橋涵水文第八章調(diào)治構(gòu)造物

第八章調(diào)治構(gòu)造物1.導(dǎo)流堤2.丁壩3.計(jì)算實(shí)例主要內(nèi)容3概述什么是調(diào)治構(gòu)造物？導(dǎo)流堤丁壩順壩、挑水壩其他橋頭防護(hù)工程調(diào)治構(gòu)造物的功能：

調(diào)節(jié)水流使其均勻、順暢地流過橋孔，防治橋下斷面和上下游附近的河床、河岸發(fā)生不利變形，確保橋梁安全。調(diào)治構(gòu)造物1.導(dǎo)流構(gòu)造物2.挑流構(gòu)造物3.防護(hù)構(gòu)造物①導(dǎo)流堤②梨形堤③錐坡體①丁壩②順壩③挑水壩①堤岸防護(hù)②坡面防護(hù)③路基防護(hù)與加固5調(diào)治構(gòu)造物導(dǎo)流堤導(dǎo)流堤丁壩順?biāo)畨纬Ｒ姷恼{(diào)治構(gòu)造物調(diào)治構(gòu)造物的布設(shè)原則：結(jié)合河段特性，水文、地形和地質(zhì)等自然條件，橋頭路堤位置，通航要求，水利設(shè)施等因素綜合考慮，兼顧兩岸、上下游、洪水枯水位，確定總體布置方案。水文及河床變形復(fù)雜的河段，橋孔和調(diào)治構(gòu)造物布設(shè)應(yīng)做水工模型實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行分析驗(yàn)證。導(dǎo)流堤的設(shè)計(jì)洪水頻率與橋梁設(shè)計(jì)洪水頻率相同。丁壩等其他調(diào)治構(gòu)造物的設(shè)計(jì)洪水頻率應(yīng)與所依托的工程設(shè)計(jì)洪水頻率相同。順應(yīng)水勢(shì)、因勢(shì)利導(dǎo)、因地制宜導(dǎo)流堤的作用：導(dǎo)流堤的主要作用是引導(dǎo)水流平順通過橋孔，提高橋孔泄洪能力，減少對(duì)橋下河床的集中沖刷，減緩沖刷進(jìn)程，減少對(duì)墩臺(tái)的沖刷威脅。無(wú)導(dǎo)流堤時(shí)，被橋頭路堤阻斷的河灘水流將斜向流入橋孔，可引起橋臺(tái)附近的嚴(yán)重沖刷；設(shè)置導(dǎo)流堤后，橋下河床的沖刷分布趨于均勻，并擴(kuò)散到橋梁上下游的較大范圍，減緩了沖刷進(jìn)程。適用條件:河灘流量較大時(shí)第一節(jié)導(dǎo)流堤9

如何設(shè)置導(dǎo)流堤？根據(jù)河灘流量占總流量的比例來(lái)確定，一般認(rèn)為，被河灘路堤阻斷的河灘流量占總流量的15％(單側(cè)河灘)或25％(雙側(cè)河灘)以上時(shí)，需設(shè)置導(dǎo)流堤；小于上述數(shù)值時(shí)，可設(shè)置梨形堤；小于5％時(shí)，加固橋頭護(hù)坡即可。當(dāng)河灘水深小于1m，或橋下沖刷前的平均流速小于1m/s時(shí)，則不必設(shè)置導(dǎo)流堤。

河灘流量較大時(shí)，橋上游應(yīng)修建導(dǎo)流堤，引導(dǎo)上游水流和河灘水流逐漸改變方向，形成平行水流，平順地通過橋孔，使橋下斷面的流速、水深及輸沙等分布都較為均勻，避免橋下和橋頭出現(xiàn)集中沖刷。導(dǎo)流堤一、導(dǎo)流堤的繞流導(dǎo)流堤水流的繞流決定了導(dǎo)流堤合理的平面線形，以與繞流流線配合較好、堤長(zhǎng)適當(dāng)、設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)便的線型為佳。河灘水流彎曲繞過A點(diǎn)，這里水流集中，流速大，水面雍高。然后，水流轉(zhuǎn)向沿導(dǎo)流堤流向橋孔。在B點(diǎn)附近，水流相遇，形成第二個(gè)高速區(qū)。這樣在AB范圍內(nèi)，形成壩頭沖刷區(qū)。水流通過B點(diǎn)后，若導(dǎo)流堤平面線型合理，將平順的流到橋軸斷面C點(diǎn)，在橋下平順的流出橋孔。導(dǎo)流堤繞流的流線二、導(dǎo)流堤的平面線形橢圓堤

