第十三章_橋梁墩臺沖刷計算

1、2024/3/31,§13 橋梁墩臺沖刷計算,§13.1 墩臺沖刷類型 大中橋水力計算的三大基本內(nèi)容： 橋長、橋面最低標高、墩臺基礎(chǔ)最小埋置深度。一、河床自然演變沖刷： 河床在水力作用及泥沙運動等因素的影響下，自然發(fā)育過程造成的沖刷現(xiàn)象二、橋下斷面一般沖刷： 橋孔壓縮水流，橋下流速增大，水流挾沙能力也隨之增大，引起斷面河床沖刷的現(xiàn)象三、墩臺局部沖刷： 水流受墩臺

2、阻擋，在墩臺附近發(fā)生的沖刷現(xiàn)象,2024/3/31,床面開始沖刷時的流速，稱為床沙起沖流速，以v0’表示床面泥沙起動時的流速，稱為床沙起動流速，以v0表示沖刷停止時的垂線平均流速，稱為沖止流速，以vz表示,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,沖刷深度與行近流速關(guān)系,2024/3/31,§13.2 橋下斷面一般沖刷深度,一般沖刷深度：通常用沖刷停止時橋下的垂線水深來表示 尚無成熟理論，主要按經(jīng)驗公式（

3、64-1；64-2；）或包爾達可夫公式計算 64-1公式、64-2公式為1964年全國橋渡沖刷學(xué)術(shù)會議推薦試用，1991年《公路橋位勘測設(shè)計規(guī)范》正式作為推薦公式，《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》（JTG C30-2002）采用簡化式。,2024/3/31,一、非粘性土河槽 基本假定：當(dāng)河槽斷面流速等于沖止流速時，橋下一般沖刷隨即停止，且一般沖刷深度達到最大，由此有，,,非粘性土河槽非粘性河灘粘性土河床,64-1公式3

4、個：,2024/3/31,,,,,2024/3/31,2）64-1修正式,,2024/3/31,,,,,,2024/3/31,,,2024/3/31,二、非粘性土河灘,,,2024/3/31,式中：,,,,,,2024/3/31,,,,2024/3/31,一、河槽部分,64-1：粘性土河床,,（13-13）,2024/3/31,式中：,,2024/3/31,二、河灘部分,,（13-14）,2024/3/31,適用于 非粘性土河槽,64-

5、2 公式（p139）：,,,64-2 公式：基于輸沙平衡理論,2024/3/31,適用于 非粘性土河槽,規(guī)范：64-2 簡化式,,,64-2 公式：基于輸沙平衡理論,2024/3/31,,,,,,2024/3/31,,,,,,2024/3/31,,,,,2024/3/31,§13.2.3 包爾達可夫公式,包爾達可夫按別列柳伯斯基假定建立的一般沖刷公式；只適用于穩(wěn)定性河段（沒有考慮土質(zhì)因素和單寬流量集中情況）,2024/

6、3/31,1、均質(zhì)河床：,,,,,2024/3/31,2、無導(dǎo)流堤時橋臺偏斜沖刷深度,,2024/3/31,3、巖土河床易沖土壤部分的沖刷深度,,,,2024/3/31,§13.3 墩臺局部沖刷深度,墩臺局部沖刷深度：墩臺周圍因水流沖刷形成的沖刷坑最大深度。 墩臺局部沖刷原因：流向橋墩的水流受到墩身的阻擋，橋墩周圍的水流結(jié)構(gòu)發(fā)生急劇變化，水流的繞流使流線急劇彎曲，床面附近形成旋渦，劇烈淘刷橋墩迎水端和周圍的泥

7、沙，形成局部沖刷坑。,2024/3/31,橋墩局部沖刷的水流結(jié)構(gòu)示意圖,,2024/3/31,與橋墩局部沖刷深度有關(guān)的主要因素：,1、沖向橋墩的流速2、橋墩的寬度3、橋墩型式4、水深5、床沙粒徑,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,流向橋墩的水流受到墩身的阻擋，橋墩周圍的水流結(jié)構(gòu)發(fā)生急劇變化，水流的繞流使流線急劇彎曲，床面附近形成漩渦，劇烈掏刷橋墩迎水端和周圍的泥沙，形成局部沖刷坑，隨著沖刷坑的不斷加深和擴大，坑底流速逐漸降低，

