桥涵孔径计算

上部结构下部结构桩基础基础桥墩桥台支座l0lLh设计水位H孔径计算与布置、桥面高程、墩台冲刷第6章大中桥孔径计算第1节桥位河段水流图示和桥孔布设一、桥位河段的水流图式桥位河段水流状况与冲淤状况分析（缓流河段）壅水段壅水段：流速减小，挟沙能力降低，泥沙沉积1）建桥后，桥孔对水流压缩，从上游较远的断面①起，水面开始壅高，无导流堤时直至桥位上游一个桥孔长度L处的断面②（有导流堤时为上游堤端附近,图6-1-1（b））达到最大壅水高度。

2）水流接近桥孔时急剧收缩呈“漏斗”状，无导流堤时知道桥位下游附近的断面③（有导流堤时到桥位中线断面），水面最窄，流速最大，形成桥位河段的“颈口”，称为收缩断面。

壅水段收缩段最大壅水段下游：流速增大，挟沙能力加强，河床发生冲刷，收缩断面处河床冲刷最为严重。3）收缩断面下游水流逐渐扩散，到断面④恢复天然状态。水流收缩段的主流和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。壅水段收缩段扩散段收缩断面-扩散段：流速逐渐减小，冲刷逐渐减弱，由于挟沙能力减弱，在扩散段后期泥沙发生沉积。急流河段：桥下和桥前水深均为自然水深，但桥墩迎水面出现一定高度的冲击波。二.桥孔布置原则（1）必须保证设计洪水以内的各级洪水和泥沙安全通过，并满足通航、流冰、流木及其他漂浮物安全通过。（2）应适应各类河段的特性及演变特点，避免河床产生不利变形，且做到经济合理。表6-1-1.（3）建桥后的桥前壅水不得对两岸河堤、农田、村镇造成威胁；平原区一般以桥前壅水的允许高度作为桥孔长度的控制因素。（4）考虑桥位上下游已建或拟建水利工程、航道码头和管线等引起的河床演变对桥孔的影响。（5）桥位河段的天然河段不宜开挖或改移。（6）跨越河口、海湾及海岛之间的桥梁，必须在保证潮汐、海浪、风暴潮、海流及河底泥沙运动等海洋水文条件的影响下，正常使用和满足通航的要求。（7）应与天然河流断面流量分配相适应。如稳定河段，左右河滩桥孔长度之比应与左右河滩流量之比相当；次稳定和不稳定河段上，桥孔布设必须考虑河床变形和流量分布变化趋势的影响。桥孔不宜压缩河槽，可适当压缩河滩。（8）应注意地质情况。桥梁墩台、基础应尽量避免设在断层、溶洞等不良地质处。（9）内河通航河段，通航桥孔满足《内河通航标准》（GB50139-2004）规定，并充分考虑河床演变和不同水位所引起的河道变化。通航海轮的桥孔布设应符合《通航海轮桥梁通航标准》（JTJ311-97）规定。（10）按《公路工程技术标准》（JTJB01-2003）规定，跨径<=50m的桥孔，尽量采用标准跨径。三.各类河段上桥孔布设（1）山区河流a）峡谷河段水流湍急，桥台不得伸入河槽，一般宜单孔跨越b）开阔河段，桥头路堤可以伸入河滩，但不得伸入河槽。路堤与洪水流向斜交时，应考虑洪水可能造成的影响而增大桥孔（2）山前河流

a）冲积扇上游狭窄河段和下游收缩河段，参照山区峡谷段和开阔段办理；中游扩散河段，注意山口地形对流向的影响，并考虑河床摆动、分叉及其发展趋势。b)变迁河段上，河道不断改道，必须根据历史规律推断。一方面适应现在，另一方面适应将来的发展。桥孔要留有余地。（3）平原河流a）顺直微弯和蜿蜒河段上，应预估河湾发展和深泓的摆动，在摆动范围内布设桥孔。b）分叉河段上，水流天然状态不宜改变，应在各汊流上分别设桥，并预估各汊流量分配比例的变化。c）游荡河段上，应在游荡范围内结合当地的治理规划，因地制宜的加以导治。在深泓线可能摆动的范围内均应布设桥孔。d）平原河流两岸有堤坝时，孔径布置应当考虑当地水利要求。一般不宜压缩河道，梁底宜高出堤顶。桥孔长度L：设计水位上，两桥台前缘之间（埋入式桥台的两桥台护坡坡面之间）的水面宽度桥孔净长Lj：桥孔长度扣除全部桥墩宽度后的长度第2节桥孔长度利用桥位断面设计流量Qs和设计水位Hs，求出桥下顺利宣泄设计洪水时所需要的最小过水面积，用于确定桥孔的最小长度。设计流速：设计者在考虑投资与安全等综合因素后，在布置桥梁孔径确定实际过水断面时选定的一个速度。对河滩较小、压缩不多的河段，可采用通过设计流量时河槽的天然平均流速；河滩很大时，按经验确定。Ad—冲刷前桥墩所占的桥下过水面积Ax—冲刷前桥墩侧面涡流所占的桥下过水面积Ay—冲刷前桥下有效过水面积，不包括桥墩和涡流部分Aj—冲刷前桥下净过水面积Aj=Ay+AxAq—冲刷前桥下毛过水面积，含有效过水面积+桥墩和涡流面积

