橋墩和橋臺(tái)沖刷

第六章橋墩和橋臺(tái)沖刷為了保證橋梁的安全和順利宣泄設(shè)計(jì)洪水，不但要有足夠的橋孔長(zhǎng)度和橋梁高度，而且墩臺(tái)基礎(chǔ)還要有足夠的埋置深度，以免遭受洪水沖刷而破壞。因此，設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，必須合理地預(yù)計(jì)橋梁使用期限內(nèi)河床的演變和墩臺(tái)的沖刷，為確定墩臺(tái)基礎(chǔ)的埋置深度提供依據(jù)。河床中水流作用于床面泥沙（沙，石、泥、土等），泥沙顆粒伴隨著水流不停地運(yùn)動(dòng)。床面上的泥沙被水流沖起帶走，使床面下切，形成河床的沖刷；水流所挾帶的泥沙沉積下來(lái)，使床面淤高，形成河床的淤積。在水流和泥沙的相互作用下，不停地沖淤變化，構(gòu)成了河床的自然演變。建橋后，除河床的自然演變以外，還有橋梁孔徑壓縮水流和墩臺(tái)阻擋水流引起的沖刷，各種沖刷交織在一起同時(shí)進(jìn)行，沖刷過(guò)程非常復(fù)雜。墩臺(tái)周圍河床的最大沖刷深度，是各種沖刷綜合作用的結(jié)果，直接威脅著墩臺(tái)基礎(chǔ)的安全。為了便于研究和計(jì)算，把這一復(fù)雜綜合的沖刷過(guò)程，分為獨(dú)立的三部分，即自然（演變）沖刷、一般沖刷和局部沖刷，并假定它們獨(dú)立地相繼進(jìn)行，可以分別計(jì)算，然后疊加，作為墩臺(tái)的最大沖刷深度和確定墩臺(tái)基礎(chǔ)的埋置深度的依據(jù)。第六章橋墩和橋臺(tái)沖刷第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷目錄第四節(jié)橋墩局部沖刷第五節(jié)橋臺(tái)沖刷第六節(jié)最低沖刷線高程第六章橋墩和橋臺(tái)沖刷第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)天然河床是由大小不同、形狀各異的泥沙所組成。根據(jù)泥沙在河槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，可分為懸移質(zhì)和推移質(zhì)兩類。懸移質(zhì)：在河流中，泥沙處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，顆粒較細(xì)的泥沙被水流中的紊流游渦帶起，懸浮于水中向下游運(yùn)動(dòng)，前進(jìn)的速度與水流的流速基本相同，這種泥沙稱為懸移質(zhì)推移質(zhì)：在河流的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，顆粒稍大的泥沙，在河床表面上滾動(dòng)、滑動(dòng)或跳躍著向下游移動(dòng)，前進(jìn)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水流的流速，這種泥抄稱為推移質(zhì)。推移質(zhì)群體的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，呈現(xiàn)為床面上的沙波運(yùn)動(dòng)。床沙：比推移質(zhì)顆粒更大的泥沙，下沉到河床上靜止不動(dòng)，稱為床沙。懸移質(zhì)、推移質(zhì)和床沙之間顆粒大小的分界是相對(duì)的，隨水流的流速大小而變化，并且三者之間還存在著相互交換的現(xiàn)象。對(duì)于河槽內(nèi)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的泥沙，根據(jù)顆粒粗細(xì)及其來(lái)源又分為床沙質(zhì)和沖瀉質(zhì)兩類。床沙質(zhì)：某一河段來(lái)自上游的泥沙中，一部分顆粒較粗，在床沙的組成中大量存在，可以認(rèn)為它們直接來(lái)自上游的河床，并與本河段床沙有交換現(xiàn)象，這一部分泥沙就稱為床沙質(zhì)。沖瀉質(zhì)：另一部分顆粒較細(xì)的泥沙，在床沙的組成中只有少量存在或根本不存在，可以認(rèn)為它們來(lái)自流域的表面沖蝕，隨水流沖瀉而下，沿程與床沙無(wú)交換現(xiàn)象，并且也很少沉積，稱為沖瀉質(zhì)。床沙質(zhì)與沖瀉質(zhì)的顆粒粗細(xì)也是相對(duì)的，隨著水流條件及河流形態(tài)的改變，也將互相轉(zhuǎn)化。床沙質(zhì)、沖瀉質(zhì)和懸移質(zhì)、推移質(zhì)，是對(duì)運(yùn)動(dòng)中的泥沙的兩種分類，不可混淆。床沙質(zhì)直接參與造床作用，是河床演變的主要影響因素，而沖瀉質(zhì)的影響則很小。對(duì)于橋梁上下游，因水流急劇變化，引起河床變形和墩臺(tái)附近的沖刷，起主要作用的是推移質(zhì)和床沙；顆粒很細(xì)的懸移質(zhì)泥沙，對(duì)長(zhǎng)河段的河床演變才起主要作用。第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)一、泥沙的主要特征幾何特征河床泥沙是由大小不同、形狀各異的泥沙顆粒組成的集合。泥沙的幾何特性一般用泥沙顆粒的粒徑(d)、粒徑級(jí)配曲線(粒配曲線)、平均粒徑()或中值粒徑(d50)來(lái)表示。重力特征泥沙的重力特性用泥沙顆粒實(shí)體的單位體積的重力來(lái)表示，稱為容重γs(或重度)，單倫為N/m3。另外，干容重γ’也表示沙洋的重力特性，用單位體積的原狀土樣中顆粒的重力來(lái)表示，γ’越大，泥沙越密實(shí)。泥沙的重度隨巖石成分而不同，但實(shí)測(cè)資料表明其變化不大，一般可采用26kN/m3。水力特征泥沙的水力特性，由泥沙顆粒在靜止的清水中均勻下沉的速度來(lái)表示，稱為沉速，符號(hào)為ω(cm/s)。沉速是反映泥沙運(yùn)動(dòng)和河床沖淤可能性的重要參數(shù)。第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)1、幾何特征

