工程地質(zhì)與橋涵水文教學(xué)作者盛海洋.ppt

第一節(jié) 橋孔最小凈長(zhǎng)Lj計(jì)算 第二節(jié) 橋面中心和引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定,主要內(nèi)容,第十三章 大中橋孔徑計(jì)算,回總目錄,學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1、掌握橋孔最小凈長(zhǎng)Lj計(jì)算 ； 2、掌握橋面中心最低標(biāo)高計(jì)算； 3、掌握引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高的計(jì)算； 4、熟悉橋前最大壅水高度和橋下壅水高度計(jì)算； 5、了解各種水面升高值（波浪高度、波浪侵襲高度、水流局部沖擊高度、河彎超高、水拱和河床的淤高）計(jì)算。 本章重點(diǎn) 1、橋孔最小凈長(zhǎng)計(jì)算； 2、橋面中心最低標(biāo)高和引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高的計(jì)算。 本章難點(diǎn) 橋面中心最低標(biāo)高和引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高的計(jì)算。,第一節(jié) 橋孔最小凈長(zhǎng)Lj計(jì)算,內(nèi)容： 一、建橋后的水流圖式 二、橋孔最小凈長(zhǎng)Lj計(jì)算,一、建橋后的水流圖式,一、建橋后的水流圖式,水流狀態(tài)： 1為開(kāi)始壅水?dāng)嗝妫?為最高壅水?dāng)嗝妫?為橋位斷面；4為橋后收縮斷面；5為恢復(fù)斷面。12為壅水段，水面呈a型壅水曲線。23水面呈漏斗狀降落，縱向橫向均有坡度，但至3斷面，仍有橋下壅高Z，34水面繼續(xù)呈漏斗狀降落，至4斷面為水深最小、動(dòng)能最大的收縮斷面，24整個(gè)為水面降落收縮段，從最高壅水?dāng)嗝嬷潦湛s斷面縱向近似以斜直線連接，45為擴(kuò)散段，水面呈C型壅水曲線，近似地縱向可以斜直線連接。,一、建橋后的水流圖式,沖淤狀態(tài)： 12壅水段，過(guò)水?dāng)嗝嫠钛亓飨蛑饾u增大，流速則由天然流速逐漸減小，挾沙能力漸漸減弱，因而該段出現(xiàn)淤積；24水面降落收縮段，因有效過(guò)水面積沿流程逐漸減小，流速相應(yīng)增大，挾沙能力隨之轉(zhuǎn)向恢復(fù)后又提高，則該段河底出現(xiàn)淤積量沿程逐漸減小而轉(zhuǎn)為沖刷；45擴(kuò)散段，該段沿流向沖刷由大變小轉(zhuǎn)為淤積，又從淤積逐漸恢復(fù)天然輸沙平衡狀態(tài)。,圖13-2 橋下過(guò)水?dāng)嗝婷娣e示意圖,圖13-2 橋下過(guò)水?dāng)嗝婷娣e示意圖,二、橋孔最小凈長(zhǎng)Lj計(jì)算,有關(guān)定義：沿著設(shè)計(jì)水位的水面線，兩橋臺(tái)前緣之間（埋入式橋臺(tái)則為兩橋臺(tái)護(hù)坡坡面之間）的水面寬度，稱為橋孔長(zhǎng)度L，見(jiàn)圖13-2?？鄢繕蚨諏挾龋ㄈ匝卦婢€）后，則稱為橋孔凈長(zhǎng)Lj。,二、橋孔最小凈長(zhǎng)Lj計(jì)算,橋孔長(zhǎng)度的確定，首先應(yīng)滿足排洪和輸沙的要求，即保證設(shè)計(jì)洪水及其所挾帶的泥沙能從橋下順利通過(guò)，并從安全和經(jīng)濟(jì)兩方面著眼，同時(shí)應(yīng)綜合考慮橋孔長(zhǎng)度、橋前壅水和橋下沖刷的相互影響。 公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，對(duì)于峽谷性河段上的橋梁，僅要求按河床地形布置橋孔，不宜壓縮河槽，一般可不作橋孔長(zhǎng)度計(jì)算外，對(duì)其他各類河段上的橋梁，可按以下三種公式計(jì)算橋孔最小凈長(zhǎng)Lj,二、橋孔最小凈長(zhǎng)Lj計(jì)算,（一）.