8、水流挾沙能力隨之喊弱，上游進入沖刷坑的泥沙與水流沖走的泥沙趨向平衡，同時，沖刷坑底的泥沙逐漸粗化?？拥状植诔潭仍龃?，抗沖能力增強，使水流的沖刷作用與床沙的抗沖作用也趨向平衡，沖刷隨之停止，局部沖刷坑達到最深。沖刷坑外緣與橋墩前端坑底的最大高差，就是最大局部沖刷深度。,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,橋墩局部沖刷的機理,2024/3/31,第四節(jié) 橋墩的局部沖刷,橋墩局部沖刷的機理,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,沖刷深度與行近流

9、速關(guān)系橋墩局部沖刷深度與沖向橋墩的水流速度(以垂線平均流速表示)有關(guān)。當(dāng)速度V增大到一定程度時，橋墩迎水面兩側(cè)的泥沙首先被水流沖走，床面開始沖刷，此時沖向橋墩的水流行近流速（垂線平均流速）稱為橋墩起沖流速v’0。橋墩起沖流速v’0一般為床沙起動流速v0的0.4～0.6倍。流速小于v0 的沖刷為清水沖刷，大于v0 的為動床沖刷。,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,沖刷深度與行近流速關(guān)系根據(jù)模型試驗和觀測資料可知，橋墩局部沖刷深度與

10、涌向橋墩的流速V有關(guān)。當(dāng)V逐漸增大到一定數(shù)值時，橋墩迎水面兩側(cè)的泥沙開始被沖走而產(chǎn)生沖刷，此時涌向橋墩的垂線平均流速稱為墩旁床沙的起沖流速v’0。當(dāng)v大于V’0 （V表示河床泥沙的起動流速)并繼續(xù)增大時，沖刷坑逐漸加深和擴大，局部沖刷深度與V近似呈直線關(guān)系增大，當(dāng)V增大到V。時，床面泥沙大量起動，上游來的泥沙有些將潛留在沖刷坑內(nèi)，因此當(dāng)V>V0并繼續(xù)增大時，沖刷坑深度的增長因有泥沙補給而減緩，局部沖刷深度hb與V呈曲線關(guān)系。

11、,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,沖刷深度與行近流速關(guān)系,2024/3/31,橋墩的局部沖刷,沖刷深度與行近流速關(guān)系,2024/3/31,一般沖刷深度與局部沖刷深度的區(qū)別：,1、一般沖刷深度是從設(shè)計水位至一般沖刷線的最大深度2、局部沖刷深度是從一般沖刷線至沖刷坑底的最大深度,2024/3/31,《公路橋位勘測設(shè)計規(guī)范》JTGC30-2002推薦的65-1，65-2修正后的新公式,一、非粘性土河床的局部沖刷深度 1、65-1

12、修正式,,,2024/3/31,,,,,2024/3/31,式中：,,,,,2024/3/31,墩型系數(shù)表,2024/3/31,,墩型系數(shù)表,2024/3/31,,,2024/3/31,2、65-2公式,,,2024/3/31,,,,,2024/3/31,式中：,,2024/3/31,粘性土河床橋墩局部沖刷可按下式計算：,,,,,2024/3/31,四、行近水深和行近流速取一般沖刷后最大水深作為行近水深和一般沖刷后垂線平均流速作為行近

13、流速。1）按輸沙平衡原理公式計算一般沖刷時：2）按沖止流速公式計算一般沖刷深度時，取該公式對應(yīng)的沖止流速公式計算。,2024/3/31,一 橋臺繞流的水流結(jié)構(gòu) 橋臺附件的水流由主流區(qū)，下游回流區(qū)和上游滯流區(qū)三部分組成。,2024/3/31,一 橋臺繞流的水流結(jié)構(gòu),2024/3/31,,2024/3/31,,2024/3/31,,2024/3/31,,2024/3/31,,2024/3/31,拋石防洪保黃河鐵路橋　加固沖刷嚴重

