桥梁墩台冲刷计算.ppt

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1、2023/5/27,13 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,2023/5/27,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,2023/5/27,桥墩的局部冲刷,冲刷深度

2、与行近流速关系,2023/5/27,13.2 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。,2023/5/27,一、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，,非粘性土河槽非粘性河滩粘性土河床,64-1公式3个：,2023/5/27,2023/5/2

3、7,2）64-1修正式,2023/5/27,2023/5/27,2023/5/27,二、非粘性土河滩,2023/5/27,式中：,2023/5/27,2023/5/27,一、河槽部分,64-1：粘性土河床,（13-13）,2023/5/27,式中：,2023/5/27,二、河滩部分,（13-14）,2023/5/27,适用于 非粘性土河槽,64-2 公式（p139）：,64-2 公式：基于输沙平衡理论,2023/5/27,适用于 非粘性土河槽,规范：64-2 简化式,64-2 公式：基于输沙平衡理论,2023/5/27,2023/5/27,2023/5/27,2023/5/27,包尔达可夫公式

4、,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）,2023/5/27,1、均质河床：,2023/5/27,2、无导流堤时桥台偏斜冲刷深度,2023/5/27,3、岩土河床易冲土壤部分的冲刷深度,2023/5/27,13.3 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。,2023/5/27,桥墩局部冲刷的水流结构示意图,2023/5/27

5、,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,2023/5/27,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

6、深度。,2023/5/27,桥墩的局部冲刷,桥墩局部冲刷的机理,2023/5/27,第四节 桥墩的局部冲刷,桥墩局部冲刷的机理,2023/5/27,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v0。桥墩起冲流速v0一般为床沙起动流速v0的0.40.6倍。流速小于v0 的冲刷为清水冲刷，大于v0 的为动床冲刷。,2023/5/27,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

7、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v0。当v大于V0（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。,2023/5/27,桥墩的局部冲刷,冲刷深度与行近流速关系,2023/5/27,桥墩的局部冲刷,冲刷深度与行近流速关系,2023/5/27,一般冲刷深度与局部冲刷深度的区

8、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,2023/5/27,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,2023/5/27,2023/5/27,式中：,2023/5/27,墩型系数表,2023/5/27,墩型系数表,2023/5/27,2023/5/27,2、65-2公式,2023/5/27,2023/5/27,式中：,2023/5/27,粘性土河床桥墩局部冲刷可按下式计算：,2023/5/27,四、行近水深和行近流速取一般冲刷后最大水深

9、作为行近水深和一般冲刷后垂线平均流速作为行近流速。1）按输沙平衡原理公式计算一般冲刷时：2）按冲止流速公式计算一般冲刷深度时，取该公式对应的冲止流速公式计算。,2023/5/27,一 桥台绕流的水流结构 桥台附件的水流由主流区，下游回流区和上游滞流区三部分组成。,2023/5/27,一 桥台绕流的水流结构,2023/5/27,2023/5/27,2023/5/27,2023/5/27,2023/5/27,2023/5/27,抛石防洪保黄河铁路桥加固冲刷严重桥墩,日，一列铁路专用防洪抛石车缓缓驶上京广黄河铁路大桥，以每小时5公里的速度，成功抛下180笼近180立方米石块。郑州铁路局2008年京广

10、线黄河铁路大桥抛石防洪度汛施工，由此拉开序幕。始建于1958年的京广铁路黄河大桥，位于黄河下游游荡性河段上，受当时建桥技术和地理条件限制，大桥桥墩基础较浅。由于大桥上游河水主槽摆动频繁，河床冲刷对大桥的安全造成影响。6月19日小浪底水库即将开闸调水泄洪，最大流量预计将达3900立方米秒，调水泄洪将改变黄河大桥桥址处的水流环境和输沙运行规律。为应对黄河小浪底水库的调沙泄洪，担负大桥养护维修任务的郑州铁路局闻汛而动，正式启动黄河铁路大桥度汛抛石预案。,2023/5/27,防护桥墩周围冲刷的方案和辅助措施。采用在桥墩中开缝或在墩周围设护圈作为控制冲刷深度的措施。清水试验表明，仅用开缝的方法能减少冲刷

11、深度20，而开缝结合使用护圈则可进一步减小冲刷深度。,2023/5/27,桥台冲刷,一 桥台绕流的水流结构,2023/5/27,桥台冲刷,一 桥台绕流的水流结构桥台上下游的流速分布如下：,2023/5/27,桥台冲刷,一 桥台绕流的水流结构,2023/5/27,桥台冲刷,二 桥台冲刷计算1 沙性土河床：,2023/5/27,桥台冲刷,二 桥台冲刷计算1 沙性土河床：,2023/5/27,桥台冲刷,二 桥台冲刷计算1 沙性土河床：,2023/5/27,桥台冲刷,二 桥台冲刷计算桥台挑角系数：,桥台形状系数：,2023/5/27,桥台冲刷,二 桥台冲刷计算1 沙性土河床：引入挑角系数Ca和桥台形状

12、系数CA，则,2023/5/27,桥台冲刷,2 粘性土河床：,2023/5/27,桥台最大冲刷深度，应结合桥位河床特征、压缩程度等情况，分析、计算比较后确定。,2023/5/27,13.4 桥下河槽最低冲刷线,桥下河槽最低冲刷线：,2023/5/27,2023/5/27,非岩性河床天然基础墩台埋深,2023/5/27,最低冲刷线高程,桥墩的最低冲刷线高程Hmin（m）为：桥台的最低冲刷线高程Hmin（m）为：上式中h为桥台所在位置的平均水深。,2023/5/27,墩台基底最小埋置深度,1、在确定桥梁墩台基础埋置深度时，应根据桥位河段具体情况，取河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷的不利组合，作为确定墩台基础埋深的依据。2、非岩石河床墩台基底埋深安全值，可按表确定 3、岩石河床墩台基底最小埋置深度可按规范附录C确定。,2023/5/27,4、位于河槽的桥台，当其最大冲刷深度小于桥墩总冲刷深度时，桥台基底的埋深应与桥墩基底高程相同；当桥台位于河滩时，对河槽摆动的不稳定河流，桥台基底高程应与桥墩相同；在稳定河流上，桥台基底高程可按照桥台冲刷计算结果确定,2023/5/27,5、桥台锥体护坡基脚埋置深度应考虑冲刷的影响，当位于稳定、次稳定河段的河滩上，基脚底面应在一般冲刷线以下至少0.50m；当桥台位于不稳定河流的河滩上，基脚底面应在一般冲刷线以下至少1m。,