仍是美國(guó)聯(lián)邦公路總署推薦的橋梁導(dǎo)流堤標(biāo)準(zhǔn)形式。前蘇聯(lián)1972年規(guī)范推薦的導(dǎo)流堤形式，上游為橢圓形，下游為圓弧和直線的組合線型。圓曲線組合堤

我國(guó)應(yīng)用最多，1985年鐵道部科院研究員陸浩等提出改進(jìn)的，長(zhǎng)度較短的圓曲線組合堤。梨形堤

主要用于河灘流量不大或橋頭引道凹向上游的橋位上。梨形堤的平面尺寸，鄰橋孔一側(cè)可按一般曲線導(dǎo)流堤的尺寸采用，鄰河岸的后側(cè)部分用反向圓弧連接，或再插一段直線與橋頭引道連接。封閉式長(zhǎng)導(dǎo)流堤

修建在山前沖積扇和山前變遷性河段上。長(zhǎng)堤使河槽逐漸縮窄引導(dǎo)水流和泥沙平順地通過橋孔。美國(guó)聯(lián)邦公路總署標(biāo)準(zhǔn)1/4橢圓a/b=2.5圓曲線組合堤（1985年陸浩改進(jìn)）梨形堤的布設(shè)13改進(jìn)圓曲線組合堤：其平面軸線是由三種不同半徑的圓曲線構(gòu)成。基本半徑為：式中：Btd、Qtd——導(dǎo)流堤所在一側(cè)河灘寬度和天然狀態(tài)的河灘流量。E——橋孔偏置率Qte——導(dǎo)流堤所在一側(cè)的路堤攔阻流量Qxi

——被阻擋較小一側(cè)的天然流量Qda——被阻擋較大一側(cè)的天然流量K——與橋位河段水流寬深比有關(guān)的系數(shù)R1=0.50R0,圓心角θ1=45°R2=0.25R0,圓心角θ2=45°~60°Rd=R2,圓心角θd=45°~60°上游堤長(zhǎng)度：下游堤長(zhǎng)度：15三、導(dǎo)流堤沖刷導(dǎo)流堤附近的流速分布和沖刷地形圖

從上游堤段開始，沿堤的迎水面坡腳有一條沖溝，延伸到橋下，再向橋梁下游發(fā)展。導(dǎo)流堤迎水面坡腳最大沖刷深度范圍，在從上游堤頭開始到上游大約三分之一堤長(zhǎng)的一段附近，若導(dǎo)流堤平面線形不好，沖刷范圍還要擴(kuò)大。洪水退水過程中，導(dǎo)流堤上游端背水面也將出現(xiàn)沖刷；同時(shí)，堤背水面水位高，迎水面水位低，形成堤身內(nèi)滲透壓力，也會(huì)引起導(dǎo)流堤破壞。

《公路工程水文助測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦導(dǎo)流堤堤頭沖刷深度按下式計(jì)算：式中：hs——堤頭沖刷深度L——上游堤端至河岸距離B——當(dāng)另一側(cè)河灘設(shè)導(dǎo)流堤時(shí)，為設(shè)計(jì)水位時(shí)水面總寬度；當(dāng)兩側(cè)均設(shè)導(dǎo)流堤，為設(shè)計(jì)水位線至河槽中泓線的距離。Fr——堤頭行近水流弗若德數(shù)Fr=v2/ghH——堤頭天然水深Cm——邊坡減沖系數(shù)Cm=e-0.07mm——邊坡系數(shù)四、導(dǎo)流堤的橫斷面和壩頂高程導(dǎo)流堤橫斷面尺度按下表采用：壩頂高程，上游堤頭的高程應(yīng)考慮設(shè)計(jì)水位沿堤長(zhǎng)向上游的升高、橋前壅水高度、波浪爬坡高度、床面淤積等水面升高，還應(yīng)加0.25m的安全值。導(dǎo)流堤各斷面的壩頂高程，可從上游端堤頂高程按水面比降來(lái)推算第二節(jié)丁壩丁壩：一種與河岸或路堤成一定角度，深入水中的構(gòu)造物。是一種廣泛使用的河道整治和維護(hù)水工構(gòu)筑物。丁壩常設(shè)置在橋頭引道的一側(cè)或橋梁附近的河岸一側(cè)，特別是在凹岸的一側(cè)，將水流挑離橋頭引道或河岸，并使泥沙在丁壩后部淤積，形成新的水邊線，以達(dá)到對(duì)凹岸及橋臺(tái)保護(hù)的目的。丁壩對(duì)上下游水流，甚至對(duì)岸都有一定影響，適合修建在較寬的河段，在山區(qū)狹窄急流河段應(yīng)慎用。若需要防護(hù)的路堤或河岸較長(zhǎng)，可采用數(shù)個(gè)丁壩組成的丁壩群進(jìn)行水流調(diào)治和河岸防護(hù)。導(dǎo)治線：將各個(gè)壩頭的連線設(shè)計(jì)成一條平滑的曲線或直線。導(dǎo)治線是設(shè)計(jì)的水邊線或彎道凹岸的深沿線。導(dǎo)治線兩端應(yīng)與河岸平順連接。1.漫水丁壩：壩頂高程低于設(shè)計(jì)洪水位。