Aq=Aj+Ad=Ay+Ax+Adμ—墩台侧面涡流阻水引起的桥下过水面积的折减

μ=Ay/Aj。μ=1-0.375Vs/ljλ—桥墩阻水引起的桥下过水面积的折减

λ=Ad/Aq（宽浅河流=b/l）一、冲刷系数法根据水流连续方程：为推算一般冲刷完成后的桥下过水面积，引入冲刷系数p=A冲后/A冲前。冲刷后的桥下有效过水面积、净过水面积和毛过水面积均为冲刷前的p倍。当桥位与水流斜交时：冲刷系数：表示桥下河槽的冲刷程度；也表示桥孔对水流的压缩程度。冲刷系数法一直由铁路系统使用。适用于细颗粒、均匀砂质河床、平原稳定河床。不稳定河床与实际偏差较大。冲刷系数允许值河流类型冲刷系数附注山区峡谷段1.0-1.2无滩开阔段1.1-1.4有滩山前区半山区稳定河段（包括丘陵区）1.2-1.4

变迁性河段1.2-1.8

平原区1.1-1.4

（2）有明显河槽的各类河段（开阔、顺直微弯、分汊、弯曲河段及滩槽分明的不稳定河段）

二、经验公式法（1）山区峡谷河段上的桥梁，要求按地形布置桥孔，一般可不做桥孔长度计算。宽滩河段：K、n值表河段类型Kn开阔、顺直微弯等稳定河段0.840.90分汊、弯曲、宽滩等次稳定河段0.950.87

滩、槽可分的不稳定河段0.691.59

二、经验公式法（3）无明显河槽的变迁性、游荡性河段滩、槽难分的不稳定河段桥面高程：桥面中心线上最低点的标高。

要求满足：

1）桥下通过设计洪水、流冰、流木和通航的要求；

2）考虑壅水、波浪、水拱、河湾凹岸水面超高以及河床淤泥等引起的桥下水位升高。第3节桥面高程一.各类水面升高值计算

1.壅水建桥后天然水流受到桥孔压缩，桥梁上游形成壅水。壅水高度：天然水面以上被壅起的高度。1）桥前最大壅水高度△z：冲刷后桥下平均流速（桥下河床为岩石或有铺砌时为冲刷前桥下平均流速）冲刷前桥下平均流速（=设计流量/桥下净过水面积）天然状态下桥孔部分的平均流速河槽平均流速河床质中值粒径，按质量计50%都较它小的粒径。2）桥下壅水高度△z'桥下断面处的壅水高度桥下壅水高度△z′序号洪水和河床土质情况△z′1一般情况0.5△z2洪水暴涨暴落，土壤坚实，不宜冲刷△z3洪水涨落缓慢，土壤松软，易冲刷不计3）壅水曲线缓坡河流桥前壅水曲线一般可近似看做二次抛物线。

壅水曲线全长为L的任意断面A处的壅水高度△zA可近似按下式计算：2.急流河槽中桥墩的水流冲击高度△hd

和缓流的壅水高度对应3.波浪1）桥位处波浪高度△h2（适用于大陆地区河流、湖泊上的桥梁）2）路堤（或导流堤）边坡处的波浪爬高（波浪侵袭高度）——波浪冲向路堤（或导流堤）边坡而爬升的高度。确定河滩路堤或导流堤顶高程时，应计入。3）波浪斜向侵袭修正波浪斜向侵袭，侵袭高度有所减弱。边坡系数m>1(α<45度)，斜向角度β≥30度时规范推荐公式：4.其他水拱局部股流壅高河床淤积凹岸水位超高凹岸水位超高:

位于河流弯道上的洪痕，受离心力作用，水流自凸岸趋向凹岸，使凹岸水体增高，在过水断面上形成横比降使凸凹岸水位存在差值，即超高水位.V——断面平均流速B——水面宽R——弯曲中心曲半径计算桥面高程时，计入0.5△H。二.桥下净空安全值3.通航河段图6-3-5，表6-3-8～6-3-112.流冰、流木河段表6-3-71.不通航河段表6-3-6（1）非通航河段（按设计洪水位计算）Hmin---桥面最低高程Hs---设计水位△hj---桥下净空安全值△hD---桥梁上部构造建筑物高度（含桥面铺装高度）∑△h---各种水面升高值总和三.桥面最底高程确定（2）通航河段Htn---设计最高通航水位HM---通航净空高度其他符号同前。（3）跨越海域水面的桥梁通航净空高度由船舶空载时船舶水面以上的高度及安全富余高度组成第4节计算实例桥位河段为VI-(1)级航道桥位河段无凌汛、流冰桥位河段为河湾段，中心半径为430m已知：一级公路桥梁跨越平原区次稳定河段，桥梁基本资料、跨越河流基本资料信息和桥位断面测量资料等见图2-4-3~2-4-5。

nt=1/30，nc=1/40，i=0.0003，Q1%=3500m3/s。1.桥孔长度Hs=63.65m(Hs=65.64m)前期准备：确定设计水位Hs2.桥孔布设

左桥台：K0000+604.00，右桥台K0000+724.004孔30m预应力混凝土箱梁；双柱式桥墩，墩径1.6m合理1）桥前壅水高度△Z和桥下壅水高度△Z′河槽弗汝德数3.桥面最低高程天然桥下平均流速3.00设计流量通过时为缓流，桥前出现壅水，不出现桥墩迎水面的急流冲击高度。冲刷前桥下平均流速桥前壅水高度冲刷后桥下平均流速桥下壅水高度（一般情况）代入式6-3-7计算风速=21.53m/s，浪程内平均水深取河床平均水深5.85m，最大水面风距为1450