第五章_大中桥桥孔设计

1、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，河流受到建桥以后，河流受到桥头引道的压缩桥头引道的压缩和和墩台墩台阻水阻水的影响，改变了的影响，改变了水流和泥沙运动水流和泥沙运动的天然的天然状态，引起状态，引起河床的冲淤变形河床的冲淤变形，导致水流对桥，导致水流对桥梁墩台基础的梁墩台基础的冲刷冲刷，危及桥梁的安全。因此，危及桥梁的安全。因此，孔径的计算和布置，应以建桥前后桥位河段孔径的计算和布置，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。5.1 5.1 桥

2、涵水文勘测设计的基本知识桥涵水文勘测设计的基本知识1、桥涵水文勘测的依据为、桥涵水文勘测的依据为铁路工程水文勘铁路工程水文勘测设计规范测设计规范或或公路工程水文勘测设计规范公路工程水文勘测设计规范等等2、桥涵水文勘测的主要任务、桥涵水文勘测的主要任务 编制预可研报告前，应对控制线路的桥编制预可研报告前，应对控制线路的桥渡进行纸上研究或利用航摄像片进行水渡进行纸上研究或利用航摄像片进行水文判释，并去现场重点调查和核对。对文判释，并去现场重点调查和核对。对线路可能通过地区的水文、大型水利设线路可能通过地区的水文、大型水利设施、地形和地质特征等进行了解。施、地形和地质特征等进行了解。 初测期间应为可

3、行性研究提供必要的资初测期间应为可行性研究提供必要的资料。为不同的工程需要提供相应的资料。料。为不同的工程需要提供相应的资料。若水位因素特别复杂时，除汛期内必须若水位因素特别复杂时，除汛期内必须进行实地水文观测外，必要时还应进行进行实地水文观测外，必要时还应进行水工模型试验水工模型试验 定测期间应根据可行性研究报告批复意定测期间应根据可行性研究报告批复意见，对初测资料进行核对和补充。如初见，对初测资料进行核对和补充。如初测后发生较大洪水应进行补测。测后发生较大洪水应进行补测。桥桥涵涵勘勘测测内内容容资料资料收集收集地形资料地形资料水文资料水文资料降水资料降水资料流冰、流木资料流冰、流木资料通航

4、资料通航资料地质资料地质资料其他资料其他资料桥梁测绘工作桥梁测绘工作：桥渡总平面图、桥址平面图、纵断面图等桥渡总平面图、桥址平面图、纵断面图等水文调水文调查工作查工作洪水调查洪水调查河道调查河道调查冰凌调查冰凌调查汇水区流域特征调查汇水区流域特征调查其他其他水文测水文测绘工作绘工作水文断面测绘水文断面测绘水文平面关系的测绘水文平面关系的测绘水面坡度图的测绘水面坡度图的测绘其他工作其他工作桥涵水文设计桥涵水文设计的主要内容的主要内容桥位的选择桥位的选择设计洪水的计算设计洪水的计算桥梁孔径的设计桥梁孔径的设计桥前壅水的计算桥前壅水的计算桥梁标高的确定桥梁标高的确定桥梁墩台冲刷的计算桥梁墩台冲刷的计

5、算调治构造物的设计调治构造物的设计5.2 5.2 设计水位设计水位1、设计水位是指桥位设计断面上相应于设计、设计水位是指桥位设计断面上相应于设计流量的水位。由于设计流量的通过频率曲线推流量的水位。由于设计流量的通过频率曲线推求的，因此与其相应的水位也不可能直接测量，求的，因此与其相应的水位也不可能直接测量，而是通过延长而是通过延长Q-H曲线求得曲线求得2、水位与流量的关系、水位与流量的关系 较稳定的水位与流量的关系较稳定的水位与流量的关系 不稳定的水位与流量关系曲线不稳定的水位与流量关系曲线设设计计水水位位的的推推求求当有实测的断面水文资料时：当有实测的断面水文资料时：可通过直接可通过直接延长

6、延长Q-H曲线来求得设计流量对应的设计水位曲线来求得设计流量对应的设计水位如果桥位断面没有实测资料，而桥位断如果桥位断面没有实测资料，而桥位断面附近有实测资料，若两断面的流域面面附近有实测资料，若两断面的流域面积不超过积不超过5：可通过水文断面处的资料来推求可通过水文断面处的资料来推求桥位断面处的资料桥位断面处的资料当水面比将均一，河道顺直，河床断面当水面比将均一，河道顺直，河床断面较规整的稳定均匀流河段，河底纵坡均较规整的稳定均匀流河段，河底纵坡均一时：一时：可利用水力学公式求得设计水位可利用水力学公式求得设计水位当桥址附近河床断面规则，并有多年历当桥址附近河床断面规则，并有多年历史洪水资料