壩頂高程常取在相當(dāng)于常水位或平均洪水位上下。洪水位時(shí)為漫水丁壩，常水位及枯水位時(shí)為不漫水丁壩。這樣，除洪水期以外的大部分時(shí)間，丁壩工作在不漫水丁壩狀態(tài)，有較大的調(diào)治水流和穩(wěn)定河床的作用。大洪水期間，丁壩壩頂淹沒，不會(huì)過多阻擋水流，避免壩頭過深沖刷。被淹沒的丁壩之間河底流速仍然很小，仍可發(fā)揮其護(hù)岸作用。因此，橋頭防護(hù)和沿河路基防護(hù)，漫水壩及漫水壩群應(yīng)用較多。2.不漫水丁壩：壩頂高于設(shè)計(jì)洪水位在平原區(qū)或半山前區(qū)的寬灘地段，水流易于擺動(dòng)，流速較小。不漫水丁壩挑水能力強(qiáng)，相應(yīng)地壩頭沖刷也很嚴(yán)重。常用于挑開高洪水流，保護(hù)河岸和河灘引道路堤。

漫水丁壩不漫水丁壩

丁壩長(zhǎng)度

丁壩長(zhǎng)度愈大，壩頭沖刷愈深，挑流能力愈強(qiáng)，對(duì)上下游甚至對(duì)岸的影響愈大，一般不宜采用過長(zhǎng)的丁壩。不透水丁壩長(zhǎng)度最大不應(yīng)超過河槽寬度的15%；樁、排架等組成的透水丁壩，透水性達(dá)到80%時(shí)，不得超過河槽寬度的35%。山區(qū)河流橋頭及沿河路堤的丁壩不宜超過10m。丁壩群一般可做成整條（挑腳a=90°），其中1號(hào)壩做正挑，其長(zhǎng)度取后壩的一半，1號(hào)壩也可做成下挑。丁壩局部沖刷深度：丁壩不漫水時(shí)，壩頭沖刷的原理和計(jì)算方法與橋臺(tái)基本相同，但漫水丁壩的沖刷是因底流壩頭繞流所致，隨壩頂漫水(淹沒)深度的增大而減小。丁壩沖刷深度計(jì)算可根據(jù)下式引入邊坡減沖系數(shù)和漫水減沖系數(shù)計(jì)算：

式中：hs——丁壩頭附近最大沖刷深度Fr——堤頭行近水流弗若德數(shù)Az——丁壩阻水面積H——行進(jìn)水流平均水深Ca——挑角系數(shù)Cm——邊坡減沖系數(shù)Csm——漫水減沖系數(shù)對(duì)于直河岸丁壩

對(duì)于凹岸丁壩

式中：Δh——淹沒深度即水面到壩頂?shù)纳疃?/p>

Δh/h——淹沒深度，不漫水丁壩Δh=0,

丁壩下游的回流長(zhǎng)度LH式中：LH——丁壩下游沿河岸回流區(qū)長(zhǎng)度

LD——丁壩阻水長(zhǎng)度

C0——謝才系數(shù)

B——河床水面寬度（m）第三節(jié)計(jì)算實(shí)例【例8-3-1】第六章計(jì)算實(shí)例中的公路橋，左岸有較快的河灘，左岸橋臺(tái)前墻樁號(hào)為K0151+604.00，幽暗橋臺(tái)前墻樁號(hào)為K0151+724.00。左岸爐體阻水長(zhǎng)度達(dá)104m，只是左岸橋臺(tái)沖刷較嚴(yán)重。試在左岸橋臺(tái)處修建一個(gè)圓曲線組合型導(dǎo)流堤，設(shè)計(jì)導(dǎo)流堤曲線和橫斷面，計(jì)算堤頭沖刷深度。解：圓曲線組合堤軸線設(shè)計(jì)根據(jù)地形取上游堤端圓心角θ1=60°，下游堤端圓心角θd=45°。河灘寬度Btd=121.27m河灘平均水深ht=2.61m河灘流量Qtd=316m3/s路堤阻攔流量Qte=260.4