桥涵水文第三章课件

第三章大中桥孔径计算及墩台冲刷计算第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则第二节桥孔长度计算第三节桥面高程第四节桥下河床冲刷计算第三章大中桥孔径计算及墩台冲刷计算

本章主要任务在于计算大中桥桥孔长度、桥面标高、墩台基础的埋置深度。小桥涵孔径，一般按水力学方法确定，而确定大中桥孔径，要比确定小桥涵孔径复杂得多，需要进行专门研究。

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。本章主要任务在于计算大中桥桥孔长度、桥面标高、墩台桥涵水文第三章课件第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则

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。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则建桥以后，河流第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则一、建桥前后桥位河段水流运动的变化1.建桥前由于桥位一般选在顺直河段，可以看成是均匀流(各个断面的比降、流速均相等)，任意一个断面的输沙存在一个动态平衡状态。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则一、建桥前后桥位河段第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则2.建桥后建桥后桥位河段的水流和泥沙运动状态是桥孔水力计算的依据，但桥位河段的水流和泥沙运动十分复杂，且建桥时无法知道建桥以后的变化情况，目前只能在某些假定和实验的基础上提出简化的水流图式。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则2.建桥后1233412334第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则(1)桥位上游-雍水区在①-②之间形成了一个雍水区，水面逐渐升高△z，水面呈a1型曲线，随着水深的增加，水面坡度i和流速v逐渐减小，水流挟沙能力减弱，不能继续全部输移上游到来的泥沙，因而在①-②之间泥沙逐渐沉积下来。

雍水区第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则(1)桥位上游-雍水12334(2)桥位上端—溢流区

②-③之间，过水断面逐渐减小(水面逐渐被压缩呈漏斗状)，水面坡度i及流速也相应增大，挟沙能力也逐渐增大，水中的来沙逐渐小于去沙，从而产生冲刷。

溢流区12334(2)桥位上端—溢流区溢流区第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则(3)桥位下端—压缩区③-③’之间，水深继续降低，由于有桥墩的阻水，水流速度继续增大，继续造成冲刷。

无导流堤时③’断面最窄，有导流堤时③断面最窄。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则(3)桥位下端—压缩第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则(4)桥位下游—扩散区水流逐渐扩散至天然河宽，流速逐渐变小直至恢复天然河道流速，水流的携沙能力由大变小，在河床上从冲刷变小到出现淤积，又从淤积逐渐减小到恢复天然河道河流状态。扩散区第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则(4)桥位下游—扩散第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则小结：水流图式反映了建桥以后桥孔长度、桥前雍水、桥下冲刷三者之间的关系。

桥孔长度↑，压缩↓，雍水高度↓，冲刷↓。设计时应综合考虑它们的影响。桥孔长度↑,雍水高度↓,桥面标高↓,但桥梁造价↑

；桥孔长度↓

，雍水高度↑

，威胁桥位上游两岸的安全；桥面标高↑

，引道工程量↑

，且基础工程的埋深↑

。考虑河流的型性，不同河段桥孔布设作不同的考虑。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则小结：第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则在冲积河流上建桥，常常对河流的自然过水断面中，那些水面很宽，过水面积很大，但通过的流量却很小的部分，用路堤代替桥孔。在宽浅变迁和宽浅游荡河段上，洪水的摆动常将河槽扩宽到远大于排洪与输沙实际需要的宽度，建桥时用引道路堤代替桥孔。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。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。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。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则在冲积河流上建桥，常山区河流的桥孔布设峡谷河段宜单孔跨越。开阔河段可适当压缩河滩。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则贵州北盘江大桥湖南淘金大桥二、各类河段桥孔布设原则山区河流的桥孔布设第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则贵长江开阔河段万县长江大桥

三峡库区蓄水至175米后，拱座及部分拱圈、桥墩淹没，拱桥下的宽度240m，实际航道80m，最高点距离水面30米。部分拱圈和桥墩容易受到失控或违规航行的船舶撞击，威胁大桥和过往船舶的安全。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三峡库区蓄水至175平原河流的桥孔布设顺直微弯河段，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。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。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。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。游荡河段，不宜过多压缩河床，应结合当地治理规划，辅以调治工程，在深泓线可能摆动的范围内设置桥孔。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则平原河流的桥孔布设第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则顺直微弯河段上桥渡河段演变趋势第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则顺直微弯河段上桥渡河段演变趋势第一节桥位河段水流图式和桥分汊河段润扬长江大桥第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则分汊河段润扬长江大桥第一节桥位河段水流图式和桥孔游荡型河段开封黄河公路大桥第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥长4475.09m，孔跨布置21×20m+77×50m+10×20m所处河段主河槽宽度一般为0.5～0.6km，河槽最大摆动幅度为1500m。游荡型河段开封黄河公路大桥第一节桥位河段水流图式山前区河流的桥孔布设山前变迁河段，允许压缩河滩，但需辅以调治建筑物。河滩路堤不宜设置小桥和涵洞。当采用一河多桥方案时，应堵截临近主河槽的支江。冲积漫流河段，桥孔宜在河流上游狭窄或收缩段跨越。若在河床宽阔、水流有明显分支处跨越，可采用一河多桥方案，并应在各桥间采用相应的分流和防护措施。桥下净空应考虑河床淤积影响。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则新疆天山南麓冲积扇阿拉尔塔里木河大桥山前区河流的桥孔布设第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则三、桥孔布置的原则桥孔设计应在保证桥梁安全运营的情况下，顺畅宣泄包括设计洪水在内的各级洪水的水流和泥沙，避免河床产生不利变形，保证墩台具有足够的稳定性，并做到经济合理。桥孔设计应满足通航、流冰、流木及其他漂流物顺畅通过桥下的要求。桥孔设计不宜过分压缩河道、改变水流的天然状态。建桥后引起的流势变化、河床变形和桥前雍水高度，应在两岸农田、村镇和堤防安全的允许范围之内。桥孔设计应考虑桥址上下游已建成或拟建的水利工程、航道、码头和管线等引起的河床演变对桥孔的影响。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则三、桥孔布置的原则第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥孔布设应于天然河流断面流量分配相适应。在通航和筏运的河段上，应充分考虑河床演变所引起的航道变化，将通航孔布设在稳定的航道上，必要时可预留通航孔。在主流深泓线上不宜布设桥墩，在断层、溶洞等不良地段也不宜布设墩台。桥孔设计时，对跨径在60m以下的桥孔，应尽量采用标准跨径。考虑施工条件和经济效益及生态环境效益，作全面的技术经济比较，选择合理的桥孔设计方案。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥孔布设应于天然河流桥涵分类公路桥涵多孔跨径总长L/m单孔跨径l/m特大桥L≥1000l≥150大桥100≤L≤100040≤l≤150中桥30＜L＜10020＜l＜40小桥8≤L≤305≤l＜20涵洞-l＜5第二节桥孔长度计算桥涵分类有两个标准：单孔跨径和多孔跨径总长。桥涵公路桥涵多孔跨径总长L/m单孔跨径l/m特大桥L≥100