7、时：史洪水资料时：可利用水文统计法推求设计水位可利用水文统计法推求设计水位5.3 5.3 桥位河段河道演变和桥孔布置原则桥位河段河道演变和桥孔布置原则1、桥位河段的纵向变形、桥位河段的纵向变形 由于绝大多数的桥位是处于缓流河段，因此由于绝大多数的桥位是处于缓流河段，因此这里仅研究缓流河段的水流图式。如图这里仅研究缓流河段的水流图式。如图5-7。 桥位河段的水流图式，反映了建桥后水流和桥位河段的水流图式，反映了建桥后水流和泥沙运动的变化，并表现了桥孔长度、桥前壅泥沙运动的变化，并表现了桥孔长度、桥前壅水和桥下冲刷三者之间的关系，应作为桥孔计水和桥下冲刷三者之间的关系，应作为桥孔计算时的分析依据。

8、算时的分析依据。桥桥位位河河段段的的平平面面变变形形蜿蜒河段：蜿蜒河段：当桥孔大于河主槽宽时，河曲仍能自当桥孔大于河主槽宽时，河曲仍能自然演变；当桥孔压缩河滩时，河流的水流相对集中，然演变；当桥孔压缩河滩时，河流的水流相对集中，在地质条件允许冲刷时，桥下主槽有可能有可能扩宽，在地质条件允许冲刷时，桥下主槽有可能有可能扩宽，使一部分河滩变为河槽。进而河流的过水断面也将发使一部分河滩变为河槽。进而河流的过水断面也将发生变化生变化顺直微弯河段：顺直微弯河段：在水流与河床的相互作用下，边在水流与河床的相互作用下，边滩下移发展，深槽将交替出现在桥渡断面的左右两岸滩下移发展，深槽将交替出现在桥渡断面的左右

9、两岸游荡型河段：游荡型河段：分两种情况：一是设置长大导流堤，分两种情况：一是设置长大导流堤，约束水流集中进入桥孔，加大单宽流量和流速，汊流约束水流集中进入桥孔，加大单宽流量和流速，汊流消失成为单一河道；二是桥孔不设导流堤约束水流，消失成为单一河道；二是桥孔不设导流堤约束水流，河段极不稳定，桥渡断面任何地方均可能变为深槽、河段极不稳定，桥渡断面任何地方均可能变为深槽、心滩或边滩心滩或边滩5.3桥桥孔孔布布设设桥梁孔径布置的一般原则桥梁孔径布置的一般原则不同类型不同类型河段上，河段上，桥梁孔径桥梁孔径布设的具布设的具体要求体要求桥孔布设应与天然河流断面流量分配相适应桥孔布设应与天然河流断面流量分配

10、相适应在内河通航的河段上，通航孔布设应符合相在内河通航的河段上，通航孔布设应符合相应要求，并应充分考虑河床演变和不同水位应要求，并应充分考虑河床演变和不同水位所引起的通航变化所引起的通航变化主流深泓线上或主航道上不宜布设桥墩；在主流深泓线上或主航道上不宜布设桥墩；在断层、陷穴地段也不宜布设墩台断层、陷穴地段也不宜布设墩台在有水流、流木河段上，桥孔应适当放大在有水流、流木河段上，桥孔应适当放大山区河流桥孔布设原则山区河流桥孔布设原则平原河流桥孔布设原则平原河流桥孔布设原则山前区河流桥孔布设原则山前区河流桥孔布设原则5.4 5.4 桥梁孔径计算桥梁孔径计算桥梁孔径桥梁孔径 桥孔长度桥孔长度：设计水

11、位处两桥台前缘之间（埋入：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。桥梁孔径桥梁孔径：桥孔长度扣除全部桥墩宽度（顺桥方：桥孔长度扣除全部桥墩宽度（顺桥方向）后，称为桥孔净长，也称桥梁孔径向）后，称为桥孔净长，也称桥梁孔径一、铁路桥梁孔径计算一、铁路桥梁孔径计算 1、设计流速、设计流速 在桥渡设计中，总是希望在不引起强烈河床在桥渡设计中，总是希望在不引起强烈河床变形的前提下，桥下过水断面能够发挥其最大过变形的前提下，桥下过水断面能够发挥其最大过水能力。当建桥后，由于桥孔压缩河道，桥下流水能力。当建桥后，由于桥孔压缩河道，桥下

