橋涵水文課件第七章

第七章大中橋孔徑計算制作：吳曉鎖中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院第一節(jié)橋孔最小凈長Lj計算第二節(jié)橋面中心和引道路堤最低設(shè)計標高的確定主要內(nèi)容第七章大中橋孔徑計算制作：吳曉鎖

學(xué)習目標：

1、掌握橋孔最小凈長Lj計算；

2、掌握橋面中心最低標高計算；

3、掌握引道路堤最低設(shè)計標高的計算；

4、熟悉橋前最大壅水高度和橋下壅水高度計算；

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）計算。本章重點

1、橋孔最小凈長計算；

2、橋面中心最低標高和引道路堤最低設(shè)計標高的計算。本章難點橋面中心最低標高和引道路堤最低設(shè)計標高的計算。

制作：吳曉鎖

第一節(jié)橋孔最小凈長Lj計算

內(nèi)容：一、建橋后的水流圖式二、橋孔最小凈長Lj計算

制作：吳曉鎖一、建橋后的水流圖式制作：吳曉鎖一、建橋后的水流圖式

水流狀態(tài)：

1為開始壅水斷面；2為最高壅水斷面；3為橋位斷面；4為橋后收縮斷面；5為恢復(fù)斷面。1～2為壅水段，水面呈a型壅水曲線。2～3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’，3～4水面繼續(xù)呈漏斗狀降落，至4斷面為水深最小、動能最大的收縮斷面，2～4整個為水面降落收縮段，從最高壅水斷面至收縮斷面縱向近似以斜直線連接，4～5為擴散段，水面呈C型壅水曲線，近似地縱向可以斜直線連接。制作：吳曉鎖一、建橋后的水流圖式

沖淤狀態(tài)：

1～2壅水段，過水斷面水深沿流向逐漸增大，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；2～4水面降落收縮段，因有效過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；4～5擴散段，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)。制作：吳曉鎖圖13-2橋下過水斷面面積示意圖

制作：吳曉鎖圖13-2橋下過水斷面面積示意圖

制作：吳曉鎖

二、橋孔最小凈長Lj計算

有關(guān)定義：沿著設(shè)計水位的水面線，兩橋臺前緣之間（埋入式橋臺則為兩橋臺護坡坡面之間）的水面寬度，稱為橋孔長度L，見圖13-2。扣除全部橋墩寬度（仍沿原水面線）后，則稱為橋孔凈長Lj。

制作：吳曉鎖二、橋孔最小凈長Lj計算橋孔長度的確定，首先應(yīng)滿足排洪和輸沙的要求，即保證設(shè)計洪水及其所挾帶的泥沙能從橋下順利通過，并從安全和經(jīng)濟兩方面著眼，同時應(yīng)綜合考慮橋孔長度、橋前壅水和橋下沖刷的相互影響?！豆饭こ趟目睖y設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，對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，一般可不作橋孔長度計算外，對其他各類河段上的橋梁，可按以下三種公式計算橋孔最小凈長Lj制作：吳曉鎖二、橋孔最小凈長Lj計算（一）.河槽寬度公式（適用于橋位河段分類表中的開闊、順直微彎、分汊、彎曲河段及灘、槽可分的不穩(wěn)定河段）此公式認為橋孔凈長Lj與河槽寬度Bc成正比。式中：Lj——最小橋孔凈長（m）；

Qp——設(shè)計流量（m3/s）；

Qc——設(shè)計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。

制作：吳曉鎖（一）.河槽寬度公式

表13-1K、n值表河段類型Kn開闊、順直微彎河段0.840.90分汊、彎曲河段0.950.87灘、槽可分的不穩(wěn)定河段0.691.59制作：吳曉鎖二、橋孔最小凈長Lj計算（二）、單寬流量公式（適用于河段分類表中的寬灘河段）制作：吳曉鎖二、橋孔最小凈長Lj計算（二）、單寬流量公式式中：

qc——河槽平均單寬流量（m3/s·m），按式

13-2b計算；β——水流壓縮系數(shù)，按式13-2c計算；

Qt——天然河灘流量（m3/s）其他符號意義同前。制作：吳曉鎖（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

制作：吳曉鎖（三）、基本河寬公式

式中：——基本河槽寬度（m），按式13-3b計算

——年洪峰流量平均值（m3/s）；

——河床泥沙平均粒徑（m）；

——設(shè)計洪水頻率橋長換算系數(shù)，按式13-3c計算

——頻率為2％的洪水流量（m3/s）；其他符號意義同前。制作：吳曉鎖二、橋孔最小凈長Lj計算說明：影響橋孔凈長的因素較多，目前還沒有能同時反映各種影響因素的橋孔凈長的公式。上述公式的計算結(jié)果僅為滿足排洪輸沙需要的最小橋孔凈長，確定橋長時，可參照計算結(jié)果，運用標準跨徑，結(jié)合橋位兩岸地形、河床斷面形態(tài)、河床演變趨勢、河床地質(zhì)特點、橋臺和橋頭引道高度等因素綜合考慮。