在桥梁工程中，中小跨度的桥梁占的比例非常大。这部分桥梁如果采用标准设计，其工程设计和施工质量将大大提高，其经济效益也是非常可观的，因而我国《公路工程技术标准》中规定，标准设计或新建桥涵跨径在50m以下时，均应采用标准跨径。桥涵标准化跨径有:0.75m,1.0m,1.25m,1.5m,2.0m,2.5m,3.0m,4.0m,5.0m,6.0m,8.0m,10m,13m,16m,20m,25m,30m,35m,40m,45m,50m。

第二节桥孔长度计算在桥梁工程中，中小跨度的桥梁占的比例非常大。这部分桥梁第二节桥孔长度计算第二节桥孔长度计算第二节桥孔长度计算桥孔长度：

设计水位两桥台前缘之间(埋入式桥台则为两桥台护坡坡面之间)的水面宽度。桥孔净长：

桥孔长度扣除全部桥墩宽度（顺桥向）后称为桥孔净长。第二节桥孔长度计算桥孔长度：桥孔净长：第二节桥孔长度计算

桥孔长度的确定，首先应满足排洪和输沙的要求，保证设计洪水及其所携带的泥沙从桥下顺利通过，并应综合考虑桥孔长度、桥前雍水和桥下冲刷的相互影响。一、冲刷系数法二、经验公式法第二节桥孔长度计算桥孔长度的确定，首先应满足排洪和输第二节桥孔长度计算一、冲刷系数法原理：利用桥位断面的设计流量和设计水位，根据水力学的连续性原理，求出桥下顺利渲泄设计洪水时所需要的最小过水面积，用以控制桥孔的最小长度。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桥下河槽开始冲刷桥下过水面积增大桥下流速减小趋于稳定天然河槽平均流速vS别列柳伯斯基假设第二节桥孔长度计算一、冲刷系数法建桥后过水断面面积及流速第二节桥孔长度计算别列柳伯斯基假定：

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。为了推算冲刷后的桥下过水面积，引入冲刷系数P:建桥后，桥下冲刷结束第二节桥孔长度计算别列柳伯斯基假定：第二节桥孔长度计算所以，实际所需的过水面积：挤束系数：压缩系数：第二节桥孔长度计算所以，实际所需的过水面积：挤束系数：压第二节桥孔长度计算得到最小桥长得到最小净长第二节桥孔长度计算得到最小桥长得到最小净长

冲刷系数p表示桥下河槽的冲刷程度，也表示桥孔对水流的压缩程度，是桥孔长度计算的控制因素。第二节桥孔长度计算各类河段冲刷系数建议值冲刷系数p表示桥下河槽的冲刷程度，也表示桥孔对水流的压缩设计流速单孔跨径≤101316202530354045<11.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00.960.970.980.990.990.990.990.990.991.50.960.960.970.970.980.980.980.990.992.00.930.940.950.970.970.980.980.980.982.50.900.930.940.960.960.970.970.980.983.00.890.910.930.950.960.960.970.970.983.50.870.900.920.940.950.960.960.970.97≥4.00.850.880.910.930.940.950.960.960.97桥墩水流侧向压缩系数值设计单孔跨径≤101316202530354045<11.0第二节桥孔长度计算计算法在实测桥位断面图上布设桥孔方案；计算设计水位下所取桥孔方案的毛过水面积；取(略大于)且水面宽度最小的布设方案为最后采用方案。由此所得的最小水面宽度即为所求L。综合地质、地形航运及基础类型等要求，按标准跨径划分桥孔长度，布设桥孔孔数。第二节桥孔长度计算计算法在实测桥位断面图上布设桥孔方案；第二节桥孔长度计算图解法利用实测桥位断面图，绘制设计水位下沿水面宽度的过水断面面积累积曲线；按计算值在过水断面面积累积曲线坡度较陡处确定水面宽最小的桥孔位置，相应的最小水面宽度即桥孔长度；LL第二节桥孔长度计算图解法利用实测桥位断面图，绘制设计水位第二节桥孔长度计算二、用桥孔净长经验公式计算

自20世纪50年代起，我国公路桥梁都是应用冲刷系数法确定桥孔长度。使用近20年后总结经验发现，这种方法对于颗粒细、均匀砂质河床，平原稳定性河床基本能反映实际情况。但对我国广大地区的大颗粒、宽浅变迁性河床等不稳定性河床，却与实际情况相差较大。

《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2015)中对各类河段的桥孔长度的计算公式：1.峡谷河段可按河床地形布孔，不宜压缩河槽，可不作桥孔最小净长度计算。第二节桥孔长度计算二、用桥孔净长经验公式计算第二节桥孔长度计算2.开阔、顺直微弯、分汊、弯曲河段及滩槽可分的不稳定河段河段类型开阔、微弯0.840.90分汊、弯曲0.950.87滩、槽可分0.691.59第二节桥孔长度计算2.开阔、顺直微弯、分汊、弯曲河段及滩第二节桥孔长度计算3.宽滩河段4.滩槽难分的不稳定河段第二节桥孔长度计算3.宽滩河段4.滩槽难分的不稳定河段第二节桥孔长度计算注意:1.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。2.实际桥孔长度为算出的最小桥孔净长度再加所有桥墩的宽度；3.算出的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。第二节桥孔长度计算注意:桥涵水文第三章课件【例】某三级公路跨越平原区次稳定河段，拟建一座桥梁。根据外业收集资料及计算知，桥位处天然河槽平均流速为3.10m，设计流量为3500m3/s。桥位断面如图所示。初步拟定上部构造采用标准跨径为20m(桥墩中心间距)的预应力钢筋混凝土简支梁，墩宽为1.0m，试用冲刷系数法确定桥长及桥跨布置。第二节桥孔长度计算【例】某三级公路跨越平原区次稳定河段，拟建一座桥梁。根据外业解：1.平原区次稳定河段冲刷系数P=1.2；2.压缩系数：3.折减系数：4.所需桥下毛过水面积5.参照地形图，采用8×20m桥跨，将两岸桥台置于K0+570和K0+730，计算得桥下实有毛过水面积为1152.3m3/s第二节桥孔长度计算解：1.平原区次稳定河段冲刷系数P=1.2；第二节桥孔长桥台桥台桥台桥台【例】南方某公路桥位地处弯曲河段，根据桥位处水文资料推算得到设计水位Hp=135.00m，天然河槽流量Qc=1958m3/s，设计流量Qp=3468m3/s;河滩部分表层土质为粗砂，河槽部分表层土质为砾石，水文断面如图所示。桥梁上部结构拟采用标准跨径为13m的钢筋混凝土简支梁，净跨径L0=11.8m，梁高1.0m(包括桥面铺装层)，下部结构为单排双柱式桥墩，桥墩的直径为1.2m，桥台采用U形桥台，台长6.0m。试计算最小桥孔长度，并进行桥孔布设。第二节桥孔长度计算【例】南方某公路桥位地处弯曲河段，根据桥位处水文资料推算得到河槽▽129.50▽135.0河槽▽129.50▽135.00#1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#0#1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#第三节桥面高程第三节桥面高程第三节桥面高程