1）粒徑：泥沙顆粒形狀極不規(guī)則，通常采用與泥沙顆粒同體積的球體直徑，即等容直徑d來(lái)表示泥沙顆粒的大小，以m或mm計(jì)。

2）粒徑級(jí)配曲線：河流泥沙是由大小不同的顆粒組成的群體，各種顆粒的粒徑在群體中所占的比例用級(jí)配曲線來(lái)表示，如圖6-1所示。粒徑級(jí)配曲線通常畫在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，橫坐標(biāo)表示粒徑大小，縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的顆粒，在整個(gè)沙樣中所占的重量百分?jǐn)?shù)。粒徑大于0.05mm的泥沙，一般采用篩選法量測(cè)，以標(biāo)準(zhǔn)篩的孔徑來(lái)確定粒徑的大?。涣叫∮?.05mm的泥沙，則采用水沂法，根據(jù)泥沙在靜水中的沉降速度與粒徑的關(guān)系來(lái)確定粒徑的大小。對(duì)于大顆粒的原石，可以直接量測(cè)。粒徑級(jí)配曲線能清楚地表明沙樣顆粒的大小和均勻程度，在圖6-1中，沙樣a的粒徑較粗而大小級(jí)配均勻，沙樣b的粒徑較細(xì)而且大小級(jí)配不均勻。第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)圖6-1粒徑級(jí)配曲線第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)

3）平均粒徑和中值粒徑：平均粒徑和中值粒徑都可以作為沙樣的代表粒徑。平均粒徑：沙樣中各級(jí)粒徑(重量)的加權(quán)平均值。沙樣平均粒徑的計(jì)算公式為：（6-1-1）

di—各級(jí)粒徑，若用篩分法格局篩徑將沙樣分為幾組，di為上下兩級(jí)篩孔的均值；pi—各級(jí)泥沙的質(zhì)量(或重量)。中值粒徑d50，是沙樣中大于和小于這種粒徑的泥沙質(zhì)量(或重量)各占一半的那種粒徑，可從沙樣的粒配曲線上查得。第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)二、泥沙的起動(dòng)泥沙的起動(dòng)—河床上的泥沙在水流作用下，由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)泥沙的起動(dòng)條件—泥沙起動(dòng)是泥沙運(yùn)動(dòng)和河床變形的臨界狀態(tài)，此時(shí)的臨界水流條件稱為泥沙的起動(dòng)條件。泥沙顆粒的起動(dòng)，是床面泥沙顆粒收到的驅(qū)動(dòng)力和抗拒力以及這些力產(chǎn)生的力矩時(shí)區(qū)平衡的結(jié)果。泥沙顆粒周圍的水流和受力狀態(tài)如圖6-2所示。圖6-2泥沙顆粒周圍的水流結(jié)構(gòu)和受力狀態(tài)a)垂線流速分布b）床面泥沙顆粒受力狀態(tài)第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)

顆粒受力分析：泥沙顆粒的受力可以概括為：推移力Px、上舉力PZ、重力G和阻力F。接近床面的水流受到泥沙顆粒的阻擋，在顆粒的迎水面產(chǎn)生向前的沖壓力；同時(shí)，泥沙顆粒附近的水統(tǒng)形成繞流，在顆粒的上方流速加快、壓力減小，與底面產(chǎn)生壓力差而形成向上的負(fù)壓力；在顆粒的背水面，由于繞流漩渦的作用，使顆粒表面產(chǎn)生了向前的負(fù)壓力；在泥沙顆粒的下面，由于水流受阻，產(chǎn)生向上和向前的表面壓力。泥沙顆粒表面上的這些水流作用合成為向前的推移力Px和向上的上舉力PZ驅(qū)使泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)?？咕苣嗌愁w粒運(yùn)動(dòng)的阻力主要是指顆粒之間的摩擦力，對(duì)于細(xì)顆粒還存在顆粒間的粘結(jié)力。第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)泥沙顆粒起動(dòng)的臨界條件，是推動(dòng)顆拉運(yùn)動(dòng)的各力對(duì)支點(diǎn)O的力矩之和等于抗拒顆粒運(yùn)動(dòng)的各力對(duì)支點(diǎn)O的力矩之和。第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)

起動(dòng)流速的計(jì)算：起動(dòng)流速是床面泥沙顆粒在各種外力的作用下，失去平衡，泥沙開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的水流垂線平均流速(m/s)，常用公式有張瑞瑾導(dǎo)出的起動(dòng)流速公式和沙玉清建立的起動(dòng)流速公式。

張瑞瑾公式：

式中：V0——起動(dòng)流速(m/s)

h——水深(m)d——粒徑(m)（6-1-2）第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)

式中：V0——起動(dòng)流速(m/s)

h——水深(m)d——粒徑(mm)