14、橋墩,2008.6.17日，一列鐵路專用防洪拋石車緩緩駛上京廣黃河鐵路大橋，以每小時5公里的速度，成功拋下180籠近180立方米石塊。鄭州鐵路局2008年京廣線黃河鐵路大橋拋石防洪度汛施工，由此拉開序幕?！　∈冀ㄓ?958年的京廣鐵路黃河大橋，位于黃河下游游蕩性河段上，受當(dāng)時建橋技術(shù)和地理條件限制，大橋橋墩基礎(chǔ)較淺。由于大橋上游河水主槽擺動頻繁，河床沖刷對大橋的安全造成影響。6月19日小浪底水庫即將開閘調(diào)水泄洪，最大流量預(yù)計將達39

15、00立方米／秒，調(diào)水泄洪將改變黃河大橋橋址處的水流環(huán)境和輸沙運行規(guī)律。為應(yīng)對黃河小浪底水庫的調(diào)沙泄洪，擔(dān)負大橋養(yǎng)護維修任務(wù)的鄭州鐵路局聞汛而動，正式啟動黃河鐵路大橋度汛拋石預(yù)案。,2024/3/31,防護橋墩周圍沖刷的方案和輔助措施。采用在橋墩中開縫或在墩周圍設(shè)護圈作為控制沖刷深度的措施。清水試驗表明，僅用開縫的方法能減少沖刷深度20％，而開縫結(jié)合使用護圈則可進一步減小沖刷深度。,2024/3/31,橋臺沖刷,一 橋臺繞流的水流結(jié)構(gòu),2

16、024/3/31,橋臺沖刷,一 橋臺繞流的水流結(jié)構(gòu)橋臺上下游的流速分布如下：,2024/3/31,橋臺沖刷,一 橋臺繞流的水流結(jié)構(gòu),2024/3/31,橋臺沖刷,二 橋臺沖刷計算1 沙性土河床：,2024/3/31,橋臺沖刷,二 橋臺沖刷計算1 沙性土河床：,2024/3/31,橋臺沖刷,二 橋臺沖刷計算1 沙性土河床：,2024/3/31,橋臺沖刷,二 橋臺沖刷計算橋臺挑角系數(shù)：,橋臺形狀系數(shù)：,2024/3/31,橋臺沖刷

17、,二 橋臺沖刷計算1 沙性土河床：引入挑角系數(shù)Ca和橋臺形狀系數(shù)CA，則,2024/3/31,橋臺沖刷,2 粘性土河床：,2024/3/31,橋臺最大沖刷深度，應(yīng)結(jié)合橋位河床特征、壓縮程度等情況，分析、計算比較后確定。,2024/3/31,§13.4 橋下河槽最低沖刷線,橋下河槽最低沖刷線：,,2024/3/31,,,,,,,2024/3/31,非巖性河床天然基礎(chǔ)墩臺埋深,2024/3/31,最低沖刷線高程,橋墩的最低

18、沖刷線高程Hmin（ m）為： 橋臺的最低沖刷線高程Hmin（ m）為：上式中h為橋臺所在位置的平均水深。,2024/3/31,墩臺基底最小埋置深度,1、在確定橋梁墩臺基礎(chǔ)埋置深度時，應(yīng)根據(jù)橋位河段具體情況，取河床自然演變沖刷、一般沖刷和局部沖刷的不利組合，作為確定墩臺基礎(chǔ)埋深的依據(jù)。 2、非巖石河床墩臺基底埋深安全值，可按表7.6.2確定 3、巖石河床墩臺基底最小埋置深度可按規(guī)范附錄C確定。,2024

19、/3/31,4、位于河槽的橋臺，當(dāng)其最大沖刷深度小于橋墩總沖刷深度時，橋臺基底的埋深應(yīng)與橋墩基底高程相同； 當(dāng)橋臺位于河灘時，對河槽擺動的不穩(wěn)定河流，橋臺基底高程應(yīng)與橋墩相同； 在穩(wěn)定河流上，橋臺基底高程可按照橋臺沖刷計算結(jié)果確定,2024/3/31,5、橋臺錐體護坡基腳埋置深度應(yīng)考慮沖刷的影響，當(dāng)位于穩(wěn)定、次穩(wěn)定河段的河灘上，基腳底面應(yīng)在一般沖刷線以下至少0.50m；當(dāng)橋臺位于不穩(wěn)定河流的河