制作：吳曉鎖第二節(jié)橋面中心和引道路堤最低設(shè)計標高的確定

一、確定最低標高的計算公式（一）、橋面中心最低設(shè)計標高（二）、引道路堤最低設(shè)計標高二、各種水面升高值計算

（一）、壅水計算

(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）、水拱和河床的淤高制作：吳曉鎖（一）、橋面中心最低設(shè)計標高1、對于不通航河流（圖13-3a）(1)按設(shè)計水位計算橋面中心最低標高

Hmin=Hp+∑△h+△hj＋△h0(13-4)制作：吳曉鎖（一）、橋面中心最低設(shè)計標高式中:Hmin——

橋面中心最低標高（m）；Hp——設(shè)計水位標高（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）；具體確定見后分述；△hj——橋下凈空安全值，見表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)計或標準圖定。制作：吳曉鎖表13-2不通航河流橋下凈空安全值△hj①無鉸攻的拱腳，可被設(shè)計洪水淹沒，淹沒高度一般不宜超過拱圈矢高的2/3；拱頂?shù)酌嬷猎O(shè)計水位的凈高不小于1m。山區(qū)河流水位變化大，橋下凈空安全值可適當加大。橋梁部位按設(shè)計水位計算要求的橋下凈空安全值/m按高出最高流水水位計算的橋下凈空安全值/m梁底0.500.75支座墊石頂面0.250.50拱腳

見注①0.25制作：吳曉鎖（一）、橋面中心最低設(shè)計標高（2）按流冰水位計算橋面中心最低標高（北方寒冷地區(qū)）

Hmin=HpB＋△hj＋△h0(13-5)式中：HpB——最高流冰水位（m）；

(3)取式（13-4）和式（13-5）計算結(jié)果中大者作為采用的橋面中心最低標高。制作：吳曉鎖（一）、橋面中心最低設(shè)計標高2、對于通航河流（圖13-3b）制作：吳曉鎖（一）、橋面中心最低設(shè)計標高通航河流的橋面中心最低標高除應(yīng)滿足不通航河流的要求外，同時還應(yīng)滿足下式要求：Hmin=Htn+HM+△h0（13-6）式中：Htn——設(shè)計最高通航水位（m）；如圖13-4所示，采用表13-3規(guī)定的各級洪水重現(xiàn)期水位；HM——通航凈空高度（m），查表13-4

可得。其他符號意義同前制作：吳曉鎖（一）、橋面中心最低設(shè)計標高表13-3天然河流設(shè)計最高通航水位航道等級一～三四、五六、七洪水重現(xiàn)年/年20105制作：吳曉鎖（一）、橋面中心最低設(shè)計標高表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)計最高通航水位的歷時很短，則根據(jù)具體情況，三級航道的標準可降為10年一遇，四、五級航道可降為5年一遇，六、七級航道可按2～3年一遇標準執(zhí)行。

2、設(shè)計最低通航水位參見《內(nèi)河通航標準》（GB50139-1990）確定。

制作：吳曉鎖圖13-5導(dǎo)流堤設(shè)置和上游水面降落（a)制作：吳曉鎖圖13-5導(dǎo)流堤設(shè)置和上游水面降落（b)制作：吳曉鎖圖13-5導(dǎo)流堤設(shè)置和上游水面降落（b)制作：吳曉鎖圖13-5導(dǎo)流堤設(shè)置和上游水面降落圖圖中符號圖中符號：Ld′——橋梁兩端橋臺臺尾間的距離（m）La——橋頭路堤起點（橋臺臺尾起算，有時近似則以橋臺前緣起算）至同一端岸邊的距離（m）L′——橋頭路堤起點沿橋軸向至路堤上游側(cè)形成最大壅水處的距離（m）Lx——路堤計算點距橋臺尾部（路堤起點）的距離（m）

制作：吳曉鎖（二）.引道路堤最低設(shè)計標高1、上游無導(dǎo)流堤或有梨形堤時（圖13-5a）制作：吳曉鎖（二）.引道路堤最低設(shè)計標高1、上游無導(dǎo)流堤或有梨形堤時（圖13-5a）引道路堤任意點路肩最低設(shè)計標高可按下式計算：(1)當Lx＜L′時（建筑界限為斜直線）(2)當Lx≥L′時（建筑界限為水平線）

制作：吳曉鎖（二）.引道路堤最低設(shè)計標高1、上游無導(dǎo)流堤或有梨形堤時（圖13-5a）式中：Hp——設(shè)計水位（m）；△Z——橋前最大壅水高度（m）；確定見后述；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）計算；L′——橋頭路堤起點至上游側(cè)形成最大壅水處的距離（m），按式（13-9）計算。制作：吳曉鎖S=Ks(1－M)B(13-9)式中：B——設(shè)計洪水時水面寬度（m）；