ε——孔隙率，自然淤積穩(wěn)定孔隙率約為0.4。兩個(gè)公式中括號(hào)內(nèi)的第一項(xiàng)反映重力對(duì)起動(dòng)的抗拒，第二項(xiàng)反映分子粘結(jié)力對(duì)起動(dòng)的抗拒，對(duì)于大顆粒泥沙第一項(xiàng)的數(shù)值為主，對(duì)于細(xì)顆粒的泥沙則以第二項(xiàng)為主。當(dāng)d≥2mm時(shí)，張瑞瑾公式可簡(jiǎn)化為（6-1-3）沙玉清公式：（6-1-4）第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)當(dāng)水深為1m時(shí)，繪制起動(dòng)流速v0與粒徑d的關(guān)系曲線如圖6-3，在d＝0.15mm附近，起動(dòng)流速都有個(gè)最小值。該值右側(cè)，起動(dòng)以克服重力為主，起動(dòng)流速隨粒徑的增大而增大；該值左側(cè)，起動(dòng)以克服粘結(jié)力為主，起動(dòng)流速隨粒徑的減小而增大。當(dāng)d≥2mm時(shí)，粘結(jié)力作用可以忽略不計(jì)；當(dāng)≤0.02mm時(shí)，重力作用可以忽略不計(jì)。圖6-3起動(dòng)流速與粒徑的關(guān)系曲線第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)三、沙波運(yùn)動(dòng)沙波的形態(tài)與水流強(qiáng)度有密切的關(guān)系：1）弗汝德數(shù)Fr很小時(shí)，床面出現(xiàn)波紋。2）弗汝德數(shù)Fr增大到一定程度，沙紋成為沙壟。3）弗汝德數(shù)Fr再增大，沙壟成為沙丘。沙波運(yùn)動(dòng)不是泥沙的整體移動(dòng)，而是泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)的綜合成果。沙波迎水坡面附近的流速是沿程增大的，使該區(qū)域發(fā)生沖刷，泥沙顆粒被沖起后落入背水坡面的漩渦區(qū)內(nèi)，又被水流挾帶到背水面的坡腳處停滯淤積起來(lái)，逐漸淤高；這種泥沙顆粒的搬運(yùn)結(jié)果，形成沙波向下游緩慢地移動(dòng)。橋梁墩臺(tái)處的河床隨沙波的運(yùn)動(dòng)而變化，直接影響墩臺(tái)的沖刷深度。大江大河中沙波尺度是很大的，橋梁墩臺(tái)及其他河道建筑物基礎(chǔ)的埋置深度，應(yīng)計(jì)入沙波波谷移到建筑物附近時(shí)床面下降的深度。第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)圖6-4天然河流中的沙波第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)四、推移質(zhì)輸沙率沙波運(yùn)動(dòng)是推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的主要形成，而推移質(zhì)輸沙率的大小，反映了推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈程度。推移質(zhì)輸沙率是單位時(shí)間內(nèi)，在過(guò)水?dāng)嗝鎲挝缓硬蹖挾壬希ㄟ^(guò)的推移質(zhì)質(zhì)量，單位為kg/(s·m)。一般采用以流速為主要參數(shù)的推移質(zhì)輸沙率公式進(jìn)行計(jì)算。橋梁墩臺(tái)和丁壩等建筑物附近的沖刷主要與推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)如圖6-5所示。若水流的垂線平均流速為V，推移質(zhì)的前進(jìn)速度為Vs，推移質(zhì)的床面層厚度為hs、動(dòng)密實(shí)系數(shù)為ms、重度為γs、重力加速度為g，則推移質(zhì)輸沙率gs為圖6-5推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)示意圖（6-1-5）第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)竇國(guó)仁根據(jù)推動(dòng)推移質(zhì)的水流能力與泥沙運(yùn)動(dòng)動(dòng)能相平衡的條件，導(dǎo)出的輸沙率公式為：

式中：gs——推移質(zhì)輸沙率(kg/s·m)；

k0——系數(shù)，k0=0.01；C0——無(wú)量綱，謝才系數(shù)

vk——起動(dòng)流速(m/s)；

ω——泥沙沉速(m/s)；

γ，γs——分別為水和泥沙的容重。（6-1-6）第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)

五、含沙量和挾沙能力含沙量(g)：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)水流中所含懸移質(zhì)的質(zhì)量，單位是kg/m3。挾沙能力：在一定的水力條件和邊界條件下單位體積的水流能挾帶泥沙的最大數(shù)量(質(zhì)量)，成為水流的挾沙能力，單位是kg/m3。它是一個(gè)臨界值，包括推移質(zhì)和懸移質(zhì)全部泥沙數(shù)量，并且隨著水流和邊界條件的不同而時(shí)刻變化。六、河床的粗化對(duì)于某一河段，若上游的來(lái)沙量大于本河段的水流挾沙能力，多余的泥沙就會(huì)沉積下來(lái)，使河床發(fā)生淤積；若來(lái)沙量小于本河段的水流挾沙能力，則將由本河段補(bǔ)償不足的泥沙，造成河床沖刷。在沖刷河段內(nèi)，床沙中的細(xì)顆粒泥沙被水流沖走，上游來(lái)沙中的粗顆粒泥沙慢慢沉下來(lái)，是河床表面層的泥沙粒徑逐漸增大，形成自然鋪砌的現(xiàn)象，成為河床床面的粗化。第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)本節(jié)課到此結(jié)束！第一節(jié)泥沙運(yùn)動(dòng)水流促使泥沙運(yùn)動(dòng)，引起河床變形，變形后的河床又反作用于水流，使水流的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，水流與河床永遠(yuǎn)處于相互作用的變化過(guò)程中，河床形態(tài)也隨之不斷地變化。河床演變：在天然狀況下或人類活動(dòng)的干擾后，河床形態(tài)的不斷變化，稱為河床演變。河床演變是水流與河床長(zhǎng)期相互作用的結(jié)果，并通過(guò)泥沙運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。水流通過(guò)泥沙運(yùn)動(dòng)塑造河床形態(tài)的過(guò)程中，水流是最活躍的因素，往往起主要作用。第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系黃河下游某段河床的演變一、副流主流：河道中的水流，受河床壁面的制約和河床走向的影響，決定了總的流動(dòng)趨勢(shì)，與總的流動(dòng)趨勢(shì)一致的水流稱為主流。副流：由于過(guò)水?dāng)嗝嫘螤畹母淖兓蚝訛车挠绊懀殡S著主流，在水流內(nèi)部形成一種尺度較大的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，這種從屬主流而存在的漩渦流動(dòng)稱為副流。

第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系副流與紊流游禍不同，其特點(diǎn)是：大尺度的高速漩渦；旋轉(zhuǎn)中心和位置是相對(duì)穩(wěn)定的、明顯的。副流的存在是河床沖淤變形的主要原因，對(duì)河床中的建筑物(橋梁、堤壩等)可能出現(xiàn)的各種副流，必須予以注意。副流可分為：立軸副流、平軸副流和順軸副流。

1、立軸副流(回流)立軸副流：在河槽寬度突變處的局部范圍內(nèi)，存在著與主流分離的回流(漩渦)，就是立軸副流，如圖6-6所示。圖6-6橋臺(tái)或丁壩附近的立軸副流(平面圖)第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系漩渦不停地向下游傳播和擴(kuò)展，形成下游回流區(qū)(回水區(qū))，在橋臺(tái)前緣、丁壩頭部等分離點(diǎn)附近形成很深的沖刷坑，漩渦把這里的床面泥沙挾帶到下游回流區(qū)內(nèi)沉積下來(lái)。這就是橋臺(tái)與丁壩出現(xiàn)沖刷和丁壩下游能起防護(hù)作用的原因。

