7-2019-5桥渡冲刷-1o

2020/3/301BridgeHydraulics桥渡设计2020/3/3025.1墩台埋置高程5.2最低冲刷线5.3冲刷计算原理5.5桥下一般冲刷桥渡设计5.6墩、台局部冲刷5.4自然冲刷(参HEC20Ch6-2、6-3)Ch.5桥渡冲刷与基底设计2020/3/303目的:找到设计洪水条件下稳定的河床面,确定墩、台基底，保证基础安全。方法：冲刷计算安全埋深值确定重点：一般冲刷计算局部冲刷计算Fordesign&assessmentCh.5桥渡冲刷与基底设计2020/3/304桥墩埋深总冲刷后水深总冲刷深天然水深设计水位天然河床最低冲刷线基底无桥时设计洪水有桥时（稳定床面）ZfZsZnZHsthnhsthft高程深度几个名词：安全埋深hfsCh.5桥渡冲刷与基底设计2020/3/3055.1.1埋深一般规定5.1.2埋置高程影响因素§5.1墩台埋置高程2020/3/306(1)非岩石河床、无冲刷：埋深hft=地面以下大于2m(2)非岩石河床有冲刷，埋深在冲刷线下，且大于：安全埋深hfs=基本埋深值hf0+总冲刷深度hst10%计算规定(3)岩石河床上墩台基底埋入基岩的深度，应考虑岩石的可能冲刷，根据岩石情况分析确定。（5-1）5.1.1埋深一般规定§5.1墩台埋置高程2020/3/307冲刷总深度(m)05101520一般桥梁设计流量(m3/s)安全定值技术复杂、修复困难或重要的特大桥、大桥检算流量(m3/s)2.03.01.52.53.51.83.04.02.03.54.52.34.05.02.5表5.1基底安全埋置深度(铁路规范)ｈfs公路桥的安全埋深值较上表：一般桥梁减0.5m，特大桥各减1.0m，无检算流量级规定。（5-2）5.1.1埋深一般规定特殊桥一般桥%100.3%100.2ststfshhh2020/3/308基础(底)埋置高程=最低冲刷线高程–安全埋深基础埋置高程计算参考线：设计水位Z桥墩、台周围水流、冲刷要素与基础埋置高程，如图（5-3）即:Zf=Zs-hfs5.1.2埋置高程影响因素§5.1墩台埋置高程2020/3/309根据图示,可得如下关系：stfstnhhhZ1.00stfstnhhhhZ1.00stfnhhhZ1.10水文调查、统计查规范(冲刷=0的埋深)计算（5-4）Zf=Zs-hfs5.1.2埋置高程影响因素2020/3/3010最低冲刷线高程Zs=设计水位Z-总冲刷后最大水深(hn+hst)hst自然冲刷深度+一般冲刷深度+局部冲刷深度河床如有其他因素导致的冲刷，应一并考虑。如弯道冲刷:（a)平面图(b)横断面图5-1弯道冲刷示意§5.2最低冲刷线（5-5）冲刷后最低床面高程线。=2020/3/3011原河床自然冲刷一般冲刷局部冲刷§5.2最低冲刷线最低冲刷线图5-2冲刷线纵剖面2020/3/3012河床冲刷是河流变化形式之一。影响因素有多种，本节仅从水动力与泥沙运动关系讨论。§5.3冲刷计算原理sfsxxfy,设冲刷与水流和泥沙条件的关系：（5-6）自然冲刷函数水流变量泥沙变量(),fxUh=粘性,,,gsssdx（1）自然冲刷2020/3/3013（2）桥渡结构物对冲刷的影响sfbsbxxxfy,,（5-7）定性：泥沙临界状态量定量：水流、泥沙输运量计算方程结构物几何变量桥渡结构物变量引起的冲刷表达:§5.3冲刷计算原理桥渡冲刷函数2020/3/3014定性：（1）水流时均临界流速判别河床冲刷见起动流速式（2-12）-（2-14）；（3）水流临界拖曳力（切应力）：临界拖曳力——即是床面上泥沙颗粒由静止开始运动时颗粒受到的水流切应力。（2）水流输沙能力[（2-18）]式原理?SS?0,1,isisqq?cUU§5.3冲刷计算原理自然：一般：?qcUU?cUU¢局部：桥下断面平均流速始冲流速2020/3/3015河床冲刷计算方程水流连续方程与运动方程泥沙输运方程河床变形方程数值法求解：可实现河床自然、桥下一般冲刷，计算中还需要较多补充方程。定量：已知条件下，解经验公式法：在三类方程原理的基础上，通过半经验法获得。§5.3冲刷计算原理2020/3/30161）冲刷厚度--输沙率法(挟沙力法)悬移质冲泻质推移质悬移质床沙质()sbssqqVBtr+=D时间长度体积（5-22）§5.4自然冲刷计算*/sSQtr=D或qs—悬移质单宽输沙率；qb—推移质单宽输沙率；B—河宽；S*—挟沙力。图5-3输沙模式示意2020/3/30171）冲刷厚度--输沙率法(或挟沙力法)1BLVZ土壤孔隙率河段长冲刷厚度（5-23）§5.4自然冲刷计算基本假定：1）一维河流；2）水流、河床质均匀基本方程：ccncstttq,0,UBhQghibxqtt1Mitxqtititti...1,11离散：3)冲刷厚度--迭代计算法dgRdqqttsRgdRb§5.4自然冲刷计算主要计算参数：047.0,8ct洪水流量：40000m3/s断面宽度：700m颗粒粒径：0.32mm床面层土孔隙率：0.4河床比降：0.000045算例§5.3冲刷计算原理PredictedBedDowntrend14161820222426010002000300040005000600070008000900010000DistanceinmElevationinm0yr2yr4yr6yr8yr10yrUltimate(ByParker’seBook)4-yearsectionalmeanscourimmediatelydownstreamofTGD:1.34mcalculated;1.45mobserved计算结果及验证：§5.4自然冲刷计算4)试算法§5.4自然冲刷计算输入已知条件（计算断面、水位、流量、含沙量、悬沙粒径、床沙粒径等）不冲刷计算断面平均流速V或悬沙沉速ωs（式9.11）计算起动流速（式9.8）Uc或挟沙力S*（式9.12）U＞Uc或S＞S*冲刷End输出结果假定冲刷厚度hs否是2020/3/30225)弯道最大冲深：222,2lg07.2bfcbfcBRforBR水位平均河床高程（5-25）（5-24）弯曲半径满槽流量的河宽bbendZZZZ1最低河床高程参：CIRIA,ManualonScouratBridges…,London,2002.§5.4自然冲刷计算2020/3/3023本次课重点1反映水下垂向位置和深度的参数关系2基础埋深规定及计算3自然冲刷计算原理4输沙平衡的计算方法和河床变形计算方法桥渡设计Ch.5桥渡冲刷与基底设计