河槽寬度公式 （適用于橋位河段分類表中的開(kāi)闊、順直微彎、分汊、彎曲河段及灘、槽可分的不穩(wěn)定河段）此公式認(rèn)為橋孔凈長(zhǎng)Lj與河槽寬度Bc成正比。 式中：Lj最小橋孔凈長(zhǎng)（m）； Qp設(shè)計(jì)流量（m3/s）； Qc設(shè)計(jì)水位下天然河槽流量（m3/s）； Bc天然河槽寬度（m）； K、n系數(shù)和指數(shù)，按表13-1采用。,（一）.河槽寬度公式,表13-1 K、n值表,二、橋孔最小凈長(zhǎng)Lj計(jì)算,（二）、單寬流量公式 （適用于河段分類表中的寬灘河段）,二、橋孔最小凈長(zhǎng)Lj計(jì)算,（二）、單寬流量公式,式中： qc河槽平均單寬流量（m3/sm），按式 13-2b計(jì)算； 水流壓縮系數(shù)，按式13-2c計(jì)算； Q t天然河灘流量（m3/s） 其他符號(hào)意義同前。,（三）、基本河寬公式,適用于河段分類表中的灘槽難分的不穩(wěn)定河段的公式,（三）、基本河寬公式,式中： 基本河槽寬度（m），按式13-3b計(jì)算 年洪峰流量平均值（m3/s）； 河床泥沙平均粒徑（m） ； 設(shè)計(jì)洪水頻率橋長(zhǎng)換算系數(shù)，按式13-3c計(jì)算 頻率為2的洪水流量（m3/s）； 其他符號(hào)意義同前。,二、橋孔最小凈長(zhǎng)Lj計(jì)算,說(shuō)明：影響橋孔凈長(zhǎng)的因素較多，目前還沒(méi)有能同時(shí)反映各種影響因素的橋孔凈長(zhǎng)的公式。上述公式的計(jì)算結(jié)果僅為滿足排洪輸沙需要的最小橋孔凈長(zhǎng)，確定橋長(zhǎng)時(shí)，可參照計(jì)算結(jié)果，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)跨徑，結(jié)合橋位兩岸地形、河床斷面形態(tài)、河床演變趨勢(shì)、河床地質(zhì)特點(diǎn)、橋臺(tái)和橋頭引道高度等因素綜合考慮。,第二節(jié) 橋面中心和引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定,一、確定最低標(biāo)高的計(jì)算公式 （一）、橋面中心最低設(shè)計(jì)標(biāo)高 （二）、引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高 二、各種水面升高值計(jì)算 （一）、壅水計(jì)算 (二）、波浪高度和波浪侵襲高度 （三）、水流局部沖擊高度 （四）、河彎超高 （五）、水拱和河床的淤高,（一）、橋面中心最低設(shè)計(jì)標(biāo)高,1、對(duì)于不通航河流（圖13-3a） (1)按設(shè)計(jì)水位計(jì)算橋面中心最低標(biāo)高 Hmin=Hp+h+hjh0 (13-4),（一）、橋面中心最低設(shè)計(jì)標(biāo)高,式中: Hmin 橋面中心最低標(biāo)高（m）； Hp設(shè)計(jì)水位標(biāo)高（m）； h根據(jù)河流的具體情況酌情考慮壅水、浪高、波浪壅高、水拱、局部股流壅高（水拱與局部股流壅高不能同時(shí)考慮，取其大者）、河彎超高、床面淤高、漂浮物高度等諸因素的總和（m）；具體確定見(jiàn)后分述； hj橋下凈空安全值，見(jiàn)表13-2； h0橋梁上部構(gòu)造建筑高度（包括橋面鋪裝高度）（m），由上部構(gòu)造設(shè)計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)圖定。,表13-2 不通航河流橋下凈空安全值hj 無(wú)鉸攻的拱腳，可被設(shè)計(jì)洪水淹沒(méi)，淹沒(méi)高度一般不宜超過(guò)拱圈矢高的2/3；拱頂?shù)酌嬷猎O(shè)計(jì)水位的凈高不小于1m。山區(qū)河流水位變化大，橋下凈空安全值可適當(dāng)加大。