2.平軸副流(滾流)平軸副流：在水工建筑物下游和涵洞出口流出的急流于下游天然河床緩流銜接處，出現(xiàn)水躍的面滾部分就是平軸副流，出口河槽鋪砌末端的垂裙下游，出現(xiàn)底滾會(huì)引起垂裙沖刷，底滾也是平軸副流，見圖6-7。圖6-7涵洞出口的平軸副流（立面圖）第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系3、順軸副流(螺旋流)順軸副流：通過(guò)彎道的水流在重力和離心力的共同作用下，面流流向凹岸，底流流向凸岸，形成向前流動(dòng)的螺旋流。河灣螺旋流的旋轉(zhuǎn)軸與主流流向一致，稱為順軸副流，如圖6-8所示。在螺旋流作用下，字彎道進(jìn)口斷面水流逐漸流向凹岸，圖6-8-a)，使凹岸沖刷，凸岸淤積；凹岸沖刷在彎道出口斷面附近沖刷最深，并且水面形成橫比降，使凹岸水面升高，見圖6-8-b)。在河灣段，去一個(gè)底為單位面積、高為h的水柱，其受理狀態(tài)如圖6-8-c)所示。圖6-8河灣螺旋流第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系凹岸最大沖刷水深hsmax的計(jì)算公式：式中：hsmax——彎道出口斷面附近凹岸最大沖刷后水深(m)；

——彎道進(jìn)口或上游直段平均水深(m)；B——彎道進(jìn)口或上游直段水面寬度(m)；Rc——彎道中線半徑(m)；d——河床質(zhì)平均粒徑(m)；Cm——凹岸沖刷邊坡析減系數(shù)m——邊坡系數(shù)，即邊坡為1:m；e——自然對(duì)數(shù)的底，e=2.71828。（6-2-1）第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系凹岸對(duì)凸岸超高△h的計(jì)算公式：式中：△h——凹岸對(duì)凸岸的超高(m)；

v——斷面平均流速(m/s)；B——水面寬度，即兩岸半徑之差(m)；

其他符號(hào)同前。（6-2-2）第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系二、河床演變的基本概念

河床演變根本原因：河床演變的根本原因是輸沙的不平衡，上游來(lái)沙量大于河段水流挾沙能力，床面淤積；上游來(lái)沙量小于河段水流挾沙能力，床面沖刷。

自動(dòng)調(diào)整：當(dāng)河床因外界條件變化而出現(xiàn)沖刷后，過(guò)水?dāng)嗝嬷饾u增大，流速隨之減小，水流挾沙能力降低，使沖刷過(guò)程減緩，趨向輸沙平衡；對(duì)于淤積河段，也有這種促使變形逐漸減緩而趨于停止的情況。沖積河流的這種現(xiàn)象，稱為沖積河流的自動(dòng)調(diào)整作用。輸沙平衡是暫時(shí)的，相對(duì)的。第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系

河床演變可分為縱向變形和橫向變形兩種：河床的縱向變形：是指沿水流方向河床高程的變化，即河流縱斷面的變化，是河流縱向輸沙不平衡引起的。河床的橫向變形：是指河灣發(fā)展、河槽擴(kuò)寬、塌岸、改道等河床平面行政的變化是河流橫向輸沙不平衡引起的。

影響河床演變的主要自然因素有三方面：上游來(lái)水條件：水流流量大、流速大，挾沙能力就強(qiáng)，河床變形就大。河床形態(tài)隨流量呈周期性變化。上游來(lái)沙條件：來(lái)沙量及其粒徑組成、季節(jié)變化對(duì)河床演變有直接影響。河床地質(zhì)、土質(zhì)條件、河床比降：河床地質(zhì)決定河床抵抗沖刷的能力，土質(zhì)堅(jiān)實(shí)的河床較為穩(wěn)定，變形緩慢；河床比降大，水流急，易沖刷。第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系三、河相關(guān)系河相關(guān)系：在水流和泥沙長(zhǎng)期的相互作用下，沖積河流的河床逐漸形成一種均衡的河床形態(tài)，這些河床均衡形態(tài)的幾何因素（如河床比降i、河灣半徑R、河寬B、平均水深h、斷面形狀等）。這種河床的幾何形態(tài)與來(lái)沙、來(lái)水條件存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，稱為河相關(guān)系。造床流量：為研究河相關(guān)系，采用一個(gè)與多年連續(xù)適床作用相當(dāng)?shù)牧髁孔鳛榇砹髁?，稱為造床流量，它對(duì)塑造河床形態(tài)所起的作用最大。在橋梁工程中，常取水位與核彈平灘水位齊平時(shí)的河槽流量作為造床流量。第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系在公路橋孔長(zhǎng)度的確定和橋墩沖刷計(jì)算中應(yīng)用的河相關(guān)系式：1、基本河寬公式：式中：B0

——基本河寬；

Q——造床流量；

d——床沙粒徑。2、河槽寬度和水深關(guān)系公式：式中：B——平灘水位(造床流量)時(shí)的河槽寬度；

H——平灘水位(造床流量)時(shí)的河槽平均水深；

η——斷面河相系數(shù)，η值越大，河槽越寬淺，河槽穩(wěn)定性越差。在橋下河槽一般沖刷深度計(jì)算中，引入單寬流量集中系數(shù)A。（6-2-3）（6-2-4）（6-2-5）第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系四、建橋后的河床演變

建橋后的河床演變，各類河段具有不同的特點(diǎn)。(1)平原順直型河段(屬于穩(wěn)定性河段)通常橋孔不壓縮河槽，對(duì)河槽自然演變的影響不明顯，建橋前后的河床演變大致相同。河槽內(nèi)邊灘交錯(cuò)，不斷向下游移動(dòng)，深槽交替出現(xiàn)于橋下斷面的左右兩岸附近，靠近兩岸的墩臺(tái)都可能遭受嚴(yán)重沖刷，如圖6-9。

圖6-9平原順直型河灣a)平面；b)橋位斷面第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系(2)平原彎曲型河段(屬于次穩(wěn)定性河段)橋孔一般大于河槽，對(duì)河灣的發(fā)展和下移影響不大。在水流的沖擊下，河灣頂部崩塌，整個(gè)河灣下移，同時(shí)曲率半徑逐漸變小，有時(shí)會(huì)發(fā)生自然裁灣。河灣處深槽緊靠凹岸，最深點(diǎn)在灣頂稍下游，其位置和深度都隨河灣的下移而變化。建橋后，河灣將在橋下繼續(xù)移動(dòng)，深槽可能逼近橋臺(tái)和橋墩，或者逼近橋頭引道和導(dǎo)流堤，如圖6-10。圖6-10平原彎曲型河段a)平面；b)橋位斷面第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系(3)平原游蕩型河段和山前區(qū)變遷型河段沙洲羅列，汊道縱橫，主槽變化快，河床極不穩(wěn)定。隨著主流的擺動(dòng)，斷面變化劇烈，橋下斷面各處都可能形成深槽或淺灘，湍急散亂的股流對(duì)墩臺(tái)和路堤可能造成嚴(yán)重沖刷，如圖6-11。

