第十三章_桥梁墩台冲刷计算

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1、§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9/3/2021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9/3/2021桥墩的局部冲刷冲刷深度与行近流速关

2、系9/3/2021§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》（JTGC30-2002）采用简化式。9/3/2021一、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：9/3/20219/3/20212）64-1

3、修正式9/3/20219/3/20219/3/2021二、非粘性土河滩9/3/2021式中：9/3/20219/3/2021一、河槽部分64-1：粘性土河床（13-13）9/3/2021式中：9/3/2021二、河滩部分（13-14）9/3/2021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9/3/2021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9/3/20219/3/20219/3/20219/3/2021§13.2.3包尔达可夫公式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

4、土质因素和单宽流量集中情况）9/3/20211、均质河床：9/3/20212、无导流堤时桥台偏斜冲刷深度9/3/20213、岩土河床易冲土壤部分的冲刷深度9/3/2021§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。9/3/2021桥墩局部冲刷的水流结构示意图9/3/2021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、

5、床沙粒径9/3/2021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，就是最大局部冲刷深度。9/3/2021桥墩的局部冲刷桥墩局部冲刷的机理9/3/2021第四节桥

6、墩的局部冲刷桥墩局部冲刷的机理9/3/2021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v’0。桥墩起冲流速v’0一般为床沙起动流速v0的0.4～0.6倍。流速小于v0的冲刷为清水冲刷，大于v0的为动床冲刷。9/3/2021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

7、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v’0。当v大于V’0（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V>V0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。9/3/2021桥墩的局部冲刷冲刷深度与行近流速关系9/3/2021桥墩的局部冲刷冲刷深度与行近流速关系9/3/2021一般冲刷深度与局部冲刷深度的区别：1、一般冲刷深度是从设计水位至一般冲刷线的