ch4-1設(shè)計洪水-橋孔布設(shè)

1、2022/7/231 橋 渡 設(shè) 計Bridge Hydraulics2022/7/2324.1 設(shè)計洪水4.2 橋孔布設(shè)4.3 橋梁孔徑與水力計算孔徑設(shè)計Ch.4 橋渡設(shè)計9.3.3（3）9.49.52022/7/233 4.1.1 設(shè)計洪水概念4.1 設(shè)計洪水 4.1.2 橋渡設(shè)計洪水標(biāo)準 4.1.3 推求設(shè)計洪水基本途徑 4.1.4 設(shè)計洪水重現(xiàn)時間2022/7/234 4.1.1 設(shè)計洪水概念 由于流域內(nèi)降雨或溶雪，大量徑流匯入河道，導(dǎo)致流量激增，水位上漲，這種水文現(xiàn)象，稱為洪水。 （1）洪水 洪水是我國的主要災(zāi)害之一，約有2/3的國土面積受到洪水災(zāi)害的威脅。2022/7/235（2）

2、設(shè)計洪水設(shè)計洪水：作為建筑物設(shè)計依據(jù)的某級洪水。防洪設(shè)計有兩種:1）自防-建筑物自身的抗洪能力； 2）他防-為保護某些重要地區(qū)，所采取的一定防洪標(biāo)準的工程措施。在進行工程設(shè)計時，為了建筑物本身的安全和防護區(qū)的安全，必須按照某種標(biāo)準的洪水進行設(shè)計。 4.1.1 設(shè)計洪水概念2022/7/236（3）設(shè)計洪水的表示 含以下兩部分：1）洪水標(biāo)準：作為設(shè)計計算依據(jù)的標(biāo)準；2）洪水?dāng)?shù)值：相應(yīng)于設(shè)計洪水標(biāo)準的洪水要素的 大?。ㄈ绾榉辶髁?Q、洪水位 Z）。 4.1.1 設(shè)計洪水概念2022/7/237設(shè)計標(biāo)準由國家制定,以設(shè)計規(guī)范給出。規(guī)劃中按工程的種類、大小和重要性, 將建筑物劃分為若干等級, 按不同等

3、級給出相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準。工程設(shè)計有設(shè)計標(biāo)準和校核標(biāo)準。相應(yīng)地，有設(shè)計洪水和校核洪水。（1）設(shè)計洪水標(biāo)準 4.1.2 橋渡設(shè)計洪水標(biāo)準2022/7/238當(dāng)洪水達到設(shè)計標(biāo)準的洪水時，整體建筑物要確保安全，稱為設(shè)計標(biāo)準，又稱為正常運用標(biāo)準；當(dāng)洪水達到校核標(biāo)準的洪水時，其主要建筑物要確保安全，稱為校核標(biāo)準，又稱非常運用標(biāo)準。按正常運用標(biāo)準推算出的洪水稱為設(shè)計洪水；按非常運用標(biāo)準推算出的洪水稱為校核洪水。設(shè)計標(biāo)準校核標(biāo)準 4.1.2 橋渡設(shè)計洪水標(biāo)準2022/7/239用洪水的重現(xiàn)期T（年）或頻率P(=1/T)表示。表4-1公路橋涵路基設(shè)計洪水頻率 P JTG C30-2002、2015構(gòu)造物名稱公路等

4、級高速公路一二三四特大橋1/3001/3001/1001/1001/100大、中橋1/1001/1001/1001/501/50小橋1/1001/1001/501/251/25涵洞及小型排水構(gòu)造物1/1001/1001/501/25按具體情況確定路基1/1001/1001/501/25按具體情況確定（2）設(shè)計洪水標(biāo)準的表示 4.1.2 橋渡設(shè)計洪水標(biāo)準2022/7/2310表4-2 鐵路橋涵路基洪水頻率( P )標(biāo)準鐵路等級設(shè)計洪水頻率檢算洪水頻率橋梁涵洞路基技術(shù)復(fù)雜、修復(fù)困難或重要的大橋和特大橋I、II1/1001/1001/1001/300III1/501/501/501/100鐵路工程水