圖6-11平原游蕩性河段a)平面；b)橋位斷面(4)山區(qū)河段：河床土質(zhì)堅(jiān)實(shí)或巖石裸露，而且橋孔不壓縮河槽，一般不會(huì)引起明顯的河床變形。第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系橋位勘測(cè)時(shí)測(cè)繪的橋位河床斷面，一般即是河灘中水?dāng)嗝?。考慮到建橋后河床演變的發(fā)展，在計(jì)算河床的沖刷深度時(shí)，應(yīng)按不同類型的河段，選擇“計(jì)算斷面”。平原順直型河段，可取橋位上游附近的最大水深斷面作為計(jì)算斷面；平原彎曲型河段，可取橋位上游附近河灣半徑最小的河灣頂點(diǎn)斷面，作為計(jì)算斷面；游蕩型和變遷型河段，應(yīng)取橋位附近若干河床斷面重疊后的外包線，作為計(jì)算斷面；山區(qū)河段的河床斷面變形不大，可取橋位斷面作為計(jì)算斷面。為了簡(jiǎn)化橋位勘測(cè)工作，在河床演變不甚劇烈的河段，一般可用橋位斷面作為計(jì)算斷面，同肘，考慮橋位上游最大水深的可能下移，采用實(shí)測(cè)或調(diào)查的橋位附近最大水深，作為計(jì)算斷面的最大水深。第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系本節(jié)課到此結(jié)束！第二節(jié)河床演變和河相關(guān)系一般沖刷：橋孔上游水流，急速地集中流入橋孔，在橋孔稍下游處，形成收縮斷面。這里，過(guò)水面積最小，流速最大，沖刷也最深。當(dāng)橋梁上游進(jìn)入橋下河槽斷面的泥沙數(shù)量，小于橋下斷面急速水流沖走的泥沙數(shù)量，橋下斷面就出現(xiàn)沖刷，稱為一般沖刷。一般沖刷深度：收縮斷面再往下游，水深和過(guò)水?dāng)嗝嬷饾u增大，橋下流速逐漸減小，水流挾沙能力相應(yīng)降低，流速降低到不能繼續(xù)沖刷河床時(shí)，沖刷趨于停止，同時(shí)，一般沖刷深度達(dá)到最大。通常用沖刷停止時(shí)橋下的垂線水深，來(lái)表示垂線處的一般沖刷深度。

第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷橋下一般沖刷可按下述三類公式計(jì)算：一按輸沙平衡建立的公式二按沖止流速建立的公式三根據(jù)別列柳伯斯基假定建立的公式一、根據(jù)輸沙平衡原理建立的公式原理：建橋后，若上游天然河槽斷面輸移來(lái)的泥沙量G1較少，不能補(bǔ)償橋下河槽斷面被水流沖走的泥沙量G2，則橋下河槽斷面的來(lái)沙量小于水流挾沙能力，橋下斷面發(fā)生沖刷。隨著沖刷的發(fā)展，橋下河槽斷面的水流挾沙能力逐漸降低，上游來(lái)沙量和橋下輸沙量趨于平衡，沖刷隨之停止，一般沖刷深度達(dá)到最大。橋孔過(guò)水?dāng)嗝鎵嚎s水流引起的河床變形，主要是由河床質(zhì)中顆粒及大的推移質(zhì)的運(yùn)動(dòng)來(lái)完成的。因而可根據(jù)橋下河槽斷面推移質(zhì)輸沙量的平衡條件，導(dǎo)出一般沖刷的計(jì)算公式。第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷式中：B1——上游天然斷面的河槽寬度Bc(m)；gs1——上游天然斷面單寬輸沙率(kg/s·m)；B2——橋下河槽寬度(m)，一般沙性土河床建橋后，橋下河槽可擴(kuò)寬至整個(gè)橋孔，即B2=Lq；若橋下河床不能擴(kuò)寬時(shí)，B2為橋下槽寬度Bc；gs2——橋下斷面單寬輸沙率(kg/s·m)。（6-3-1）橋下斷面輸沙平衡應(yīng)是該斷面推移質(zhì)輸沙量G的輸沙平衡，即：第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷上游天然斷面=橋下斷面在上式中代入輸沙率公式，可導(dǎo)出一般沖刷深度公式的一般形式：由于公式(6-3-1

)引入的單寬輸沙率公式及推導(dǎo)中的一些資料不同，式中的指數(shù)x1和x2也不同。（6-3-2）第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷式中：hp—一般沖刷后最大水深(m)；

hmax—橋下河槽最大水深(m)；

K—綜合系數(shù)，Hmax、H—造床流量使得最大水深(m)和平均水深(m)；

d—床沙平均粒徑(m)；

A—單寬流量集中系數(shù)，B—造床流量下的河槽寬度(m)，一般為河槽寬度Bc；

m1—與相對(duì)糙率hmax/d95有關(guān)的指數(shù)，m1=0.216~0.243；

其他符號(hào)意義同前。（6-3-3）1964年甘城道推導(dǎo)公式：第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷式中：Q1——計(jì)算斷面的天然河槽流量Qc(m3/s)；

Q2——橋下河槽通過(guò)的流量(m3/s)；當(dāng)橋下河槽能夠擴(kuò)寬至全橋孔時(shí)，Q2=Qs；當(dāng)橋下河槽不能擴(kuò)寬時(shí)，

Q”t——天然狀態(tài)下，橋下河灘部分通過(guò)的流量(m3/s)；其他符號(hào)意義同前。（6-3-6）簡(jiǎn)化公式：第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷二、根據(jù)沖止流速建立的公式橋下河床的沖止流速，根據(jù)河流泥沙運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，應(yīng)按三種不同情況分別計(jì)算，一般沖刷深度的計(jì)算，也相應(yīng)分三種情況。

1.沙性土河槽的一般沖刷

2.沙性土河灘的一般沖刷

3.粘性土河床的橋下斷面一般沖刷第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷1.沙性土河槽的一般沖刷

