橋涵水文第八章調(diào)治構造物

第八章調(diào)治構造物1.導流堤2.丁壩3.計算實例主要內(nèi)容3概述什么是調(diào)治構造物？導流堤丁壩順壩、挑水壩其他橋頭防護工程調(diào)治構造物的功能：

調(diào)節(jié)水流使其均勻、順暢地流過橋孔，防治橋下斷面和上下游附近的河床、河岸發(fā)生不利變形，確保橋梁安全。調(diào)治構造物1.導流構造物2.挑流構造物3.防護構造物①導流堤②梨形堤③錐坡體①丁壩②順壩③挑水壩①堤岸防護②坡面防護③路基防護與加固5調(diào)治構造物導流堤導流堤丁壩順水壩常見的調(diào)治構造物調(diào)治構造物的布設原則：結合河段特性，水文、地形和地質(zhì)等自然條件，橋頭路堤位置，通航要求，水利設施等因素綜合考慮，兼顧兩岸、上下游、洪水枯水位，確定總體布置方案。水文及河床變形復雜的河段，橋孔和調(diào)治構造物布設應做水工模型實驗，進行分析驗證。導流堤的設計洪水頻率與橋梁設計洪水頻率相同。丁壩等其他調(diào)治構造物的設計洪水頻率應與所依托的工程設計洪水頻率相同。順應水勢、因勢利導、因地制宜導流堤的作用：導流堤的主要作用是引導水流平順通過橋孔，提高橋孔泄洪能力，減少對橋下河床的集中沖刷，減緩沖刷進程，減少對墩臺的沖刷威脅。無導流堤時，被橋頭路堤阻斷的河灘水流將斜向流入橋孔，可引起橋臺附近的嚴重沖刷；設置導流堤后，橋下河床的沖刷分布趨于均勻，并擴散到橋梁上下游的較大范圍，減緩了沖刷進程。適用條件:河灘流量較大時第一節(jié)導流堤9

如何設置導流堤？根據(jù)河灘流量占總流量的比例來確定，一般認為，被河灘路堤阻斷的河灘流量占總流量的15％(單側(cè)河灘)或25％(雙側(cè)河灘)以上時，需設置導流堤；小于上述數(shù)值時，可設置梨形堤；小于5％時，加固橋頭護坡即可。當河灘水深小于1m，或橋下沖刷前的平均流速小于1m/s時，則不必設置導流堤。

河灘流量較大時，橋上游應修建導流堤，引導上游水流和河灘水流逐漸改變方向，形成平行水流，平順地通過橋孔，使橋下斷面的流速、水深及輸沙等分布都較為均勻，避免橋下和橋頭出現(xiàn)集中沖刷。導流堤一、導流堤的繞流導流堤水流的繞流決定了導流堤合理的平面線形，以與繞流流線配合較好、堤長適當、設計施工簡便的線型為佳。河灘水流彎曲繞過A點，這里水流集中，流速大，水面雍高。然后，水流轉(zhuǎn)向沿導流堤流向橋孔。在B點附近，水流相遇，形成第二個高速區(qū)。這樣在AB范圍內(nèi)，形成壩頭沖刷區(qū)。水流通過B點后，若導流堤平面線型合理，將平順的流到橋軸斷面C點，在橋下平順的流出橋孔。導流堤繞流的流線二、導流堤的平面線形橢圓堤

仍是美國聯(lián)邦公路總署推薦的橋梁導流堤標準形式。前蘇聯(lián)1972年規(guī)范推薦的導流堤形式，上游為橢圓形，下游為圓弧和直線的組合線型。圓曲線組合堤

我國應用最多，1985年鐵道部科院研究員陸浩等提出改進的，長度較短的圓曲線組合堤。梨形堤

主要用于河灘流量不大或橋頭引道凹向上游的橋位上。梨形堤的平面尺寸，鄰橋孔一側(cè)可按一般曲線導流堤的尺寸采用，鄰河岸的后側(cè)部分用反向圓弧連接，或再插一段直線與橋頭引道連接。封閉式長導流堤

修建在山前沖積扇和山前變遷性河段上。長堤使河槽逐漸縮窄引導水流和泥沙平順地通過橋孔。美國聯(lián)邦公路總署標準1/4橢圓a/b=2.5圓曲線組合堤（1985年陸浩改進）梨形堤的布設13改進圓曲線組合堤：其平面軸線是由三種不同半徑的圓曲線構成?；景霃綖椋菏街校築td、Qtd——導流堤所在一側(cè)河灘寬度和天然狀態(tài)的河灘流量。E——橋孔偏置率Qte——導流堤所在一側(cè)的路堤攔阻流量Qxi

——被阻擋較小一側(cè)的天然流量Qda——被阻擋較大一側(cè)的天然流量K——與橋位河段水流寬深比有關的系數(shù)R1=0.50R0,圓心角θ1=45°R2=0.25R0,圓心角θ2=45°~60°Rd=R2,圓心角θd=45°~60°上游堤長度：下游堤長度：15三、導流堤沖刷導流堤附近的流速分布和沖刷地形圖

從上游堤段開始，沿堤的迎水面坡腳有一條沖溝，延伸到橋下，再向橋梁下游發(fā)展。導流堤迎水面坡腳最大沖刷深度范圍，在從上游堤頭開始到上游大約三分之一堤長的一段附近，若導流堤平面線形不好，沖刷范圍還要擴大。洪水退水過程中，導流堤上游端背水面也將出現(xiàn)沖刷；同時，堤背水面水位高，迎水面水位低，形成堤身內(nèi)滲透壓力，也會引起導流堤破壞。

