第十三章桥梁墩台冲刷计算.ppt

§13 桥梁墩台冲刷计算 §13.1 墩台冲刷类型 大中桥水力计算的三大基本内容： 桥长、桥面最低标高、墩台基础最小埋置深度。 一、河床自然演变冲刷： 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 二、桥下断面一般冲刷： 桥孔压缩水流，桥下流速增大，水流挟沙能力也随之增大，引起断面河床冲刷的现象 三、墩台局部冲刷： 水流受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷现象 床面开始冲刷时的流速，称为床沙起冲流速，以v0’表示 床面泥沙起动时的流速，称为床沙起动流速，以v0表示 冲刷停止时的垂线平均流速，称为冲止流速，以vz表示 桥墩的局部冲刷 冲刷深度与行近流速关系 §13.2 桥下断面一般冲刷深度 一般冲刷深度：通常用冲刷停止时桥下的垂线水深来表示 尚无成熟理论，主要按经验公式（64-1；64-2；）或包尔达可夫公式计算 64-1公式、64-2公式为1964年全国桥渡冲刷学术会议推荐试用，1991年《公路桥位勘测设计规范》正式作为推荐公式，《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）采用简化式。 一、非粘性土河槽 基本假定：当河槽断面流速等于冲止流速时，桥下一般冲刷随即停止，且一般冲刷深度达到最大，由此有， 2）64-1修正式 二、非粘性土河滩 式中： 一、河槽部分 式中： 二、河滩部分 适用于 非粘性土河槽 64-2 公式（p139）： 适用于 非粘性土河槽 规范：64-2 简化式 §13.2.3 包尔达可夫公式 包尔达可夫按别列柳伯斯基假定建立的一般冲刷公式；只适用于稳定性河段（没有考虑土质因素和单宽流量集中情况） 1、均质河床： 2、无导流堤时桥台偏斜冲刷深度 3、岩土河床易冲土壤部分的冲刷深度 §13.3 墩台局部冲刷深度 墩台局部冲刷深度：墩台周围因水流冲刷形成的冲刷坑最大深度。 墩台局部冲刷原因：流向桥墩的水流受到墩身的阻挡，桥墩周围的水流结构发生急剧变化，水流的绕流使流线急剧弯曲，床面附近形成旋涡，剧烈淘刷桥墩迎水端和周围的泥沙，形成局部冲刷坑。 桥墩局部冲刷的水流结构示意图 与桥墩局部冲刷深度有关的主要因素： 1、冲向桥墩的流速 2、桥墩的宽度 3、桥墩型式 4、水深 5、床沙粒径 桥墩的局部冲刷 流向桥墩的水流受到墩身的阻挡，桥墩周围的水流结构发生急剧变化，水流的绕流使流线急剧弯曲，床面附近形成漩涡，剧烈掏刷桥墩迎水端和周围的泥沙，形成局部冲刷坑，随着冲刷坑的不断加深和扩大，坑底流速逐渐降低，水流挟沙能力随之喊弱，上游进入冲刷坑的泥沙与水流冲走的泥沙趋向平衡，同时，冲刷坑底的泥沙逐渐粗化。坑底粗糙程度增大，抗冲能力增强，使水流的冲刷作用与床沙的抗冲作用也趋向平衡，冲刷随之停止，局部冲刷坑达到最深。冲刷坑外缘与桥墩前端坑底的最大高差，就是最大局部冲刷深度。 桥墩的局部冲刷 桥墩局部冲刷的机理 第四节 桥墩的局部冲刷 桥墩局部冲刷的机理 桥墩的局部冲刷 冲刷深度与行近流速关系 桥墩局部冲刷深度与冲向桥墩的水流速度(以垂线平均流速表示)有关。当速度V增大到一定程度时，桥墩迎水面两侧的泥沙首先被水流冲走，床面开始冲刷，此时冲向桥墩的水流行近流速（垂线平均流速）称为桥墩起冲流速v’0。桥墩起冲流速v’0一般为床沙起动流速v0的0.4～0.6倍。 流速小于v0 的冲刷为清水冲刷，大于v0 的为动床冲刷。 桥墩的局部冲刷 冲刷深度与行近流速关系 根据模型试验和观测资料可知，桥墩局部冲刷深度与涌向桥墩的流速V有关。 当V逐渐增大到一定数值时，桥墩迎水面两侧的泥沙开始被冲走而产生冲刷，此时涌向桥墩的垂线平均流速称为墩旁床沙的起冲流速v’0。 当v大于V’0 （V表示河床泥沙的起动流速)并继续增大时，冲刷坑逐渐加深和扩大，局部冲刷深度与V近似呈直线关系增大， 当V增大到V。时，床面泥沙大量起动，上游来的泥沙有些将潜留在冲刷坑内，因此当VV0并继续增大时，冲刷坑深度的增长因有泥沙补给而减缓，局部冲刷深度hb与V呈曲线关系。 桥墩的局部冲刷 冲刷深度与行近流速关系 桥墩的局部冲刷 冲刷深度与行近流速关系 一般冲刷深度与局部冲刷深度的区别： 1、一般冲刷深度是从设计水位至一般冲刷线的最大深度 2、局部冲刷深度是从一般冲刷线至冲刷坑底的最大深度 《公路桥位勘测设计规范》JTGC30-2002推荐的65-1，65-2修正后的新公式 一、非粘性土河床的局部冲刷深度 1、65-1修正式 式中： 墩型系数表 墩型系数表 2、65-2公式 式中： 粘性土河床桥墩局部冲刷可按下式计算： 四、行近水深和行近流速 取一般冲刷后最大水深作为行近水深和一般冲刷后垂