,（一）、橋面中心最低設(shè)計(jì)標(biāo)高,（2）按流冰水位計(jì)算橋面中心最低標(biāo)高（北方寒冷地區(qū)） Hmin=HpBhj h0 (13-5) 式中：HpB最高流冰水位（m）； (3)取式（13-4）和式（13-5）計(jì)算結(jié)果中大者作為采用的橋面中心最低標(biāo)高。,（一）、橋面中心最低設(shè)計(jì)標(biāo)高,2、對(duì)于通航河流（圖13-3b）,（一）、橋面中心最低設(shè)計(jì)標(biāo)高,通航河流的橋面中心最低標(biāo)高除應(yīng)滿足不通航河流的要求外，同時(shí)還應(yīng)滿足下式要求： Hmin=Htn+HM+h0 （13-6） 式中： Htn設(shè)計(jì)最高通航水位（m）； 如圖13-4所示，采用表13-3規(guī)定的各級(jí)洪 水重現(xiàn)期水位； HM通航凈空高度（m），查表13-4 可得 。 其他符號(hào)意義同前,（一）、橋面中心最低設(shè)計(jì)標(biāo)高,表13-3 天然河流設(shè)計(jì)最高通航水位,（一）、橋面中心最低設(shè)計(jì)標(biāo)高,表13-3注： 1、山區(qū)河流如經(jīng)多年水文資料查證，出現(xiàn)高于設(shè)計(jì)最高通航水位的歷時(shí)很短，則根據(jù)具體情況，三級(jí)航道的標(biāo)準(zhǔn)可降為10年一遇，四、五級(jí)航道可降為5年一遇，六、七級(jí)航道可按23年一遇標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 2、設(shè)計(jì)最低通航水位參見(jiàn)內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)（GB 50139-1990）確定。,圖13-5 導(dǎo)流堤設(shè)置和上游水面降落（a),圖13-5 導(dǎo)流堤設(shè)置和上游水面降落（b),圖13-5 導(dǎo)流堤設(shè)置和上游水面降落（b),圖13-5 導(dǎo)流堤設(shè)置和上游水面降落圖圖中符號(hào),圖中符號(hào)： Ld橋梁兩端橋臺(tái)臺(tái)尾間的距離（m） La橋頭路堤起點(diǎn)（橋臺(tái)臺(tái)尾起算，有時(shí)近似則以橋臺(tái)前緣起算）至同一端岸邊的距離（m） L橋頭路堤起點(diǎn)沿橋軸向至路堤上游側(cè)形成最大壅水處的距離（m） Lx路堤計(jì)算點(diǎn)距橋臺(tái)尾部（路堤起點(diǎn)）的距離（m）,（二）.引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高,1、上游無(wú)導(dǎo)流堤或有梨形堤時(shí)（圖13-5a）,（二）.引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高,1、上游無(wú)導(dǎo)流堤或有梨形堤時(shí)（圖13-5a） 引道路堤任意點(diǎn)路肩最低設(shè)計(jì)標(biāo)高可按下式計(jì)算： (1)當(dāng)LxL時(shí)（建筑界限為斜直線） (2)當(dāng)LxL時(shí)（建筑界限為水平線）,（二）.引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高1、上游無(wú)導(dǎo)流堤或有梨形堤時(shí)（圖13-5a）,式中：Hp設(shè)計(jì)水位（m）； Z橋前最大壅水高度（m）；確定見(jiàn)后述； i0橋位河段洪水比降； hp除了橋前壅水高度以外的水位附加高度（m），包括波浪侵襲高度（斜水流局部沖高）和河床淤積高等，波浪侵襲高度與斜水流局部沖高取兩者之較大者； S由橋軸線至形成橋前最高壅水處的距離（m）；按式（13-9）計(jì)算； L橋頭路堤起點(diǎn)至上游側(cè)形成最大壅水處的距離（m），按式（13-9）計(jì)算。