原理：橋下一般沖刷停止時(shí)的垂線平均流速稱為沖止流速，以vz(m/s)表示。橋下斷面內(nèi)的任意垂線在一般沖刷過(guò)程中垂線平均流速降低到該垂線的沖止流速時(shí)，沖刷即停止，橋下斷面的一般沖刷也停止了，此時(shí)達(dá)到最大一般沖刷垂線水深hp。根據(jù)水力學(xué)連續(xù)性原理，

，一般沖刷停止時(shí)，橋下最大水深hp與橋下最大單寬流量qmax之間的關(guān)系為：（6-3-8）一般沖刷后的最大水深橋下評(píng)價(jià)單寬流量（6-3-9）（6-3-10）橋下最大單寬流量（6-3-11）沖止流速第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷E為與汛期含沙量有關(guān)的系數(shù)，根據(jù)水文站多年汛期三個(gè)月的最大含沙量的平均值取值，見表6-2。含沙量ρ(kg/m3)<1.01~10>10E0.460.660.86表6-2E值

將式(6-3-9)、式(6-3-10)和式(6-3-11)代入式(6-3-8)整理，得到符號(hào)意義同前，d的單位為(mm)。（6-3-12）第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷

2.沙性土河灘的一般沖刷橋下河灘的一般沖刷深度：河槽中流速大，大于床沙的起動(dòng)流速，洪水發(fā)生時(shí)，總是處于泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；河灘上水深小，糙率大，流速很小，只有洪水漫灘后，才有水流，一般流速小于床沙起動(dòng)流速，無(wú)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)，沖刷后沒(méi)有上游來(lái)沙的補(bǔ)償，成為清水沖刷。橋下河灘沖刷后，只有當(dāng)流速降低到土壤容許流速時(shí)，才逐漸停止，其沖止流速為河灘土壤的容許流速。橋下河灘部分的一般沖刷深度為：沖止流速為：（6-3-13）第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷式中：hp—橋下河灘部分一般沖刷最大水深(m)；

Q’t—橋下河灘部分通過(guò)的部分設(shè)計(jì)流量(m3/s)，按下式計(jì)算

Q’’t—天然狀態(tài)河灘部分通過(guò)的流量(m3/s)；

hmt—橋下河灘最大水深(m)；

—橋下河灘平均水深(m)；

B’t—橋下河灘部分橋孔過(guò)水凈寬(m)；

vH1—河灘水深1m時(shí)，非粘性土不沖刷流速(m/s)，見表6-2第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷土壤名稱d(mm)vH1(m/s)砂細(xì)0.05~0.250.25~0.32中0.25~0.500.32~0.40粗0.50~2.000.40~0.60圓礫小2.00~5.000.60~0.90中5.00~10.000.90~1.20大10~201.20~1.50卵石小20~401.50~2.00中40~602.00~2.30大60~2002.30~3.60漂石小200~4003.60~4.70中400~8004.70~6.00大>800>6.00表6-2水深1m時(shí)非粘性土不沖刷流速vH1第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷

3.粘性土河床的橋下斷面一般沖刷泥沙分類：

按泥沙顆粒的大小進(jìn)行分類，一般認(rèn)為粒徑小于0.05mm的泥沙，屬于粘性土；粒徑小于0.005mm的顆粒稱為粘粒，按粘粒的質(zhì)量含量不同，粘性土又分為粘砂土、砂粘土和粘土。粘性土顆粒很細(xì)，在顆粒表面形成很薄而且結(jié)合很牢的粘結(jié)水膜，粘滯性很大，使顆粒之間產(chǎn)生一定的粘結(jié)力。粘性土的抗沖能力決定于粘結(jié)力的大小，粘結(jié)力越大，抗沖能力越強(qiáng)。粘性土物理性質(zhì)與含水量的關(guān)系：

粘性土的物理狀態(tài)及性質(zhì)，與其粒間空隙大小和含水量有密切關(guān)系，直接影響顆粒間粘結(jié)力的大小。含水量是土中所含水質(zhì)與顆粒重量的比值(以百分?jǐn)?shù)表示)。粘性土隨著含水量的增大，可以由固態(tài)變成流態(tài)，物理力性質(zhì)也隨之面變化，其變化情況如下：第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷若粘性土的含水量極小，不足以形成粘結(jié)水膜，則顆粒分散無(wú)粘結(jié)力；若含水量過(guò)大，在分子力達(dá)到的水膜范圍以外，還存在著自由水，粘結(jié)力反而減小，甚至變成流態(tài)。含水量越接近塑限，粘結(jié)力越大，抗沖能力也越強(qiáng)，含水量達(dá)到塑限時(shí)，則粘結(jié)力最大，抗沖能力最強(qiáng)。塑性指數(shù)：

流限含水量與塑限含水量的差值，稱為塑性指數(shù)，以Ip表示(Ip=WL-Wp)。塑性指數(shù)表示粘性土的可塑性大小，能反映粘性土的性質(zhì)，是粘性土分類的指標(biāo)，對(duì)顆粒間的粘結(jié)力也有影響。粘性土中含有顆粒極細(xì)的粘粒越多，形成的粘結(jié)水膜也越多，粘結(jié)力就越大；而且極細(xì)顆粒的含量越多，粘性土的可塑性就越大，塑性指數(shù)也越大。因此，塑性指數(shù)也能反映粘結(jié)力的大小，塑性指數(shù)越大，表示顆粒間的粘結(jié)力越大，抗沖能力越強(qiáng)。第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷液性指數(shù)：

粘性土的物理狀態(tài)可用液性指數(shù)IL表示

式中：IL——粘性土的液性指數(shù)；W0——粘性土的天然含水量；

Wp——粘性土的塑限含水量；

WL——粘性土的流限含水量；

Ip——粘性土的塑性指數(shù)。若以沖止流速表示粘性土的抗沖能力，則粘性土的沖止流速與液性指數(shù)的大小成反比關(guān)系。顆粒間的粘結(jié)力還與土的孔隙比e有關(guān)?？紫侗仁峭馏w中孔隙的體積與顆粒的體積之比，孔隙比越小，土體越密實(shí)，則粘結(jié)力越大，抗沖能力越強(qiáng)。粘性土的沖止流速與孔隙比的大小成反比關(guān)系。第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷粘性土河床的橋下一般沖刷計(jì)算公式：