M——天然狀態(tài)下橋孔范圍內(nèi)通過的流量與設(shè)計流量之比;Ks——系數(shù)，按表13-5查用；L′=AS－0.5L′d

(13-10)式中：A——系數(shù)，按表13-6查用。其他符號意義同前。制作：吳曉鎖表13-5Ks值表制作：吳曉鎖表13-6A值表制作：吳曉鎖（二）.引道路堤最低設(shè)計標高2、上游有非封閉式導(dǎo)流堤時（圖13-5b）制作：吳曉鎖（二）.引道路堤最低設(shè)計標高

2、上游有非封閉式導(dǎo)流堤時引道路堤任意點處路肩的最低設(shè)計標高可按下列公式確定：(1)當La≥L′時（建筑界限為水平線）

Hmin可按式（13-8）計算。(2)當La＜L′時（建筑界限為水平線）Hmin=Hp+△Z+LaSi0/L’+△hp+0.50(13-11)

式中符號意義同前制作：吳曉鎖（二）.引道路堤最低設(shè)計標高

3、上游有封閉式導(dǎo)流堤時3、上游有封閉式導(dǎo)流堤時（圖13-5b）

(1)當封閉式導(dǎo)流堤不會被洪水破壞時，引道路堤的最低設(shè)計標高由路堤下游水位控制，按下式計算：

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)，具體確定方法見后述內(nèi)容；△Hx——引道路堤下游側(cè)水位較天然（設(shè)計）水位的降低值（m），按式（13-13）計算。其他符號意義同前。

制作：吳曉鎖（二）.引道路堤最低設(shè)計標高

3、上游有封閉式導(dǎo)流堤時——計算端河灘引道路堤范圍內(nèi)當設(shè)計水位時的平均水深（m）Kj——水位降低系數(shù)，可按表13-7a）和表13-7b）查用；其它符號意義同前。制作：吳曉鎖（二）.引道路堤最低設(shè)計標高

3、上游有封閉式導(dǎo)流堤時（2）當封閉式導(dǎo)流堤可能被洪水破壞時，引道路堤的最低設(shè)計標高按式（13-8）和式（13-11）計算。

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，河灘引道路堤標高應(yīng)根據(jù)實際情況考慮增高值。

制作：吳曉鎖二、各種水面升高值計算

（一）、壅水計算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。當河床堅實不易沖刷時，△Z′=△Z;當河床松軟易于沖刷時，△Z′=0

3.壅水曲線全長

式中：i——洪水比降，以小數(shù)計其他符號意義同前制作：吳曉鎖（二）、波浪高度和波浪侵襲高度制作：吳曉鎖（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)觀測的100個波浪高度中最大的一個，即累積頻率P=1%時得出的；

th——雙曲正切函數(shù)，th=;

D——計算浪程（m）確定方法見后述；

——沿浪程方向的平均水深（m）；

——汛期沿浪程向的風速（m/s），公式中為水面上10m高度處多年測得的洪水期間自記2min平均最大風速的平均值。制作：吳曉鎖沿浪程方向的平均水深則可通過作沿最大浪程方向的斷面，計算出設(shè)計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，則可以按式計算波浪高度hb的計算公式（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高時，取計入。

制作：吳曉鎖

（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)的觀測和調(diào)查資料確定。缺乏資料時，可根據(jù)以下經(jīng)驗公式確定。

he=K△·KV·Ro·hb(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——與風速有關(guān)的系數(shù)，查表13-14；

Ro——相對波浪侵襲高度系數(shù)，查表13-15。

制作：吳曉鎖制作：吳曉鎖（二）、波浪高度和波浪侵襲高度

2、波浪侵襲高度he當有下列情況之一時，可不考慮波浪侵襲高度的影響。(1)洪峰歷時短促的河流。(2)浪程短于200m時。(3)水深小于1m。(4)靠近路堤的河灘上，長有高于水深加半個波浪高度的成片灌木叢時。

制作：吳曉鎖（二）、波浪高度和波浪侵襲高度

2、波浪侵襲高度he當橋臺和引道路堤受到波浪斜向侵襲時，侵襲高度有所減弱，當邊坡系數(shù)m>1和斜向角度≥30°時，可用下式計算he′值代替引道路堤最低設(shè)計標高計算中所考慮的he式中：h′e——修正后的波浪侵襲高度（m）；

β——構(gòu)造物邊坡上水邊線與浪射線之間的夾角。

制作：吳曉鎖（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、墩臺的水流或股流平均速（m/s）

β——水流流向于路堤、墩、臺軸線間所成的平面交角（°）

m——迎水面邊坡系數(shù)制作：吳曉鎖（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，該部分水面寬應(yīng)予以扣除；

R——河彎曲率半徑(m)，按式13-20a計算。

(13-20a)

式中

R0——凹岸曲率半徑(m)；

r0——凸岸曲率半徑