建筑橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算

建筑橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算第1頁/共73頁2023/4/4床面開始沖刷時(shí)的流速，稱為床沙起沖流速，以v0’表示床面泥沙起動(dòng)時(shí)的流速，稱為床沙起動(dòng)流速，以v0表示沖刷停止時(shí)的垂線平均流速，稱為沖止流速，以vz表示第2頁/共73頁2023/4/4橋墩的局部沖刷沖刷深度與行近流速關(guān)系第3頁/共73頁2023/4/4§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(shí)橋下的垂線水深來表示尚無成熟理論，主要按經(jīng)驗(yàn)公式（64-1；64-2；）或包爾達(dá)可夫公式計(jì)算

64-1公式、64-2公式為1964年全國橋渡沖刷學(xué)術(shù)會(huì)議推薦試用，1991年《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》正式作為推薦公式，《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGC30-2002）采用簡(jiǎn)化式。第4頁/共73頁2023/4/4一、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(shí)，橋下一般沖刷隨即停止，且一般沖刷深度達(dá)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個(gè)：第5頁/共73頁2023/4/4第6頁/共73頁2023/4/42）64-1修正式第7頁/共73頁2023/4/4第8頁/共73頁2023/4/4第9頁/共73頁2023/4/4二、非粘性土河灘第10頁/共73頁2023/4/4式中：第11頁/共73頁2023/4/4第12頁/共73頁2023/4/4一、河槽部分64-1：粘性土河床

（13-13）第13頁/共73頁2023/4/4式中：第14頁/共73頁2023/4/4二、河灘部分

（13-14）第15頁/共73頁2023/4/4適用于非粘性土河槽64-2公式（p139）：64-2公式：基于輸沙平衡理論第16頁/共73頁2023/4/4適用于非粘性土河槽規(guī)范：64-2簡(jiǎn)化式64-2公式：基于輸沙平衡理論第17頁/共73頁2023/4/4第18頁/共73頁2023/4/4第19頁/共73頁2023/4/4第20頁/共73頁2023/4/4§13.2.3

包爾達(dá)可夫公式

包爾達(dá)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）第21頁/共73頁2023/4/41、均質(zhì)河床：第22頁/共73頁2023/4/42、無導(dǎo)流堤時(shí)橋臺(tái)偏斜沖刷深度第23頁/共73頁2023/4/43、巖土河床易沖土壤部分的沖刷深度第24頁/共73頁2023/4/4§13.3

墩臺(tái)局部沖刷深度

墩臺(tái)局部沖刷深度：墩臺(tái)周圍因水流沖刷形成的沖刷坑最大深度。

墩臺(tái)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沙，形成局部沖刷坑。第25頁/共73頁2023/4/4橋墩局部沖刷的水流結(jié)構(gòu)示意圖第26頁/共73頁2023/4/4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、床沙粒徑第27頁/共73頁2023/4/4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(kuò)大，坑底流速逐漸降低，水流挾沙能力隨之喊弱，上游進(jìn)入沖刷坑的泥沙與水流沖走的泥沙趨向平衡，同時(shí)，沖刷坑底的泥沙逐漸粗化。坑底粗糙程度增大，抗沖能力增強(qiáng)，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(dá)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。第28頁/共73頁2023/4/4橋墩的局部沖刷橋墩局部沖刷的機(jī)理第29頁/共73頁2023/4/4第四節(jié)橋墩的局部沖刷橋墩局部沖刷的機(jī)理第30頁/共73頁2023/4/4橋墩的局部沖刷沖刷深度與行近流速關(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(shí)，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(shí)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(dòng)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(dòng)床沖刷。第31頁/共73頁2023/4/4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(yàn)和觀測(cè)資料可知，橋墩局部沖刷深度與涌向橋墩的流速V有關(guān)。當(dāng)V逐漸增大到一定數(shù)值時(shí)，橋墩迎水面兩側(cè)的泥沙開始被沖走而產(chǎn)生沖刷，此時(shí)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(dòng)流速)并繼續(xù)增大時(shí)，沖刷坑逐漸加深和擴(kuò)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(shí)，床面泥沙大量起動(dòng)，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(shí)，沖刷坑深度的增長因有泥沙補(bǔ)給而減緩，局部沖刷深度hb與V呈曲線關(guān)系。第32頁/共73頁2023/4/4橋墩的局部沖刷沖刷深度與行近流速關(guān)系第33頁/共73頁2023/4/4橋墩的局部沖刷沖刷深度與行近流速關(guān)系第34頁/共73頁2023/4/4一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(jì)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第35頁/共73頁2023/4/4《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)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修正式第36頁/共73頁2023/4/4第37頁/共73頁2023/4/4式中：第38頁/共73頁2023/4/4墩型系數(shù)表第39頁/共73頁2023/4/4墩型系數(shù)表第40頁/共73頁2023/4/4第41頁/共73頁2023/4/42、65-2公式第42頁/共73頁2023/4/4第43頁/共73頁2023/4/4式中：第44頁/共73頁2023/4/4粘性土河床橋墩局部沖刷可按下式計(jì)算：第45頁/共73頁2023/4/4四、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流速。1）按輸沙平衡原理公式計(jì)算一般沖刷時(shí)：2）按沖止流速公式計(jì)算一般沖刷深度時(shí)，取該公式對(duì)應(yīng)的沖止流速公式計(jì)算。第46頁/共73頁2023/4/4

一橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu)橋臺(tái)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。第47頁/共73頁2023/4/4

一橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu)第48頁/共73頁2023/4/4第49頁/共73頁2023/4/4第50頁/共73頁2023/4/4第51頁/共73頁2023/4/4第52頁/共73頁2023/4/4第53頁/共73頁2023/4/4拋石防洪保黃河鐵路橋加固沖刷嚴(yán)重橋墩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(shí)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。始建于1958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(shí)建橋技術(shù)和地理?xiàng)l件限制，大橋橋墩基礎(chǔ)較淺。由于大橋上游河水主槽擺動(dòng)頻繁，河床沖刷對(duì)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(jì)將達(dá)3900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(yùn)行規(guī)律。為應(yīng)對(duì)黃河小浪底水庫的調(diào)沙泄洪，擔(dān)負(fù)大橋養(yǎng)護(hù)維修任務(wù)的鄭州鐵路局聞汛而動(dòng)，正式啟動(dòng)黃河鐵路大橋度汛拋石預(yù)案。第54頁/共73頁2023/4/4防護(hù)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(hù)圈作為控制沖刷深度的措施。清水試驗(yàn)表明，僅用開縫的方法能減少?zèng)_刷深度20％，而開縫結(jié)合使用護(hù)圈則可進(jìn)一步減小沖刷深度。第55頁/共73頁2023/4/4橋臺(tái)沖刷

一橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu)第56頁/共73頁2023/4/4橋臺(tái)沖刷

一橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu)橋臺(tái)上下游的流速分布如下：第57頁/共73頁2023/4/4橋臺(tái)沖刷

一橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu)第58頁/共73頁2023/4/4橋臺(tái)沖刷

二橋臺(tái)沖刷計(jì)算1沙性土河床：第59頁/共73頁2023/4/4橋臺(tái)沖刷二橋臺(tái)沖刷計(jì)算1沙性土河床：第60頁/共73頁2023/4/4橋臺(tái)沖刷

二橋臺(tái)沖刷計(jì)算1沙性土河床：第61頁/共73頁2023/4/4橋臺(tái)沖刷

二橋臺(tái)沖刷計(jì)算橋臺(tái)挑角系數(shù)：橋臺(tái)形狀系數(shù)：第62頁/共73頁2023/4/4橋臺(tái)沖刷

二橋臺(tái)沖刷計(jì)算1沙性土河床：引入挑角系數(shù)Ca和橋臺(tái)形狀系數(shù)CA，則第63頁/共73頁2023/4/4橋臺(tái)沖刷2粘性土河床：第64頁/共73頁2023/4/4

橋臺(tái)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(jì)算比較后確定。第65頁/共73頁2023/4/4§13.4橋下河槽最低沖刷線

橋下河槽最低沖刷線：

第66頁/共73頁2023/4/4第67頁/共73頁2023/4/4非巖性河床天然基礎(chǔ)墩臺(tái)埋深第68頁/共73頁2023/4/4最低沖刷線高程橋墩的最低沖刷線高程Hmin（m）為：

橋臺(tái)的最低沖刷線高程Hmin（m）為：上式中h為橋臺(tái)所在位置的平均水深。第69頁/共73頁2023/4/4墩臺(tái)基底最小埋置深度1、在確定橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)埋置深度時(shí)，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(tái)基礎(chǔ)埋深的依據(jù)。

2、非巖石河床墩臺(tái)基底埋深安全值，可按表7.6.2確定

3、巖石河床墩臺(tái)基底最小埋置深度可按規(guī)范附錄C確定。第70頁/共73頁2023/4/4

4、位于河槽的橋臺(tái)，當(dāng)其最大沖刷深度小于橋墩總沖刷深度時(shí)，橋臺(tái)基底的埋深應(yīng)與橋墩基底高程相同；