12、流速增大，引起河流冲刷，进而流速降低。一般当速增大，引起河流冲刷，进而流速降低。一般当流速降低到天然流速时，河流就停止冲刷。所以流速降低到天然流速时，河流就停止冲刷。所以一般都采用一般都采用天然河槽平均流速作为河槽冲刷停止天然河槽平均流速作为河槽冲刷停止时的平均流速。时的平均流速。2、孔径计算、孔径计算（1）冲刷系数计算）冲刷系数计算 P=桥下需要的过水断面面积桥下需要的过水断面面积/桥下供给的过水断面面积桥下供给的过水断面面积 当桥梁允许冲刷时，其冲刷系数也不应超过当桥梁允许冲刷时，其冲刷系数也不应超过表表5-2所给数值。不允许冲刷时，应采取铺砌防所给数值。不允许冲刷时，应采取铺砌防冲的方法

13、，而对于大中桥则不宜采用该方法。冲的方法，而对于大中桥则不宜采用该方法。（2）孔径计算）孔径计算 是用过水断面积来表示的。是用过水断面积来表示的。cosppgPvQw 水流通过墩台侧面时，由于墩台侧面对水流的摩水流通过墩台侧面时，由于墩台侧面对水流的摩擦力而形成的涡流同样占据水流通过面积，其对擦力而形成的涡流同样占据水流通过面积，其对桥下过水面积的折减用桥下过水面积的折减用表示，有效过水面积：表示，有效过水面积：桥下毛过水面积桥墩阻水面积二、公路桥梁孔径计算二、公路桥梁孔径计算 1、过水断面法、过水断面法 建桥后，桥墩所占面积阻挡了水流的通过，建桥后，桥墩所占面积阻挡了水流的通过，进而引起桥下

14、过水面积的折减，用折减系数表示进而引起桥下过水面积的折减，用折减系数表示净过水面积有效桥下净过水面积等于桥下毛过水面积减去墩台阻桥下净过水面积等于桥下毛过水面积减去墩台阻水面积：水面积：桥下通过设计流量桥下通过设计流量Qp时，需要的过水净面积为时，需要的过水净面积为毛毛净ppPvQ净所以，桥下通过设计流量所以，桥下通过设计流量Qp时，需要的毛过水时，需要的毛过水面积为：面积为：ppPv1Q毛 针对不同的河段，其具体计算方法有：针对不同的河段，其具体计算方法有：（1）峡谷河段：不宜压缩河槽，可不做计算）峡谷河段：不宜压缩河槽，可不做计算（2）开阔、微弯顺直、分汊、弯曲河段及滩、）开阔、微弯顺直、

15、分汊、弯曲河段及滩、槽可分的不稳定河段槽可分的不稳定河段（3）宽滩河段）宽滩河段（4）滩槽难分的不稳定河段）滩槽难分的不稳定河段2、经验公式法、经验公式法 公路规范中的桥孔长度是指在一定的水力、公路规范中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泥沙及河床条件下，通过设计洪水流量时桥下过水断面必须具有的桥孔最小净长度。水断面必须具有的桥孔最小净长度。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、均匀的沙质河过水断面法：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、

16、宽浅变迁性河床等不稳定性河床床等不稳定性河床5.5 5.5 桥梁高程设计桥梁高程设计引起引起桥下桥下水位水位升高升高的因的因素素壅水壅水：建桥后，天然水流受到桥孔压缩，桥前形建桥后，天然水流受到桥孔压缩，桥前形成壅水。天然水面以上壅起的高度，称为壅水高度成壅水。天然水面以上壅起的高度，称为壅水高度波浪波浪：水面受风的作用而呈现起伏波动，并沿风向：水面受风的作用而呈现起伏波动，并沿风向传播，形成波浪。桥位处河流洪水的波浪高度一般传播，形成波浪。桥位处河流洪水的波浪高度一般通过调查确定。计算桥面高程时，从桥位静水面算通过调查确定。计算桥面高程时，从桥位静水面算起，计入波浪高度的起，计入波浪高度的2/3。河湾超高河湾超高：河湾处水位超高值计算公式，计算桥面：河湾处水位超高值计算公式，计算桥面高程时，可计入河湾水位超高值的高程时，可计入河湾水位超高值的1/2急流河槽中桥墩的水流冲击高度急流河槽中桥墩的水流冲击高度：在确定急流河槽：在确定急流河槽桥面高程时，不计壅水高度，而计入水流冲击高度桥面高程时，不计壅水高度，而计入水流冲击高度其他因素其他因素：