5、文勘測設(shè)計規(guī)范TB 10017-99鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范 TB10002.1-200511 4.1.2 橋渡設(shè)計洪水標(biāo)準鐵路等級設(shè)計洪水頻率檢算洪水頻率橋梁涵洞路基技術(shù)復(fù)雜、修復(fù)困難或重要的大橋和特大橋I、II1/1001/1001/1001/300III1/501/501/501/1002022/7/2311表4-3 鐵路橋涵、路基洪水頻率( P )標(biāo)準鐵路工程水文勘測規(guī)范TB 10017-2018 4.1.2 橋渡設(shè)計洪水標(biāo)準鐵路等級設(shè)計洪水頻率檢算洪水頻率橋梁涵洞路基技術(shù)復(fù)雜、修復(fù)困難或重要的大橋和特大橋客運專線、1/1001/1001/1001/3001/1001/501/501/30

6、01/501/501/501/1002022/7/2312洪峰流量 Qm（m3/s）: 年洪水過程的最大流量。橋涵、路堤設(shè)計洪水，主要用設(shè)計(洪峰)流量，和相應(yīng)的設(shè)計(洪峰)水位。（3）表示設(shè)計洪水的物理量洪峰水位 Zm（m）: 相應(yīng)于Qm的水位。設(shè)計流量表示為：QP 如Q1%設(shè)計標(biāo)準為1%的流量 設(shè)計水位表示為：ZP 如Z1% 設(shè)計標(biāo)準為1%的水位 4.1.2 橋渡設(shè)計洪水標(biāo)準2022/7/2313 4.1.2 橋渡設(shè)計洪水標(biāo)準河流洪水流量水位具有正相關(guān)性。2022/7/2314 4.1.2 橋渡設(shè)計洪水標(biāo)準設(shè)計洪水位是橋孔的高度（梁底高程）和橋長設(shè)計所依據(jù)的重要條件，同時須考慮其他因素。2

7、022/7/2315根據(jù)流域的資料條件，常用以下途徑推求洪水頻率及設(shè)計洪水：（1）由流量資料推求設(shè)計洪水 4.1.3 推求設(shè)計洪水基本途徑概率統(tǒng)計法1）適用條件：需有長期（單位：年）流量資料2）樣本選?。喝∶磕炅髁孔畲笾底鳂颖?）推求方法：經(jīng)驗頻率配合理論頻率計算4）適用環(huán)境：大流域、河流2022/7/2316（2）由暴雨資料推求設(shè)計洪水14 4.1.3 推求設(shè)計洪水基本途徑1）條件：缺乏長期（單位：年）流量資料2）方法：推理公式：產(chǎn)、匯流關(guān)系設(shè)計暴雨轉(zhuǎn)換推求設(shè)計暴雨轉(zhuǎn)換設(shè)計洪水3）適用環(huán)境：小流域、無流量觀測2022/7/23172）洪水出現(xiàn)的大小也是隨機的（1）洪水是隨機事件 4.1.4

8、設(shè)計洪水重現(xiàn)時間1）洪水出現(xiàn)的時間是隨機的（2）洪水重現(xiàn)期或頻率具有大樣本統(tǒng)計意義如頻率為1%的洪水，并非每隔一百年出現(xiàn)一次。100年因此，橋梁壽命期內(nèi)，時時都有遭遇設(shè)計洪水的可能。橋梁防洪非常重要。2022/7/23184.2 橋孔布設(shè)橋位選擇橋孔布設(shè) 圖 4.1 橋的二向布置2022/7/23194.2 橋孔布設(shè)4.2.1 一般規(guī)定1) 應(yīng)考慮橋前壅水和橋下沖刷；2) 對通航河流，應(yīng)綜合考慮河流特性及通航要求合理確定孔跨布置；3) 流冰河流橋孔布置：適當(dāng)增大孔徑、考慮防冰或破冰措施；4) 大橋下河床一般不用鋪砌加固；5) 地形復(fù)雜時應(yīng)根據(jù)橋址地形圖及縱橫斷面圖布設(shè)孔跨；2022/7/232