《公路工程水文助測設計規(guī)范》推薦導流堤堤頭沖刷深度按下式計算：式中：hs——堤頭沖刷深度L——上游堤端至河岸距離B——當另一側(cè)河灘設導流堤時，為設計水位時水面總寬度；當兩側(cè)均設導流堤，為設計水位線至河槽中泓線的距離。Fr——堤頭行近水流弗若德數(shù)Fr=v2/ghH——堤頭天然水深Cm——邊坡減沖系數(shù)Cm=e-0.07mm——邊坡系數(shù)四、導流堤的橫斷面和壩頂高程導流堤橫斷面尺度按下表采用：壩頂高程，上游堤頭的高程應考慮設計水位沿堤長向上游的升高、橋前壅水高度、波浪爬坡高度、床面淤積等水面升高，還應加0.25m的安全值。導流堤各斷面的壩頂高程，可從上游端堤頂高程按水面比降來推算第二節(jié)丁壩丁壩：一種與河岸或路堤成一定角度，深入水中的構造物。是一種廣泛使用的河道整治和維護水工構筑物。丁壩常設置在橋頭引道的一側(cè)或橋梁附近的河岸一側(cè)，特別是在凹岸的一側(cè)，將水流挑離橋頭引道或河岸，并使泥沙在丁壩后部淤積，形成新的水邊線，以達到對凹岸及橋臺保護的目的。丁壩對上下游水流，甚至對岸都有一定影響，適合修建在較寬的河段，在山區(qū)狹窄急流河段應慎用。若需要防護的路堤或河岸較長，可采用數(shù)個丁壩組成的丁壩群進行水流調(diào)治和河岸防護。導治線：將各個壩頭的連線設計成一條平滑的曲線或直線。導治線是設計的水邊線或彎道凹岸的深沿線。導治線兩端應與河岸平順連接。1.漫水丁壩：壩頂高程低于設計洪水位。

壩頂高程常取在相當于常水位或平均洪水位上下。洪水位時為漫水丁壩，常水位及枯水位時為不漫水丁壩。這樣，除洪水期以外的大部分時間，丁壩工作在不漫水丁壩狀態(tài)，有較大的調(diào)治水流和穩(wěn)定河床的作用。大洪水期間，丁壩壩頂淹沒，不會過多阻擋水流，避免壩頭過深沖刷。被淹沒的丁壩之間河底流速仍然很小，仍可發(fā)揮其護岸作用。因此，橋頭防護和沿河路基防護，漫水壩及漫水壩群應用較多。2.不漫水丁壩：壩頂高于設計洪水位在平原區(qū)或半山前區(qū)的寬灘地段，水流易于擺動，流速較小。不漫水丁壩挑水能力強，相應地壩頭沖刷也很嚴重。常用于挑開高洪水流，保護河岸和河灘引道路堤。

漫水丁壩不漫水丁壩

丁壩長度

丁壩長度愈大，壩頭沖刷愈深，挑流能力愈強，對上下游甚至對岸的影響愈大，一般不宜采用過長的丁壩。不透水丁壩長度最大不應超過河槽寬度的15%；樁、排架等組成的透水丁壩，透水性達到80%時，不得超過河槽寬度的35%。山區(qū)河流橋頭及沿河路堤的丁壩不宜超過10m。丁壩群一般可做成整條（挑腳a=90°），其中1號壩做正挑，其長度取后壩的一半，1號壩也可做成下挑。丁壩局部沖刷深度：丁壩不漫水時，壩頭沖刷的原理和計算方法與橋臺基本相同，但漫水丁壩的沖刷是因底流壩頭繞流所致，隨壩頂漫水(淹沒)深度的增大而減小。丁壩沖刷深度計算可根據(jù)下式引入邊坡減沖系數(shù)和漫水減沖系數(shù)計算：

式中：hs——丁壩頭附近最大沖刷深度Fr——堤頭行近水流弗若德數(shù)Az——丁壩阻水面積H——行進水流平均水深Ca——挑角系數(shù)Cm——邊坡減沖系數(shù)Csm——漫水減沖系數(shù)對于直河岸丁壩

對于凹岸丁壩

式中：Δh——淹沒深度即水面到壩頂?shù)纳疃?/p>

Δh/h——淹沒深度，不漫水丁壩Δh=0,

丁壩下游的回流長度LH式中：LH——丁壩下游沿河岸回流區(qū)長度

LD——丁壩阻水長度

C0——謝才系數(shù)

B——河床水面寬度（m）第三節(jié)計算實例【例8-3-1】第六章計算實例中的公路橋，左岸有較快的河灘，左岸橋臺前墻樁號為K0151+604.00，幽暗橋臺前墻樁號為K0151+724.00。左岸爐體阻水長度達104m，只是左岸橋臺沖刷較嚴重。試在左岸橋臺處修建一個圓曲線組合型導流堤，設計導流堤曲線和橫斷面，計算堤頭沖刷深度。解：圓曲線組合堤軸線設計根據(jù)地形取上游堤端圓心角θ1=60°，下游堤端圓心角θd=45°。河灘寬度Btd=121.27m河灘平均水深ht=2.61m河灘流量Qtd=316m3/s路堤阻攔流量Qte=260.4