桥面高程是指桥面中心线上最低点的高程。桥面高程设计必须满足桥下通过设计洪水、流冰、流木和通航的要求，还要配合整个路线的纵断面设计。一、引致桥下水位升高的因素引致桥下水位升高的因素主要有：桥下雍水、波浪升高、水拱、河湾超高等。1.雍水建桥后，天然水流受到桥孔压缩，桥前形成雍水。最大雍水高度的位置：有导流堤时，约在导流堤的上游堤端附近；无导流堤时，约在桥位中线上游一个桥孔长度附近。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第三节桥面高程(1)桥前最大雍水高度(1)桥前最大雍水高度(2)桥下雍水高度序号洪水和河床土质条件

取值1一般情况2洪水暴涨暴落，土质坚实、不易冲刷3洪水涨落缓慢、土壤松软易冲刷不计第三节桥面高程(1)桥前最大雍水高度(1)桥前最大雍水高第三节桥面高程

急流河槽（Fr>1）修建桥梁后，桥梁上游河槽不出现雍水曲线，即不存在桥前雍水高度和桥下雍水高度。但出现桥墩迎水面水流溅起的冲击高度:第三节桥面高程急流河槽（Fr>1）修建桥梁后，桥梁第三节桥面高程2.波浪(1)桥位处的波浪高度桥位处河流洪水的波浪高度一般通过调查确定。调查困难时，可按下式计算：

计算桥面高程时，以桥位处静水面以上，波浪高度的三分之二计入。

第三节桥面高程2.波浪第三节桥面高程(2)路堤（或导流堤等）边坡处的波浪爬高波浪冲向路堤(或导流堤等)边坡而爬升的高度，称为波浪爬高或波浪侵袭高度。确定河滩路堤和导流堤等顶面高程时，应计入这一高度。(3)斜向的波浪爬高第三节桥面高程(2)路堤（或导流堤等）边坡处的波浪爬高第三节桥面高程3.水拱高

河流涨水时同一断面的主槽流速比两侧河滩的流速大，主槽水位比河滩水位上涨快，形成河心水位高，两边河滩水位低的水拱现象；在洪水由峡谷山口流出时，也会出现水拱现象。河中水面高出两边的高为水拱高。第三节桥面高程3.水拱高第三节桥面高程4.河湾水位超高河湾处形成水面横比降，引起凹岸水位超高：

计算桥面高程时，可计入河湾水位超高值的1/2。第三节桥面高程4.河湾水位超高第三节桥面高程二、桥面最低标高的确定

桥面中心及河床内引道路面最低标高的确定受设计洪水水位、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。

若此标高设置过大，将使工程投入显著增大；但是标高设置过小，将会造成桥位上游正常通航或局部的洪涝灾害，甚至危及桥梁的安全及桥位上游局部地区的人民生命财产安全。第三节桥面高程二、桥面最低标高的确定第三节桥面高程1.不通航河段桥面中心最低标高：第三节桥面高程1.不通航河段桥梁部位高出计算水位(m)高出最高流冰面(m)梁底洪水期无大漂流物0.50.75洪水期有大漂流物1.5—有泥石流1.0—支承垫石顶面0.250.5拱脚0.250.25非通航河流桥下净空安全值注：①计算水位即设计水位加雍水、浪高等。②无胶拱的拱脚允许被设计洪水淹没，淹没高度一般不超过拱圈矢高的三分之二，拱脚至计算水位的净高不小于1m；

③在不通航和无流筏的水库区域内，梁底面或拱顶底面离开水面的高度不应小于计算浪高的0.75倍加上0.25m。桥梁部位高出计算水位(m)高出最高流冰面(m)梁底洪水期无大第三节桥面高程类型净跨(m)主槽桥孔边滩桥孔流冰微弱中等强烈162040101330流木中等流木长度加1m强烈流木长度加2m流冰、流木河段上桥梁最小净跨第三节桥面高程类型净跨(m)主槽桥孔边滩桥孔流冰微弱16第三节桥面高程2.通航河段通航河桥的桥面高程除应满足不通航河流的要求外，同时还应满足下式的要求：第三节桥面高程2.通航河段

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下表中规定的各级洪水重现期水位。第三节桥面高程航道等级Ⅰ~ⅢⅣ~ⅤⅥ~Ⅷ洪水重现期20105天然河流设计最高通航水位标准第三节桥面高程航道等级Ⅰ~ⅢⅣ~ⅤⅥ~Ⅷ洪水重第三节桥面高程第三节桥面高程第三节桥面高程【例】某桥桥下为通航河流，河道通航等级为Ⅲ级，经计算，河道设计水位为863.00m，河道设计最高通航水位为860.50m；桥梁为T型梁，结构高度为1.2m；桥面铺装厚度0.12m，人行道高度0.20m,护栏高度1.2m;桥前最大雍水高度1.26m，浪高0.82m，水拱高度0.65m。试求桥面最低标高。按通航河流算解：按不通航河流算第三节桥面高程【例】某桥桥下为通航河流，河道通航等级为Ⅲ桥涵水文第三章课件桥涵水文第三章课件桥涵水文第三章课件桥涵水文第三章课件桥涵水文第三章课件桥涵水文第三章课件第三节桥面高程【例】已知：(1)桥址河床断面及地质资料如图；(2)平原次稳定河流，设计流量，设计水位

,河槽天然流速,河滩天然平均流速

,水流与桥位正交，汛期含沙量(3)通航等级为五级航道，最小净跨35m,最小净高8m，通航水位105.00m;(4)采用净跨36m(梁全长36.6m)的预应力钢筋混凝土梁，圆端形桥墩，宽3.10m，长9.10m，梁建筑高度3.00m，梁缝0.10m，基础为沉井，尺寸为4.6m×10.6m。要求:(1)确定桥孔长度；(2)确定桥面中心最低高程。第三节桥面高程【例】已知：第三节桥面高程第三节桥面高程第四节桥下河床冲刷计算第四节桥下河床冲刷计算第四节桥下河床冲刷计算

为了使设计洪水在桥下安全通过，不但要有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且桥梁墩台基础还必须有足够的埋置深度。桥下冲刷直接影响着桥墩台的基础埋置深度，要保证桥梁安全，就必须将墩台基础放置在可靠的地基上。进行冲刷计算的目的是要找最大冲刷深度，决定不被冲走的地基面的标高。一、桥下冲刷的组成1.天然冲刷河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下，自然发育过程造成的冲刷现象。例如：河床逐年下切、淤积，边滩下移，河湾发展变形以及截弯取直，河槽摆动。第四节桥下河床冲刷计算为了使设计洪水在桥下安全通过第四节桥下河床冲刷计算