9、04.2 橋孔布設(shè)橋位流向 圖 4.3 橋前壅水-模型觀測成果2022/7/23214.2 橋孔布設(shè)原河床面壓縮沖刷床面 圖 4.4 沖刷既有橋?qū)崪y2022/7/23224.2 橋孔布設(shè)圖 4.5 現(xiàn)有河床通航2022/7/23234.2 橋孔布設(shè)通航寬度 圖 4.6 設(shè)計洪水發(fā)生后枯水通航寬度2022/7/23244.2 橋孔布設(shè)6) 孔跨布置要便于施工7) 存在不確定因素時，橋孔留有余地8) 二線橋考慮兩橋間影響 圖 4.2 雙線橋的影響橋軸線橋軸線下游橋墩在上游橋墩的沖刷坑處上游橋墩間水流壓縮引起下游橋墩的沖刷2022/7/23254.2 橋孔布設(shè)4.2.2 各類河段橋孔布設(shè)（1）山區(qū)河

10、流峽谷段橋臺不得伸入河槽；開闊段橋臺可入河灘，考慮擺動 圖 4.7 山區(qū)橋孔布設(shè)示意2022/7/23264.2 橋孔布設(shè)（2）山前區(qū)河流沖積扇上游狹窄段和下游收縮段: 參山區(qū)河流變遷河流：調(diào)查研究歷史變遷規(guī)律，推斷未來趨勢，設(shè)橋孔留有余地。2022/7/23274.2 橋孔布設(shè)順直微彎和蜿蜒河段：深泓擺動范圍內(nèi)設(shè)橋孔分汊河段：不宜封堵河汊游蕩河段：游蕩范圍內(nèi)設(shè)橋兩岸筑有堤壩河段：一般不宜壓縮河道根據(jù)河流穩(wěn)定狀態(tài)布設(shè)橋孔（3）平原河流2022/7/23284.3 橋梁孔徑與水力計算4.3.1 壅水原理橋址河段水流圖：平面：上游收縮段 橋址被壓縮 下游擴散段縱面：上游壅高， 橋址收縮， 下游復(fù)原

11、平面收縮段、擴散段長度與壓縮程度及過流量有關(guān)。2022/7/23294.3 橋梁孔徑與水力計算足夠大1倍橋孔長上游影響區(qū)外LuLdLc下游影響區(qū)外4Lc收縮、擴散段長度？收縮段2022/7/23304.3 橋梁孔徑與水力計算上游： 因水流受到橋結(jié)構(gòu)物阻礙，動能減小，而勢能（壓能）增大，表現(xiàn)為水位升高，稱為壅水。橋下： 因橋孔壓縮了過流斷面面積，流速增大，動能增大，而勢能減小，表現(xiàn)為水位降低。下游： 因水流出橋孔后，過流寬度（面積）增大，而流速減小，動能減小，而勢能增大，表現(xiàn)為水位升高，恢復(fù)至天然水位。2022/7/23314.3 橋梁孔徑與水力計算壅水計算原理：符合流體力學(xué)的連續(xù)原理、運動方程。2022/7/231）壅水?dāng)嗝嫠睢⒘魉偃嗝?（上游）、 （橋孔下游，圖中）能量方程：連續(xù)方程：(4-3)4.2.2 橋下水力計算 Ch.42022/7/2332橋梁處橫斷面縱斷面恢復(fù)收縮下降壅水2022/7/2333重 點1 設(shè)計洪水及其標(biāo)準 設(shè)計洪水意義及表示；標(biāo)準的含義2 由流量資料推求設(shè)計洪水 資料獲得及審查； 樣本的選?。?特大洪水意義、重現(xiàn)期、經(jīng)驗頻率計算 用P-III曲線推求設(shè)計洪水的方法3 小流域設(shè)計洪水 特點？ 原理、方法 ？ 設(shè)計洪水（流量與水位）Ch.