1）河槽部分

沖止流速一般沖刷后水深

式中：A—單寬流量集中系數(shù)，A=1.0~1.2；

IL—沖刷范圍內(nèi)的液性指數(shù)，本公式中IL=0.16~0.19；其他符號(hào)意義同前。第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷（2）河灘部分

沖止流速一般沖刷后水深

式中符號(hào)意義同前。第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷三、根據(jù)別列柳伯斯假定建立的公式E.B.包爾達(dá)柯夫根據(jù)別氏假定，認(rèn)為橋下流速達(dá)到天然河槽平均流速時(shí)，橋下沖刷即停止，且同一垂線處，沖刷后的水深與沖刷前的水深成正比，經(jīng)驗(yàn)公式如下：1、河槽土質(zhì)均勻時(shí)

式中：hp—一般沖刷后的垂線水深(m)；

h—沖刷前相遇的垂線水深(m)；

A實(shí)—橋下實(shí)際具有的過(guò)水面積(m2)；

p—沖刷系數(shù)第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷2、河槽土質(zhì)不均勻時(shí)

式中：h’p——河床中易沖刷部分沖刷后的水深(m)；

ωq——沖刷前橋下毛過(guò)水面積(m2)；

ω1——沖刷前易沖刷部分的毛過(guò)水面積(m2)；

ω2——沖刷后不可沖刷部分的毛過(guò)水面積(m2)；其他符號(hào)意義同前。

第三節(jié)橋下河床斷面的一般沖刷本節(jié)課到此結(jié)束！

修建在河床內(nèi)的橋墩，經(jīng)受著橋位河段及橋下斷面的一般沖刷，同時(shí)，橋墩阻擋水流，水流在橋墩兩側(cè)繞流，形成十分復(fù)雜的、以繞流旋渦體系為主的繞流結(jié)構(gòu)，引起橋墩周圍急劇的泥沙運(yùn)動(dòng)，形成橋墩周圍局部沖刷坑。為了便于分析計(jì)算，假定橋墩局部沖刷是在一般沖刷完成后的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。橋墩計(jì)算公式中的墩前水深和流速都是采用一般沖刷后的水深和流速。第四節(jié)橋墩局部沖刷一、橋墩局部沖刷的機(jī)理1、橋墩周圍的水流

橋墩周圍的水流主要包括墩前水面涌波、橋墩迎水面的向下水流和尺度很大的旋渦體系，見圖6-4-1。旋渦體系是一個(gè)復(fù)雜的綜合水流結(jié)構(gòu)，包括兩側(cè)繞流旋渦和墩前向下水流在床面附近形成的馬蹄形旋渦、橋墩兩側(cè)邊界層分離形成的尾流旋渦以及床面附近形成的小旋渦。

圖6-4-1橋墩附近的水流結(jié)構(gòu)第四節(jié)橋墩局部沖刷每個(gè)急速旋轉(zhuǎn)并向下游移動(dòng)旋渦的中心形成負(fù)壓，吸起床沙，帶往下游。伴隨旋渦的生成和移動(dòng)，引起床面精致的泥沙呈陣發(fā)性、突然的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在橋墩下游兩側(cè)旋渦相匯，泥沙沉積，形成很長(zhǎng)的沙脊。當(dāng)行近流速較小時(shí)，在橋墩下游越8倍墩寬（墩徑）處，旋渦消失。如圖6-4-2所示，在橋墩迎水面兩側(cè)B和C點(diǎn)附近，繞流流速的大小和方向急劇變化，流速梯度最大，床面切應(yīng)力也最大，對(duì)床面泥沙的作用最強(qiáng)。當(dāng)這里的流速達(dá)到床沙起動(dòng)流速時(shí)，床沙開始向下游移動(dòng)，橋墩開始沖刷。這時(shí)上游A點(diǎn)附近的行近流速v’0成為橋墩起沖流速。起沖流v’0大約等于0.4至0.6倍的床沙起動(dòng)流速v0。第四節(jié)橋墩局部沖刷2、沖刷深度和行近流速行近流速：是指橋墩上游不遠(yuǎn)處，未受繞流影響的墩前天然流速。由于假定局部沖刷是在一般沖刷完成后進(jìn)行的，所以取一般沖刷終止后的墩前流速作為墩前行近流速，相應(yīng)的墩前行近水深也是取一般沖刷后的最大水深hp來(lái)計(jì)算。沖刷深度與行近流速的關(guān)系：橋墩局部沖刷深度hb與行近流速v的關(guān)系，實(shí)橋觀測(cè)資料（江西寧河橋6號(hào)墩），如圖6-4-3所示。模型試驗(yàn)資料也呈現(xiàn)類似規(guī)律。hb與v的關(guān)系呈現(xiàn)為下端較陡，上端較緩的一條連續(xù)的下凹曲線。在清水沖刷和動(dòng)床沖刷的分界點(diǎn)即v=v0處，并無(wú)明顯變化。第四節(jié)橋墩局部沖刷1964年，橋渡沖刷學(xué)生會(huì)議為了制定橋墩局部沖刷計(jì)算公式，假定清水沖刷（v’0<v<=v0）的沖刷深度hb隨行近流速v直線增加；動(dòng)床沖刷（v>v0）的沖刷深度hb隨行近流速v呈下凹曲線形式增大；在v=v0處這兩種狀態(tài)是連續(xù)的，見圖6-4-4。第四節(jié)橋墩局部沖刷二、沙質(zhì)河床沖刷計(jì)算公式1、65-2公式

65-2公式是1965年公路技術(shù)人員根據(jù)橋渡沖刷會(huì)議討論意見制定的公式。當(dāng)v<=v0時(shí)當(dāng)v>v0時(shí)式中：hb——橋渡局部沖刷深度(m)，從一般沖刷后床面算起；

——墩形系數(shù)，見表6-4-1。(6-4-1)(6-4-2)第四節(jié)橋墩局部沖刷

B1——計(jì)算墩寬(m),見表6-4-1；

h——一般沖刷后水深(m)；

——系數(shù)，

d——沖刷層平均粒徑(mm)；

v——行近流速(m/s)，取一般沖刷后墩前流速；

v0——河床泥沙起動(dòng)流速(m/s)，

v’0——橋墩起沖流速(m/s)，

n——指數(shù)，第四節(jié)橋墩局部沖刷第四節(jié)橋墩局部沖刷2、65-2修正公式式中：K——系數(shù)，hb取回歸值(出現(xiàn)幾率最大)，K=0.46；hb取上限值