无论修桥与否，天然冲刷都存在。修桥后，可能对天然冲刷有影响。关于天然冲刷深度的计算，目前尚无成熟的计算方法，一般多调查或利用桥位上、下游水文站历年实测断面资料统计分析。对于河床下切的变形，可通过调查或利用各年河床断面，河段地形图等资料，分析逐年下切的程度，估算桥梁使用期内自然下切的深度。对于河槽横向变动已引起的自然演变冲刷，宜在桥位河段内选用对计算冲刷不利的断面作为计算断面。对于现有涉河工程引起的河床变形，可收集已有分析资料、动床模型试验成果预测，或采用相应公式计算确定。第四节桥下河床冲刷计算无论修桥与否，天然冲刷都存在第四节桥下河床冲刷计算弯道的凹岸河床最大自然下切后的最低高程第四节桥下河床冲刷计算弯道的凹岸河床最大自然下切后的最低第四节桥下河床冲刷计算2.一般冲刷建桥后，由于桥孔压缩河床，桥下过水面积减小，从而引起桥下流速的增大，水流携沙能力也随之增大，造成整个桥下断面的河床冲刷。这一冲刷过程，称为桥下断面的一般冲刷。3.局部冲刷水流因受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷现象叫局部冲刷。在桥墩的前缘与两侧形成冲刷坑。

三种冲刷交织在一起，同时进行。计算时假定它们独立地相继进行，可分别计算，最后叠加。第四节桥下河床冲刷计算2.一般冲刷第四节桥下河床冲刷计算二、一般冲刷计算关于桥下断面一般冲刷深度计算，目前尚无成熟理论，主要按经验公式计算。常用的经验公式有64-1，64-2，包尔达可夫公式。1.64-2公式原理：输沙平衡原理

桥下河槽断面的上游来沙量小于桥下断面的水流挟沙能力(主要是推移质),则发生冲刷。伴随冲刷的发展，桥下断面增大，流速和挟沙能力逐渐减小。上游来沙量G1和下游排沙量G2趋向平衡，冲刷趋于停止，达到最大冲刷深度。第四节桥下河床冲刷计算二、一般冲刷计算第四节桥下河床冲刷计算64-2简化公式——适用于沙性土河槽的一般冲刷计算规范推荐公式第四节桥下河床冲刷计算64-2简化公式——适用于沙性土河第四节桥下河床冲刷计算第四节桥下河床冲刷计算设计流速单孔跨径≤101316202530354045<11.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00.960.970.980.990.990.990.990.990.991.50.960.960.970.970.980.980.980.990.992.00.930.940.950.970.970.980.980.980.982.50.900.930.940.960.960.970.970.980.983.00.890.910.930.950.960.960.970.970.983.50.870.900.920.940.950.960.960.970.97≥4.00.850.880.910.930.940.950.960.960.97桥墩水流侧向压缩系数值设计单孔跨径≤101316202530354045<11.0第四节桥下河床冲刷计算2.64-1公式原理：根据冲止流速建立的冲刷公式

桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速称为冲止流速。

冲止流速理论认为：桥下断面内的任意垂线的流速都会由于桥梁墩台对河床的挤束作用而提高，此时，桥下河床断面将发生一般冲刷。随着一般冲刷的发展，桥下过水断面不断扩大，过水垂线深度不断加大，使垂线平均流速不断下降。当垂线平均流速降低至该垂线的冲止流速时，该垂线处冲刷停止，一般冲刷达到最大；当桥下所有垂线的流速都降低至冲止流速时，桥下断面的一般冲刷即完全停止。第四节桥下河床冲刷计算2.64-1公式第四节桥下河床冲刷计算64-1公式根据水力学的连续性原理，一般冲刷停止时，桥下最大垂线水深hp与桥下断面最大单宽流量之间的关系为：一般冲刷后的最大水深：

桥下断面的最大单宽流量出现在桥下断面的最大水深处，可根据桥下断面的平均单宽流量推求。桥下断面的平均单宽流量对应着桥下断面的平均水深。由谢才-满宁公式可知，单宽流量与相应垂线水深的5/3次方成正比，所以：桥下平均单宽流量：桥下最大单宽流量：第四节桥下河床冲刷计算64-1公式一般冲刷后的最大水深：第四节桥下河床冲刷计算冲止流速：整理得64-1式：规范推荐公式适用于沙性土河槽第四节桥下河床冲刷计算冲止流速：整理得64-1式：规范推第四节桥下河床冲刷计算3.河滩部分冲刷计算河槽中流速大，大于床沙的起动流速，洪水发生时，总是处于泥沙运动状态；河滩上水深小，糙率大，流速很小，只有洪水漫滩后，才有水流，一般流速小于床沙起动流速，无推移质运动，冲刷后没有上游来沙的补偿。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的容许(不冲刷)流速。第四节桥下河床冲刷计算3.河滩部分冲刷计算第四节桥下河床冲刷计算沙性土河滩的一般冲刷第四节桥下河床冲刷计算沙性土河滩的一般冲刷第四节桥下河床冲刷计算4.包尔达可夫公式——目前已应用不多

包尔达可夫根据别列柳伯斯基假定，认为桥下流速达到天然河槽平均流速时，桥下冲刷即停止，而且同一垂线处，冲刷后的水深与冲刷前的水深成正比，并且建立了桥下一般冲刷经验公式，此公式适用于稳定性河段的河槽。包氏公式有很浓厚的假定色彩,目前已应用不多。河槽土质均匀时第四节桥下河床冲刷计算4.包尔达可夫公式——目前已应用第四节桥下河床冲刷计算河槽土质不均匀时冲刷遇到河床下埋岩石或不宜冲刷的土质时，易冲刷土壤部分的冲刷深度将增大。第四节桥下河床冲刷计算河槽土质不均匀时第四节桥下河床冲刷计算三、桥墩周围的局部冲刷

修建在河床内的桥墩，经受着桥位河段及桥下断面的一般冲刷，同时，桥墩阻挡水流，水流在桥墩两侧绕流，形成十分复杂的，以绕流涡旋体系为主的绕流结构，引起桥墩周围急剧的泥沙运动，形成桥墩周围局部冲刷坑。为便于分析计算，假定桥墩局部冲刷是在一般冲刷完成后的基础上进行的。第四节桥下河床冲刷计算三、桥墩周围的局部冲刷第四节桥下河床冲刷计算1.墩周水流结构及局部冲刷机理第四节桥下河床冲刷计算1.墩周水流结构及局部冲刷机理第四节桥下河床冲刷计算

当水行近桥墩时，因桥墩阻水，一部分绕流而过，一部分因冲击桥墩前端，紧贴墩前缘的水流转向上和向下流动的两部分。其中向上流动的部分，形成与水流方向相反的漩涡，使墩前端出现雍高。向下流动的水流遇到桥墩后均向下流动，直至河底，在河底形成漩涡，它是导致局部冲刷的主要动力。在墩侧的河底部，有斜轴漩涡。由底部漩涡搅起的泥沙，被其上部水流夹带向下输送，河底逐渐出现冲刷坑。第四节桥下河床冲刷计算当水行近桥墩时，因桥墩阻水，第四节桥下河床冲刷计算2.影响局部冲刷的因素影响桥墩局部冲刷深度的因素很多，其中最主要的影响因素是涌向桥墩的流速、桥墩宽度、桥墩形式、墩前水深及床沙粒径等。墩前行近流速第四节桥下河床冲刷计算2.影响局部冲刷的因素桥涵水文第三章课件第四节桥下河床冲刷计算墩宽墩型系数河床土质的粒径(反映河床土质抵抗冲刷大小的能力)