,S=Ks(1M)B (13-9) 式中：B設(shè)計(jì)洪水時(shí)水面寬度（m）； M天然狀態(tài)下橋孔范圍內(nèi)通過(guò)的流量與設(shè)計(jì)流量之比; Ks系數(shù)，按表13-5查用； L=AS0.5Ld (13-10) 式中：A系數(shù)，按表13-6查用。 其他符號(hào)意義同前。,表13-5 Ks值表,表13-6 A值表,（二）.引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高,2、上游有非封閉式導(dǎo)流堤時(shí)（圖13-5b）,（二）.引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高 2、上游有非封閉式導(dǎo)流堤時(shí),引道路堤任意點(diǎn)處路肩的最低設(shè)計(jì)標(biāo)高可按下列公式確定： (1)當(dāng)LaL時(shí)（建筑界限為水平線） Hmin可按式（13-8）計(jì)算。 (2)當(dāng)LaL時(shí)（建筑界限為水平線） Hmin=Hp+Z+LaSi0/L+hp+0.50 (13-11) 式中符號(hào)意義同前,（二）.引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高 3、上游有封閉式導(dǎo)流堤時(shí),3、上游有封閉式導(dǎo)流堤時(shí)（圖13-5b） (1)當(dāng)封閉式導(dǎo)流堤不會(huì)被洪水破壞時(shí)，引道路堤的最低設(shè)計(jì)標(biāo)高由路堤下游水位控制，按下式計(jì)算： Hmin=Hp+Hx+he+0.50 (13-12) 式中：he自靜水面算起的波浪侵襲高度(m)，具體確定方法見(jiàn)后述內(nèi)容； Hx引道路堤下游側(cè)水位較天然（設(shè)計(jì)）水位的降低值（m），按式（13-13）計(jì)算。 其他符號(hào)意義同前。,（二）.引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高 3、上游有封閉式導(dǎo)流堤時(shí),計(jì)算端河灘引道路堤范圍內(nèi)當(dāng)設(shè)計(jì)水位時(shí)的平均水深（m） Kj水位降低系數(shù)，可按表13-7a）和表13-7b）查用； 其它符號(hào)意義同前。,（二）.引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高 3、上游有封閉式導(dǎo)流堤時(shí),（2）當(dāng)封閉式導(dǎo)流堤可能被洪水破壞時(shí)，引道路堤的最低設(shè)計(jì)標(biāo)高按式（13-8）和式（13-11）計(jì)算。 位于壅水范圍內(nèi)的橋位、河彎附近的橋位、有股流涌高和水拱現(xiàn)象的橋位等，河灘引道路堤標(biāo)高應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況考慮增高值。,二、各種水面升高值計(jì)算,（一）、壅水計(jì)算 1.橋前最大壅水高度Z 2.橋下壅水高度Z 一般情況下可采用Z= Z。當(dāng)河床堅(jiān)實(shí)不易沖刷時(shí)，Z=Z;當(dāng)河床松軟易于沖刷時(shí)，Z=0 3.壅水曲線全長(zhǎng) 式中：i洪水比降，以小數(shù)計(jì) 其他符號(hào)意義同前,（二）、波浪高度和波浪侵襲高度,（二）、波浪高度和波浪侵襲高度,式中：hb波浪高度（m），根據(jù)連續(xù)觀測(cè)的100個(gè)波浪高度中最大的一個(gè)，即累積頻率P=1%時(shí)得出的； th雙曲正切函數(shù)，th= ; D 計(jì)算浪程（m）確定方法見(jiàn)后述； 沿浪程方向的平均水深（m）； 汛期沿浪程向的風(fēng)速（m/s），公式中為水面上10m高度處多年測(cè)得的洪水期間自記2min平均最大風(fēng)速的平均值。