(外包線，置信區(qū)間上界)，K=0.60；

v0——床沙起動(dòng)流速(m/s)，計(jì)算公式為式6-1-2；v’0——橋墩起沖流速(m/s)，

n——指數(shù)，（清水沖刷：n=1；動(dòng)床沖刷：n<1）

其它符號(hào)意義同前。(6-4-3)(6-4-4)(6-4-5)第四節(jié)橋墩局部沖刷圖6-4-5是1984年Chiew等人研究得到的橋墩局部沖刷深度hb與流速增大的關(guān)系曲線。表明：橋墩局部沖刷深度隨流速增大而增大，當(dāng)v接近或大于3v0時(shí)，沖深不再增大，沖深hb約為2倍的墩寬。

圖6-4-5橋墩局部沖刷深度hb與行近流速v的關(guān)系曲線第四節(jié)橋墩局部沖刷三、粘性土河床橋墩局部沖刷公式現(xiàn)行的鐵路、公路有關(guān)規(guī)范推薦應(yīng)用下列公式計(jì)算粘性土河床中橋墩局部沖刷深度。當(dāng)hp≥2.5B1時(shí)當(dāng)hp≤2.5B1時(shí)式中：IL——沖刷范圍內(nèi)粘土液性指數(shù)，本公式中的范圍IL=0.16~1.48；其他符號(hào)同前。(6-4-6)(6-4-7)第四節(jié)橋墩局部沖刷四、行近水深和行近流速假定局部沖刷是在一般沖刷后完成進(jìn)行的，應(yīng)取一般沖刷后最大水深作為行近水深和一般沖刷后垂線評(píng)價(jià)流速作為行近流速。計(jì)算橋墩局部沖刷是，應(yīng)根據(jù)所采用的一般沖刷公式，選用與其對(duì)應(yīng)的行近流速公式。

1.按輸沙平衡原理公式計(jì)算一般沖刷時(shí)，可近似取

2.按沖止流速公式計(jì)算一般沖刷時(shí)，取該公式對(duì)應(yīng)的沖止流速公式計(jì)算，如對(duì)于沙性河槽(6-4-8)(6-4-9)第四節(jié)橋墩局部沖刷本節(jié)課到此結(jié)束！第四節(jié)橋墩局部沖刷橋臺(tái)是位于橋梁兩端，與路基相連接，支撐上部結(jié)構(gòu)和承受臺(tái)背土壓力的構(gòu)造物。在沒(méi)有導(dǎo)流堤時(shí)，橋臺(tái)突出于洪水中，河灘流量較大時(shí)，沖刷十分嚴(yán)重。一、橋臺(tái)繞流的水流結(jié)構(gòu)橋臺(tái)附件的水流由主流區(qū)(A)，下游回流區(qū)(B)和上游滯流區(qū)(C)三部分組成，如圖6-5-1所示。急速繞過(guò)橋臺(tái)的水流，在橋臺(tái)上游邊緣與壁面邊界層分離，形成強(qiáng)烈的豎軸旋渦體系，并不斷地向下游擴(kuò)散，形成回流區(qū)。旋渦中心形成負(fù)壓，吸起床面泥沙，卷向下游回流區(qū)沉積下來(lái)，形成橋臺(tái)沖刷和回流區(qū)淤積，如圖6-5-2所示。第五節(jié)橋臺(tái)沖刷第五節(jié)橋臺(tái)沖刷橋臺(tái)前緣繞流最大流速橋軸線斷面各點(diǎn)流速等于橋下斷面平均流速vD與繞流旋渦誘導(dǎo)流速u之和。根據(jù)斯托克斯公式，距離旋渦中心為r處的誘導(dǎo)流速u為：橋軸線上分離區(qū)(旋渦區(qū))寬度D為：流速計(jì)算（6-5-2）（6-5-3）（6-5-4）（6-5-1）第五節(jié)橋臺(tái)沖刷根據(jù)流體力學(xué)平面橋臺(tái)前緣渦心壓強(qiáng)Pc式中：LD——橋臺(tái)路堤阻水長(zhǎng)度(m)；

B——天然水面寬度(m)；

v——天然水流流速(m/s)；

——較遠(yuǎn)處不受旋渦影響的水流壓強(qiáng)(Pa，kPa)；

ρ——水的密度，（6-5-5）第五節(jié)橋臺(tái)沖刷二、橋臺(tái)沖刷計(jì)算1.沙性土河床根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量橋臺(tái)平衡沖刷試驗(yàn)資料分析，得到橋臺(tái)沖刷深度hs的計(jì)算公式：（6-5-6）（6-5-7）第五節(jié)橋臺(tái)沖刷或（6-5-8）圖6-5-4橋臺(tái)沖刷和挑角的關(guān)系修正：（1）在水流與橋軸線正交即挑角時(shí)(圖6-5-4a)，橋臺(tái)沖刷深度hs可用上式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)水流與橋軸斜交時(shí)，兩岸橋臺(tái)挑角α不同，一岸α>90°，一岸α<90°(圖6-5-4b)。兩岸的沖刷深度是不同的，在上面兩式中引入挑角系數(shù)Cα。第五節(jié)橋臺(tái)沖刷修正：（2）橋臺(tái)的形狀對(duì)繞流也有明顯影響，形狀越接近流線形，繞流最大流速和生成旋渦的尺度及強(qiáng)度越小，沖刷越淺，可在上面兩式中引入橋臺(tái)形狀系數(shù)CA。橋臺(tái)前墻帶邊坡，上下游設(shè)錐坡或八字墻，CA=0.85；豎直前墻，帶錐坡和八字墻，CA=0.9。橋臺(tái)沖刷深度計(jì)算公式（95-1公式）：式中：hs——橋臺(tái)平衡沖刷深度(m)，即給定水力條件，沖刷趨向平衡時(shí)的極限深度，自床面平均高程算起，包括一般沖刷深度和局部沖刷深度。（6-5-9）（6-5-10）第五節(jié)橋臺(tái)沖刷

Fr——受阻擋水流天然狀態(tài)的弗汝德數(shù)，，v和h分別是被阻擋水