粒径越大，局部冲刷深度越小。斜交角

斜交角↑桥墩计算宽度B↑↑水深h——影响甚微第四节桥下河床冲刷计算墩宽墩型系数河床土质的粒径(反映第四节桥下河床冲刷计算3.桥墩局部冲刷计算公式局部冲刷深度hb通常是以一般冲刷完成后的高程起算，所表示的是桥墩垂线上的冲刷坑深度。目前，对桥墩局部冲刷有两类计算公式：①用于非粘性土河床的65-2公式和65-1修正式；②是粘性土河床的桥墩局部冲刷计算公式。

1964年我国铁路、公路部门根据我国各类河段52座桥梁99站年的实测观测资料和模型试验资料，制定了非粘性土的局部冲刷计算65-1公式和65-2公式。生产实践表明：这两个公式结构较为合理，反映了冲刷深度随行近流速的变化关系，并考虑了底沙运动对冲刷深度的影响，计算数值较为稳定可靠。2002年，又在总结以往使用经验的基础上，提出了65-2公式和65-1修正式。第四节桥下河床冲刷计算3.桥墩局部冲刷计算公式第四节桥下河床冲刷计算3.桥墩局部冲刷计算公式65-1修正式非粘性土河床桥墩局部冲刷计算公式。第四节桥下河床冲刷计算3.桥墩局部冲刷计算公式第四节桥下河床冲刷计算第四节桥下河床冲刷计算序号墩形示意图墩形系数墩形计算宽度B1B1=d11.0B1=d234序号墩形示意图墩形系数墩形计算宽度B1B1=d11.0B1=6576578910891012111211第四节桥下河床冲刷计算65-2式非粘性土河床桥墩局部冲刷计算公式。JTGC30-2015规范采用式第四节桥下河床冲刷计算65-2式非粘性土河床桥墩局65-2修正公式---起冲流速，清水冲刷桥墩迎水面两侧泥沙起冲流速计算如下：n---指数动床冲刷第四节桥下河床冲刷计算65-2修正公式---起冲流速，清水冲刷桥墩迎水面两侧泥沙n第四节桥下河床冲刷计算4.一般冲刷后墩前行近流速

桥墩局部冲刷假定是在一般冲刷完成后进行，因而一般冲刷后的最大水深为行近水深，一般冲刷后的垂线平均流速作为墩前行近流速。

计算桥墩局部冲刷时，应根据所选用的一般冲刷计算公式，选择其对应的墩前行近流速公式。对于不同情况的局部冲刷，墩前行进流速按下列公式计算。第四节桥下河床冲刷计算4.一般冲刷后墩前行近流速第四节桥下河床冲刷计算第四节桥下河床冲刷计算第四节桥下河床冲刷计算第四节桥下河床冲刷计算桥台绕流的水流结构桥台局部冲刷桥台绕流的水流结构桥台局部冲刷桥涵水文第三章课件桥涵水文第三章课件沙性土河床桥台的冲刷计算：沙性土河床桥台的冲刷计算：桥涵水文第三章课件第四节桥下河床冲刷计算四、最低冲刷线高程

桥下河槽中，桥梁墩台处的最低冲刷线应为桥下全部冲刷完成后的冲刷坑底。

全部冲刷完成后的最大水深，称为总冲刷深度，是河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷。最大冲刷水深：第四节桥下河床冲刷计算四、最低冲刷线高程全部冲刷完成第四节桥下河床冲刷计算四、最低冲刷线高程桥墩的最低冲刷线高程：第四节桥下河床冲刷计算四、最低冲刷线高程桥墩的最低冲刷线第四节桥下河床冲刷计算五、墩台基础的最小埋深

桥梁类别总冲刷深度(m)05101520一般桥梁1.52.02.53.03.5特殊桥梁2.02.53.03.54.0非岩性河床天然基础墩台基底埋深安全值第四节桥下河床冲刷计算五、墩台基础的最小埋深桥梁总第四节桥下河床冲刷计算岩石类别岩石特征建议埋入岩面深度(m)按施工枯水季平均水位至岩面的距离分级h<2mh=2～10mh>10mⅠ极软岩胶结不良的长石砂岩、炭质页岩3～44～55～7Ⅱ软质岩粘土岩、泥质页岩2～33～44～5Ⅱ软质岩砂质页岩、砂质页岩互层、砂质砾岩1～22～33～4Ⅲ硬质岩板岩、钙质砂岩、砂质岩、石灰岩、花岗岩、流纹岩、石英岩0.2～1.00.2～2.00.5～3.0岩性河床基底埋置深度参考值第四节桥下河床冲刷计算岩石类别岩石特征建议埋入岩面深度(桥涵水文第三章课件第三章大中桥孔径计算及墩台冲刷计算第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则第二节桥孔长度计算第三节桥面高程第四节桥下河床冲刷计算第三章大中桥孔径计算及墩台冲刷计算

本章主要任务在于计算大中桥桥孔长度、桥面标高、墩台基础的埋置深度。小桥涵孔径，一般按水力学方法确定，而确定大中桥孔径，要比确定小桥涵孔径复杂得多，需要进行专门研究。

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。本章主要任务在于计算大中桥桥孔长度、桥面标高、墩台桥涵水文第三章课件第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则

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。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则建桥以后，河流第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则一、建桥前后桥位河段水流运动的变化1.建桥前由于桥位一般选在顺直河段，可以看成是均匀流(各个断面的比降、流速均相等)，任意一个断面的输沙存在一个动态平衡状态。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则一、建桥前后桥位河段第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则2.建桥后建桥后桥位河段的水流和泥沙运动状态是桥孔水力计算的依据，但桥位河段的水流和泥沙运动十分复杂，且建桥时无法知道建桥以后的变化情况，目前只能在某些假定和实验的基础上提出简化的水流图式。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则2.建桥后1233412334第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则(1)桥位上游-雍水区在①-②之间形成了一个雍水区，水面逐渐升高△z，水面呈a1型曲线，随着水深的增加，水面坡度i和流速v逐渐减小，水流挟沙能力减弱，不能继续全部输移上游到来的泥沙，因而在①-②之间泥沙逐渐沉积下来。

雍水区第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则(1)桥位上游-雍水12334(2)桥位上端—溢流区

②-③之间，过水断面逐渐减小(水面逐渐被压缩呈漏斗状)，水面坡度i及流速也相应增大，挟沙能力也逐渐增大，水中的来沙逐渐小于去沙，从而产生冲刷。

溢流区12334(2)桥位上端—溢流区溢流区第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则(3)桥位下端—压缩区③-③’之间，水深继续降低，由于有桥墩的阻水，水流速度继续增大，继续造成冲刷。

无导流堤时③’断面最窄，有导流堤时③断面最窄。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则(3)桥位下端—压缩第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则(4)桥位下游—扩散区水流逐渐扩散至天然河宽，流速逐渐变小直至恢复天然河道流速，水流的携沙能力由大变小，在河床上从冲刷变小到出现淤积，又从淤积逐渐减小到恢复天然河道河流状态。扩散区第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则(4)桥位下游—扩散第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则小结：水流图式反映了建桥以后桥孔长度、桥前雍水、桥下冲刷三者之间的关系。