,沿浪程方向的平均水深 則可通過(guò)作沿最大浪程方向的斷面，計(jì)算出設(shè)計(jì)水位下河床底面下從橋位中心到上游泛濫線之間的水體的面積A，則可以按式 計(jì)算 波浪高度hb的計(jì)算公式（13-16）已制成表格13-12可供查用?？紤]浪高的影響，推求橋面中心最低標(biāo)高時(shí)，取 計(jì)入。,（二）、波浪高度和波浪侵襲高度 2、波浪侵襲高度he,2、波浪侵襲高度he 波浪侵襲高度的大小與波浪的特性、邊岸坡度、坡面粗糙度以及透水性等因素有關(guān)。應(yīng)盡量根據(jù)本地區(qū)的觀測(cè)和調(diào)查資料確定。缺乏資料時(shí)，可根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式確定。 he=KKVRohb (13-17) 式中：he波浪侵襲高度（自靜水位起算）（m） K邊坡糙滲系數(shù)，查表13-13確定； Kv與風(fēng)速有關(guān)的系數(shù)，查表13-14； Ro相對(duì)波浪侵襲高度系數(shù)，查表13-15。,（二）、波浪高度和波浪侵襲高度 2、波浪侵襲高度he,當(dāng)有下列情況之一時(shí)，可不考慮波浪侵襲高度的影響。 (1)洪峰歷時(shí)短促的河流。 (2)浪程短于200m時(shí)。 (3)水深小于1m。 (4)靠近路堤的河灘上，長(zhǎng)有高于水深加半個(gè)波浪高度的成片灌木叢時(shí)。,（二）、波浪高度和波浪侵襲高度 2、波浪侵襲高度he,當(dāng)橋臺(tái)和引道路堤受到波浪斜向侵襲時(shí)，侵襲高度有所減弱，當(dāng)邊坡系數(shù)m1和斜向角度30時(shí)，可用下式計(jì)算he值代替引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算中所考慮的 he 式中：he修正后的波浪侵襲高度（m）； 構(gòu)造物邊坡上水邊線與浪射線之間的夾角。,（三）、水流局部沖擊高度,(13-19) 式中 hjb水流局部沖擊高度（m） Vg沖向路堤、墩臺(tái)的水流或股流平均速（m/s） 水流流向于路堤、墩、臺(tái)軸線間所成的平面交角（） m迎水面邊坡系數(shù),（四）河彎超高,(13-20) 式中 hgc河彎兩岸水位高差(m)； B河彎水面寬度(m)，如灘地有叢林或死水時(shí)，該部分水面寬應(yīng)予以扣除； R河彎曲率半徑(m)，按式13-20a計(jì)算。 (13-20a) 式中 R0凹岸曲率半徑(m)； r0凸岸曲率半徑(m)。,（五）水拱和河床的淤高,1、河流漲水時(shí)，流速逐漸增加，同一斷面的主槽流速比兩側(cè)河灘大，主槽水位比河灘水位上漲快，從而形成水流中間高、兩邊低的水拱現(xiàn)象。 2、在水拱嚴(yán)重的河段上建橋，確定橋面中心最低標(biāo)高時(shí)應(yīng)考慮水拱影響。水拱高度目前尚無(wú)合適的計(jì)算方法，在橋位設(shè)計(jì)時(shí)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查確定。 3、在河床逐年淤積抬高的河流上，橋下凈高應(yīng)考慮河床淤高而適當(dāng)加大，河床淤高值的估算，可通過(guò)水文站多年實(shí)測(cè)斷面資料推算。,本章小結(jié),1、橋孔凈長(zhǎng)按照不同的河段，有三種計(jì)算公式 （1）開(kāi)闊、順直微彎、分汊、彎曲河段及灘、槽可分的不穩(wěn)定河段 （2）寬灘河段 其中, （3）灘槽難分的不穩(wěn)定河段 其中,本章小結(jié),2、引道路堤最低設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定分上游無(wú)導(dǎo)流堤或梨形堤，上游有非封閉式導(dǎo)流堤，上游有封閉式導(dǎo)流堤三種情況，分別有不同的計(jì)算公式。,本章小結(jié),3、