冲淤。多用于灌溉渠引水口的整治、护岸、改善航道等。水口的整治、护岸、改善航道等。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 二、导治建筑物的布设原则二、导治建筑物的布设原则导治建筑物的布设要顺应水势，因势利导，因地制宜。导治建筑物的布设要顺应水势，因势利导，因地制宜。 导治建筑物的布设，应结合河段特性，水文、地形和地导治建筑物的布设，应结合河段特性，水文、地形和地质等自然条件，桥头路堤位置，通航要求，水利设施等质等自然条件

47、，桥头路堤位置，通航要求，水利设施等因素综合考虑，兼顾两岸、上下游、洪水枯水位，确定因素综合考虑，兼顾两岸、上下游、洪水枯水位，确定总体布设方案。总体布设方案。水文及河床变形复杂的河段，桥孔和导治建筑物的布设水文及河床变形复杂的河段，桥孔和导治建筑物的布设应做水工模型试验，进行分析验证。应做水工模型试验，进行分析验证。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 三、各种导治建筑物简介三、各种导治建筑物简介导流堤导流堤丁坝丁坝丁坝群丁坝群勾头坝勾头坝顺坝顺坝格坝格坝锁坝锁坝第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 (一一)、导流堤、导流堤设置导流

48、堤的目的：设置导流堤的目的： 河滩流量较大时，桥上游应修建导流堤，引导上游河滩流量较大时，桥上游应修建导流堤，引导上游水流和河滩水流逐渐改变方向，形成平行水流，平顺水流和河滩水流逐渐改变方向，形成平行水流，平顺地通过桥孔，使桥下断面的流速、水深及输沙等分布地通过桥孔，使桥下断面的流速、水深及输沙等分布都较为均匀，避免桥下和桥头出现过大的集中冲刷。都较为均匀，避免桥下和桥头出现过大的集中冲刷。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 设置导流堤的依据：设置导流堤的依据： 是否设置导流堤，应根据河滩流量占总流量的比是否设置导流堤，应根据河滩流量占总流量的比例来确定。被桥头

49、路堤阻断的河滩流量占总流量的例来确定。被桥头路堤阻断的河滩流量占总流量的15%（单侧河滩）或（单侧河滩）或25%（双侧河滩）以上时，应设（双侧河滩）以上时，应设置导流堤；但当河滩部分流量较小、流速又小于置导流堤；但当河滩部分流量较小、流速又小于1m/s或地形有利汇水时，也可不设导流堤。当桥位上游有或地形有利汇水时，也可不设导流堤。当桥位上游有支汊汇入、水流紊乱时，应视地形、流向及地质条件支汊汇入、水流紊乱时，应视地形、流向及地质条件设置导流堤。设置导流堤。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 导流堤的类型：导流堤的类型：非封闭式导流堤非封闭式导流堤：导流堤比较短，

50、而且上：导流堤比较短，而且上游堤端在泛滥界之内。游堤端在泛滥界之内。封闭式导流堤封闭式导流堤：导流堤较长并且将上游堤端：导流堤较长并且将上游堤端伸出泛滥界之外时。伸出泛滥界之外时。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 非封闭式导流堤非封闭式导流堤 （1 1）平面形状）平面形状 由上游坝和下游坝组成，上游坝的端部称为坝端，由上游坝和下游坝组成，上游坝的端部称为坝端，导流堤与桥梁连接处，称为坝根。导流堤与桥梁连接处，称为坝根。 堤的平面形状有曲线形和直线形两种。堤的平面形状有曲线形和直线形两种。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 l 马

51、刺形导流堤马刺形导流堤 在河滩水流不很大时马刺形导流堤可用于桥轴线上在河滩水流不很大时马刺形导流堤可用于桥轴线上游，使上游水流较顺利地通过桥孔。游，使上游水流较顺利地通过桥孔。 (a)(b)(c) (a) 导流堤曲线半径越靠根部越大，在桥孔处已近于直导流堤曲线半径越靠根部越大，在桥孔处已近于直线，水流匀顺，利于通航；线，水流匀顺，利于通航； (b) 导流提曲线半径不变，长度导流提曲线半径不变，长度较较(a)小，较小，较省，水流基省，水流基本匀顺，但桥轴下游稍有游涡，不利于通航；本匀顺，但桥轴下游稍有游涡，不利于通航； (c) 导流提导流提曲线半径越到桥孔越小，水流较多的冲向河曲线半径越到桥孔越

52、小，水流较多的冲向河心和对岸，堤头有冲刷，下游有淤积。心和对岸，堤头有冲刷，下游有淤积。第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 l 梨形导流堤梨形导流堤 当桥头引线顺着水流当桥头引线顺着水流而斜交时，河滩水流沿河而斜交时，河滩水流沿河滩路堤而流动，此时，若滩路堤而流动，此时，若采用马刺形导流堤，堤根采用马刺形导流堤，堤根部要受到水流的冲击。可部要受到水流的冲击。可采用梨形导流堤，它的后采用梨形导流堤，它的后支将水流导离路堤进入桥支将水流导离路堤进入桥孔，避免水流冲击导流堤孔，避免水流冲击导流堤根部。根部。 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 由于梨形堤导引河滩水流的作用比较小，所以经常结由于梨形堤导引河滩水流的作用比较小，所以经常结合丁坝使用。合丁坝使用。 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 l 桃形导流堤桃形导流堤 第六章第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设冲刷计算及导治建筑物的布设 （2 2）导流堤的横断面和堤顶高程）导流堤的横断面和堤顶高程 导流堤的横断面尺寸按表导流堤的横断面尺寸按表6-8采用。当堤的高度采用。当堤的高度大于大于12m或坡脚长期浸水时，应专门设计。或坡脚长期浸水时，应专门设计。 堤顶高程：轴线处堤顶高程应考虑设计水位、堤顶高程：