桥孔长度↑，压缩↓，雍水高度↓，冲刷↓。设计时应综合考虑它们的影响。桥孔长度↑,雍水高度↓,桥面标高↓,但桥梁造价↑

；桥孔长度↓

，雍水高度↑

，威胁桥位上游两岸的安全；桥面标高↑

，引道工程量↑

，且基础工程的埋深↑

。考虑河流的型性，不同河段桥孔布设作不同的考虑。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则小结：第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则在冲积河流上建桥，常常对河流的自然过水断面中，那些水面很宽，过水面积很大，但通过的流量却很小的部分，用路堤代替桥孔。在宽浅变迁和宽浅游荡河段上，洪水的摆动常将河槽扩宽到远大于排洪与输沙实际需要的宽度，建桥时用引道路堤代替桥孔。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。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。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。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则在冲积河流上建桥，常山区河流的桥孔布设峡谷河段宜单孔跨越。开阔河段可适当压缩河滩。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则贵州北盘江大桥湖南淘金大桥二、各类河段桥孔布设原则山区河流的桥孔布设第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则贵长江开阔河段万县长江大桥

三峡库区蓄水至175米后，拱座及部分拱圈、桥墩淹没，拱桥下的宽度240m，实际航道80m，最高点距离水面30米。部分拱圈和桥墩容易受到失控或违规航行的船舶撞击，威胁大桥和过往船舶的安全。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三峡库区蓄水至175平原河流的桥孔布设顺直微弯河段，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。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。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。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。游荡河段，不宜过多压缩河床，应结合当地治理规划，辅以调治工程，在深泓线可能摆动的范围内设置桥孔。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则平原河流的桥孔布设第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则顺直微弯河段上桥渡河段演变趋势第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则顺直微弯河段上桥渡河段演变趋势第一节桥位河段水流图式和桥分汊河段润扬长江大桥第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则分汊河段润扬长江大桥第一节桥位河段水流图式和桥孔游荡型河段开封黄河公路大桥第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥长4475.09m，孔跨布置21×20m+77×50m+10×20m所处河段主河槽宽度一般为0.5～0.6km，河槽最大摆动幅度为1500m。游荡型河段开封黄河公路大桥第一节桥位河段水流图式山前区河流的桥孔布设山前变迁河段，允许压缩河滩，但需辅以调治建筑物。河滩路堤不宜设置小桥和涵洞。当采用一河多桥方案时，应堵截临近主河槽的支江。冲积漫流河段，桥孔宜在河流上游狭窄或收缩段跨越。若在河床宽阔、水流有明显分支处跨越，可采用一河多桥方案，并应在各桥间采用相应的分流和防护措施。桥下净空应考虑河床淤积影响。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则新疆天山南麓冲积扇阿拉尔塔里木河大桥山前区河流的桥孔布设第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则三、桥孔布置的原则桥孔设计应在保证桥梁安全运营的情况下，顺畅宣泄包括设计洪水在内的各级洪水的水流和泥沙，避免河床产生不利变形，保证墩台具有足够的稳定性，并做到经济合理。桥孔设计应满足通航、流冰、流木及其他漂流物顺畅通过桥下的要求。桥孔设计不宜过分压缩河道、改变水流的天然状态。建桥后引起的流势变化、河床变形和桥前雍水高度，应在两岸农田、村镇和堤防安全的允许范围之内。桥孔设计应考虑桥址上下游已建成或拟建的水利工程、航道、码头和管线等引起的河床演变对桥孔的影响。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则三、桥孔布置的原则第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥孔布设应于天然河流断面流量分配相适应。在通航和筏运的河段上，应充分考虑河床演变所引起的航道变化，将通航孔布设在稳定的航道上，必要时可预留通航孔。在主流深泓线上不宜布设桥墩，在断层、溶洞等不良地段也不宜布设墩台。桥孔设计时，对跨径在60m以下的桥孔，应尽量采用标准跨径。考虑施工条件和经济效益及生态环境效益，作全面的技术经济比较，选择合理的桥孔设计方案。第一节桥位河段水流图式和桥孔布置原则桥孔布设应于天然河流桥涵分类公路桥涵多孔跨径总长L/m单孔跨径l/m特大桥L≥1000l≥150大桥100≤L≤100040≤l≤150中桥30＜L＜10020＜l＜40小桥8≤L≤305≤l＜20涵洞-l＜5第二节桥孔长度计算桥涵分类有两个标准：单孔跨径和多孔跨径总长。桥涵公路桥涵多孔跨径总长L/m单孔跨径l/m特大桥L≥100

在桥梁工程中，中小跨度的桥梁占的比例非常大。这部分桥梁如果采用标准设计，其工程设计和施工质量将大大提高，其经济效益也是非常可观的，因而我国《公路工程技术标准》中规定，标准设计或新建桥涵跨径在50m以下时，均应采用标准跨径。桥涵标准化跨径有:0.75m,1.0m,1.25m,1.5m,2.0m,2.5m,3.0m,4.0m,5.0m,6.0m,8.0m,10m,13m,16m,20m,25m,30m,35m,40m,45m,50m。

第二节桥孔长度计算在桥梁工程中，中小跨度的桥梁占的比例非常大。这部分桥梁第二节桥孔长度计算第二节桥孔长度计算第二节桥孔长度计算桥孔长度：

设计水位两桥台前缘之间(埋入式桥台则为两桥台护坡坡面之间)的水面宽度。桥孔净长：

桥孔长度扣除全部桥墩宽度（顺桥向）后称为桥孔净长。第二节桥孔长度计算桥孔长度：桥孔净长：第二节桥孔长度计算

桥孔长度的确定，首先应满足排洪和输沙的要求，保证设计洪水及其所携带的泥沙从桥下顺利通过，并应综合考虑桥孔长度、桥前雍水和桥下冲刷的相互影响。一、冲刷系数法二、经验公式法第二节桥孔长度计算桥孔长度的确定，首先应满足排洪和输第二节桥孔长度计算一、冲刷系数法原理：利用桥位断面的设计流量和设计水位，根据水力学的连续性原理，求出桥下顺利渲泄设计洪水时所需要的最小过水面积，用以控制桥孔的最小长度。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桥下河槽开始冲刷桥下过水面积增大桥下流速减小趋于稳定天然河槽平均流速vS别列柳伯斯基假设第二节桥孔长度计算一、冲刷系数法建桥后过水断面面积及流速第二节桥孔长度计算别列柳伯斯基假定：

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。为了推算冲刷后的桥下过水面积，引入冲刷系数P:建桥后，桥下冲刷结束第二节桥孔长度计算别列柳伯斯基假定：第二节桥孔长度计算所以，实际所需的过水面积：挤束系数：压缩系数：第二节桥孔长度计算所以，实际所需的过水面积：挤束系数：压第二节桥孔长度计算得到最小桥长得到最小净长第二节桥孔长度计算得到最小桥长得到最小净长

