橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算.ppt

1、2020/8/3,13 橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算,13.1 墩臺(tái)沖刷類型 大中橋水力計(jì)算的三大基本內(nèi)容： 橋長(zhǎng)、橋面最低標(biāo)高、墩臺(tái)基礎(chǔ)最小埋置深度。 一、河床自然演變沖刷： 河床在水力作用及泥沙運(yùn)動(dòng)等因素的影響下，自然發(fā)育過程造成的沖刷現(xiàn)象 二、橋下斷面一般沖刷： 橋孔壓縮水流，橋下流速增大，水流挾沙能力也隨之增大，引起斷面河床沖刷的現(xiàn)象 三、墩臺(tái)局部沖刷： 水流受墩臺(tái)阻擋，在墩臺(tái)附近發(fā)生的沖刷現(xiàn)象,2020/8/3,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,2020/8/3,橋墩的局部沖

2、刷,沖刷深度與行近流速關(guān)系,2020/8/3,13.2 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（JTG C30-2002）采用簡(jiǎn)化式。,2020/8/3,一、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)：,2020/8/3,202

3、0/8/3,2）64-1修正式,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,二、非粘性土河灘,2020/8/3,式中：,2020/8/3,2020/8/3,一、河槽部分,64-1：粘性土河床,（13-13）,2020/8/3,式中：,2020/8/3,二、河灘部分,（13-14）,2020/8/3,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,2020/8/3,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,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,13.2.3 包爾達(dá)可夫公式,包爾

4、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）,2020/8/3,1、均質(zhì)河床：,2020/8/3,2、無導(dǎo)流堤時(shí)橋臺(tái)偏斜沖刷深度,2020/8/3,3、巖土河床易沖土壤部分的沖刷深度,2020/8/3,13.3 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。,2020/8/3,橋墩局部沖刷的水流結(jié)構(gòu)示意圖,2020/8/3,與橋墩局部沖刷

5、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,2020/8/3,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?？拥状植诔潭仍龃?，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。,2

6、020/8/3,橋墩的局部沖刷,橋墩局部沖刷的機(jī)理,2020/8/3,第四節(jié) 橋墩的局部沖刷,橋墩局部沖刷的機(jī)理,2020/8/3,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v0。橋墩起沖流速v0一般為床沙起動(dòng)流速v0的0.40.6倍。 流速小于v0 的沖刷為清水沖刷，大于v0 的為動(dòng)床沖刷。,2020/8/3,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

7、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v0。 當(dāng)v大于V0 （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)VV0并繼續(xù)增大時(shí)，沖刷坑深度的增長(zhǎng)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。,2020/8/3,橋墩的局部沖刷,沖刷深度與行近流速關(guān)系,2020/8/3,橋墩的局部沖刷,沖刷深度與行近流速關(guān)系,2020/8/3,一般沖刷深度與局部沖刷深度的區(qū)別：,1、

8、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,2020/8/3,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,2020/8/3,2020/8/3,式中：,2020/8/3,墩型系數(shù)表,2020/8/3,墩型系數(shù)表,2020/8/3,2020/8/3,2、65-2公式,2020/8/3,2020/8/3,式中：,2020/8/3,粘性土河床橋墩局部沖刷可按下式計(jì)算：,2020/8/3,四、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

9、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。,2020/8/3,一 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。,2020/8/3,一 橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu),2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,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

10、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。,2020/8/3,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

11、使用護(hù)圈則可進(jìn)一步減小沖刷深度。,2020/8/3,橋臺(tái)沖刷,一 橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu),2020/8/3,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：,2020/8/3,橋臺(tái)沖刷,一 橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu),2020/8/3,橋臺(tái)沖刷,二 橋臺(tái)沖刷計(jì)算 1 沙性土河床：,2020/8/3,橋臺(tái)沖刷,二 橋臺(tái)沖刷計(jì)算 1 沙性土河床：,2020/8/3,橋臺(tái)沖刷,二 橋臺(tái)沖刷計(jì)算 1 沙性土河床：,2020/8/3,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)：,2020/8/3,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,2020

12、/8/3,橋臺(tái)沖刷,2 粘性土河床：,2020/8/3,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。,2020/8/3,13.4 橋下河槽最低沖刷線,橋下河槽最低沖刷線：,2020/8/3,2020/8/3,非巖性河床天然基礎(chǔ)墩臺(tái)埋深,2020/8/3,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。,2020/8/3,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。,2020/8/3,4、位于河槽的橋臺(tái)，當(dāng)其最大沖刷深度小于