冲刷系数p表示桥下河槽的冲刷程度，也表示桥孔对水流的压缩程度，是桥孔长度计算的控制因素。第二节桥孔长度计算各类河段冲刷系数建议值冲刷系数p表示桥下河槽的冲刷程度，也表示桥孔对水流的压缩设计流速单孔跨径≤101316202530354045<11.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00.960.970.980.990.990.990.990.990.991.50.960.960.970.970.980.980.980.990.992.00.930.940.950.970.970.980.980.980.982.50.900.930.940.960.960.970.970.980.983.00.890.910.930.950.960.960.970.970.983.50.870.900.920.940.950.960.960.970.97≥4.00.850.880.910.930.940.950.960.960.97桥墩水流侧向压缩系数值设计单孔跨径≤101316202530354045<11.0第二节桥孔长度计算计算法在实测桥位断面图上布设桥孔方案；计算设计水位下所取桥孔方案的毛过水面积；取(略大于)且水面宽度最小的布设方案为最后采用方案。由此所得的最小水面宽度即为所求L。综合地质、地形航运及基础类型等要求，按标准跨径划分桥孔长度，布设桥孔孔数。第二节桥孔长度计算计算法在实测桥位断面图上布设桥孔方案；第二节桥孔长度计算图解法利用实测桥位断面图，绘制设计水位下沿水面宽度的过水断面面积累积曲线；按计算值在过水断面面积累积曲线坡度较陡处确定水面宽最小的桥孔位置，相应的最小水面宽度即桥孔长度；LL第二节桥孔长度计算图解法利用实测桥位断面图，绘制设计水位第二节桥孔长度计算二、用桥孔净长经验公式计算

自20世纪50年代起，我国公路桥梁都是应用冲刷系数法确定桥孔长度。使用近20年后总结经验发现，这种方法对于颗粒细、均匀砂质河床，平原稳定性河床基本能反映实际情况。但对我国广大地区的大颗粒、宽浅变迁性河床等不稳定性河床，却与实际情况相差较大。

《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2015)中对各类河段的桥孔长度的计算公式：1.峡谷河段可按河床地形布孔，不宜压缩河槽，可不作桥孔最小净长度计算。第二节桥孔长度计算二、用桥孔净长经验公式计算第二节桥孔长度计算2.开阔、顺直微弯、分汊、弯曲河段及滩槽可分的不稳定河段河段类型开阔、微弯0.840.90分汊、弯曲0.950.87滩、槽可分0.691.59第二节桥孔长度计算2.开阔、顺直微弯、分汊、弯曲河段及滩第二节桥孔长度计算3.宽滩河段4.滩槽难分的不稳定河段第二节桥孔长度计算3.宽滩河段4.滩槽难分的不稳定河段第二节桥孔长度计算注意:1.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。2.实际桥孔长度为算出的最小桥孔净长度再加所有桥墩的宽度；3.算出的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。第二节桥孔长度计算注意:桥涵水文第三章课件【例】某三级公路跨越平原区次稳定河段，拟建一座桥梁。根据外业收集资料及计算知，桥位处天然河槽平均流速为3.10m，设计流量为3500m3/s。桥位断面如图所示。初步拟定上部构造采用标准跨径为20m(桥墩中心间距)的预应力钢筋混凝土简支梁，墩宽为1.0m，试用冲刷系数法确定桥长及桥跨布置。第二节桥孔长度计算【例】某三级公路跨越平原区次稳定河段，拟建一座桥梁。根据外业解：1.平原区次稳定河段冲刷系数P=1.2；2.压缩系数：3.折减系数：4.所需桥下毛过水面积5.参照地形图，采用8×20m桥跨，将两岸桥台置于K0+570和K0+730，计算得桥下实有毛过水面积为1152.3m3/s第二节桥孔长度计算解：1.平原区次稳定河段冲刷系数P=1.2；第二节桥孔长桥台桥台桥台桥台【例】南方某公路桥位地处弯曲河段，根据桥位处水文资料推算得到设计水位Hp=135.00m，天然河槽流量Qc=1958m3/s，设计流量Qp=3468m3/s;河滩部分表层土质为粗砂，河槽部分表层土质为砾石，水文断面如图所示。桥梁上部结构拟采用标准跨径为13m的钢筋混凝土简支梁，净跨径L0=11.8m，梁高1.0m(包括桥面铺装层)，下部结构为单排双柱式桥墩，桥墩的直径为1.2m，桥台采用U形桥台，台长6.0m。试计算最小桥孔长度，并进行桥孔布设。第二节桥孔长度计算【例】南方某公路桥位地处弯曲河段，根据桥位处水文资料推算得到河槽▽129.50▽135.0河槽▽129.50▽135.00#1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#0#1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#第三节桥面高程第三节桥面高程第三节桥面高程

桥面高程是指桥面中心线上最低点的高程。桥面高程设计必须满足桥下通过设计洪水、流冰、流木和通航的要求，还要配合整个路线的纵断面设计。一、引致桥下水位升高的因素引致桥下水位升高的因素主要有：桥下雍水、波浪升高、水拱、河湾超高等。1.雍水建桥后，天然水流受到桥孔压缩，桥前形成雍水。最大雍水高度的位置：有导流堤时，约在导流堤的上游堤端附近；无导流堤时，约在桥位中线上游一个桥孔长度附近。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第三节桥面高程(1)桥前最大雍水高度(1)桥前最大雍水高度(2)桥下雍水高度序号洪水和河床土质条件

取值1一般情况2洪水暴涨暴落，土质坚实、不易冲刷3洪水涨落缓慢、土壤松软易冲刷不计第三节桥面高程(1)桥前最大雍水高度(1)桥前最大雍水高第三节桥面高程

急流河槽（Fr>1）修建桥梁后，桥梁上游河槽不出现雍水曲线，即不存在桥前雍水高度和桥下雍水高度。但出现桥墩迎水面水流溅起的冲击高度:第三节桥面高程急流河槽（Fr>1）修建桥梁后，桥梁第三节桥面高程2.波浪(1)桥位处的波浪高度桥位处河流洪水的波浪高度一般通过调查确定。调查困难时，可按下式计算：

计算桥面高程时，以桥位处静水面以上，波浪高度的三分之二计入。

第三节桥面高程2.波浪第三节桥面高程(2)路堤（或导流堤等）边坡处的波浪爬高波浪冲向路堤(或导流堤等)边坡而爬升的高度，称为波浪爬高或波浪侵袭高度。确定河滩路堤和导流堤等顶面高程时，应计入这一高度。(3)斜向的波浪爬高第三节桥面高程(2)路堤（或导流堤等）边坡处的波浪爬高第三节桥面高程3.水拱高

河流涨水时同一断面的主槽流速比两侧河滩的流速大，主槽水位比河滩水位上涨快，形成河心水位高，两边河滩水位低的水拱现象；在洪水由峡谷山口流出时，也会出现水拱现象。河中水面高出两边的高为水拱高。第三节桥面高程3.水拱高第三节桥面高程4.河湾水位超高河湾处形成水面横比降，引起凹岸水位超高：

计算桥面高程时，可计入河湾水位超高值的1/2。第三节桥面高程4.河湾水位超高第三节桥面高程二、桥面最低标高的确定

桥面中心及河床内引道路面最低标高的确定受设计洪水水位、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。

若此标高设置过大，将使工程投入显著增大；但是标高设置过小，将会造成桥位上游正常通航或局部的洪涝灾害，甚至危及桥梁的安全及桥位上游局部地区的人民生命财产安全。第三节桥面高程二、桥面最低标高的确定第三节桥面高程1.不通航河段桥面中心最低标高：第三节桥面高程1.不通航河段桥梁部位高出计算水位(m)高出最高流冰面(m)梁底洪水期无大漂流物0.50.75洪水期有大漂流物1.5—有泥石流1.0—支承垫石顶面0.250.5拱脚0.250.25非通航河流桥下净空安全值注：①计算水位即设计水位加雍水、浪高等。②无胶拱的拱脚允许被设计洪水淹没，淹没高度一般不超过拱圈矢高的三分之二，拱脚至计算水位的净高不小于1m；

③在不通航和无流筏的水库区域内，梁底面或拱顶底面离开水面的高度不应小于计算浪高的0.75倍加上0.25m。桥梁部位高出计算水位(m)高出最高流冰面(m)梁底洪水期无大第三节桥面高程类型净跨(m)主槽桥孔边滩桥孔流冰微弱中等强烈162040101330流木中等流木长度加1m强烈流木长度加2m流冰、流木河段上桥梁最小净跨第三节桥面高程类型净跨(m)主槽桥孔边滩桥孔流冰微弱16第三节桥面高程2.通航河段通航河桥的桥面高程除应满足不通航河流的要求外，同时还应满足下式的要求：第三节桥面高程2.通航河段

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下表中规定的各级洪水重现期水位。第三节桥面高程航道等级Ⅰ~ⅢⅣ~ⅤⅥ~Ⅷ洪水重现期20105天然河流设计最高通航水位标准第三节桥面高程航道等级Ⅰ~ⅢⅣ~ⅤⅥ~Ⅷ洪水重第三节桥面高程第三节桥面高程第三节桥面高程【例】某桥桥下为通航河流，河道通航等级为Ⅲ级，经计算，河道设计水位为863.00m，河道设计最高通航水位为860.50m；桥梁为T型梁，结构高度为1.2m；桥面铺装厚度0.12m，人行道高度0.20m,护栏高度1.2m;桥前最大雍水高度1.26m，浪高0.82m，水拱高度0.65m。试求桥面最低标高。按通航河流算解：按不通航河流算第三节桥面高程【例】某桥桥下为通航河流，河道通航等级为Ⅲ桥涵水文第三章课件桥涵水文第三章课件桥涵水文第三章课件桥涵水文第三章课件桥涵水文第三章课件桥涵水文第三章课件第三节桥面高程【例】已知：(1)桥址河床断面及地质资料如图；(2)平原次稳定河流，设计流量，设计水位

,河槽天然流速,河滩天然平均流速

,水流与桥位正交，汛期含沙量(3)通航等级为五级航道，最小净跨35m,最小净高8m，通航水位105.00m;(4)采用净跨36m(梁全长36.6m)的预应力钢筋混凝土梁，圆端形桥墩，宽3.10m，长9.10m，梁建筑高度3.00m，梁缝0.10m，基础为沉井，尺寸为4.6m×10.6m。要求:(1)确定桥孔长度；(2)确定桥面中心最低高程。第三节桥面高程【例】已知：第三节桥面高程第三节桥面高程第四节桥下河床冲刷计算第四节桥下河床冲刷计算第四节桥下河床冲刷计算

为了使设计洪水在桥下安全通过，不但要有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且桥梁墩台基础还必须有足够的埋置深度。桥下冲刷直接影响着桥墩台的基础埋置深度，要保证桥梁安全，就必须将墩台基础放置在可靠的地基上。进行冲刷计算的目的是要找最大冲刷深度，决定不被冲走的地基面的标高。一、桥下冲刷的组成1.天然冲刷河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下，自然发育过程造成的冲刷现象。例如：河床逐年下切、淤积，边滩下移，河湾发展变形以及截弯取直，河槽摆动。第四节桥下河床冲刷计算为了使设计洪水在桥下安全通过第四节桥下河床冲刷计算

无论修桥与否，天然冲刷都存在。修桥后，可能对天然冲刷有影响。关于天然冲刷深度的计算，目前尚无成熟的计算方法，一般多调查或利用桥位上、下游水文站历年实测断面资料统计分析。对于河床下切的变形，可通过调查或利用各年河床断面，河段地形图等资料，分析逐年下切的程度，估算桥梁使用期内自然下切的深度。对于河槽横向变动已引起的自然演变冲刷，宜在桥位河段内选用对计算冲刷不利的断面作为计算断面。对于现有涉河工程引起的河床变形，可收集已有分析资料、动床模型试验成果预测，或采用相应公式计算确定。第四节桥下河床冲刷计算无论修桥与否，天然冲刷都存在第四节桥下河床冲刷计算弯道的凹岸河床最大自然下切后的最低高程第四节桥下河床冲刷计算弯道的凹岸河床最大自然下切后的最低第四节桥下河床冲刷计算2.一般冲刷建桥后，由于桥孔压缩河床，桥下过水面积减小，从而引起桥下流速的增大，水流携沙能力也随之增大，造成整个桥下断面的河床冲刷。这一冲刷过程，称为桥下断面的一般冲刷。3.局部冲刷水流因受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷现象叫局部冲刷。在桥墩的前缘与两侧形成冲刷坑。

三种冲刷交织在一起，同时进行。计算时假定它们独立地相继进行，可分别计算，最后叠加。第四节桥下河床冲刷计算2.一般冲刷第四节桥下河床冲刷计算二、一般冲刷计算关于桥下断面一般冲刷深度计算，目前尚无成熟理论，主要按经验公式计算。常用的经验公式有64-1，64-2，包尔达可夫公式。1.64-2公式原理：输沙平衡原理

桥下河槽断面的上游来沙量小于桥下断面的水流挟沙能力(主要是推移质),则发生冲刷。伴随冲刷的发展，桥下断面增大，流速和挟沙能力逐渐减小。上游来沙量G1和下游排沙量G2趋向平衡，冲刷趋于停止，达到最大冲刷深度。第四节桥下河床冲刷计算二、一般冲刷计算第四节桥下河床冲刷计算64-2简化公式——适用于沙性土河槽的一般冲刷计算规范推荐公式第四节桥下河床冲刷计算64-2简化公式——适用于沙性土河第四节桥下河床冲刷计算第四节桥下河床冲刷计算设计流速单孔跨径≤101316202530354045<11.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00.960.970.980.990.990.990.990.990.991.50.960.960.970.970.980.980.980.990.992.00.930.940.950.970.970.980.980.980.982.50.900.930.940.960.960.970.970.980.983.00.890.910.930.950.960.960.970.970.983.50.870.900.920.940.950.96