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1、第五章 大中桥孔径计算,大中桥的孔径计算，主要是根据桥位断面的设计流量和设计水位，推算需要的桥孔的最小长度和桥面中心最低高程，为确定桥孔方案，提供设计依据。,第一节 桥位河段水流图式和桥孔布设原则,一、桥位河段的水流图式,a,b,c,d,绝大多数的桥位河段是处于缓流状态(Fr1)，适应于大中桥孔径计算。,水流由于受桥孔压缩的影响，桥前水面将呈aI型曲线自断面l开始雍高，至桥前一定距离处达到雍水高度最大值z，当无导流堤时，最大雍高断面2至桥孔的距离约为一个桥孔长度L，收缩断面在桥轴下游断面3处；有导流堤时，最大雍高断面2在导流堤上游坝端附近，收缩断面在桥位中线断面3处。在断面2至断面3之间，水面
2、有横坡，从岸边泛滥线边界向桥孔倾斜，使水面呈漏斗状。当桥头锥坡填土能起导流作用，或桥头有合理的导流堤时，断面3与水流最大挤压断面重合即断面3为收缩断面；,当桥头锥坡不起导流作用、又无导流堤时，或导流堤设置不当、不能很好导流时，则收缩断面在桥轴下游断面3位置处。自收缩断面至断面4，水流逐渐扩散，并在水流收缩段的主流与河岸之间，由于水流的分离现象，桥台上、下游两侧形成回水区，即立轴副流，至断面4水流恢复天然状态。,河流纵向流速随着沿程各断面的过水面积及水面宽度(以及糙率)不同而变。同时，水流的挟沙能力也随流速的大小而异。自断面1至断面2，水面雍高过水面积逐渐加大，水面坡度变缓，流速也逐渐减小，到断
3、面2流速最小。由此，从上游挟带来的泥沙，因水流挟沙能力逐渐减小泥沙逐渐沉积下来，出现淤积。,自断面2至断面3，过水断面逐渐减小，断面3(或断面3)过水断面面积最小，水面坡度变陡，流速由小变大，断面3(或断面3)流速最大，挟沙能力随流速的加大而增大。水流中的含沙量从大于水流的挟沙能力逐渐变为小于水流的挟沙能力。在断面2至断面3(或断面3)的河段上，出现淤积量逐渐减少，转变为出现冲刷。自断面3(或断面3)至断面4，水流逐渐扩散直至恢复天然河宽，流速逐渐变小直至恢复天然河道流速或某一新的与当地条件相适应的流速，挟沙能力也作相应变化，由大变小，河床上冲刷变小至出现淤积，从而又一次达到新的平衡。,二、桥
4、孔布置原则,桥孔的布置和大小，一般遵守以下原则：,1、应保证设计洪水和它所携带的泥沙顺利宣泄，避免对河床产生不利于桥梁的变，能满足通航、流冰和漂浮物安全通过的要求。,2、应与天然河流断面的流量分配相适应，两侧河滩的冲刷前桥下过水断面之比，应大致等于两侧河滩的流量之比。,3、应根据桥位河段的天然特征、及水工建筑物可能引起的影响，考虑河床变形和水流变化对桥梁的影响。,4、应尽可能照顾当地的发展规划，与农田水利设施和生态环境保护相配合。建桥后的桥前雍水不得对两岸河堤、村镇造成威胁；在平原地区尤为重要，往往以桥前雍水的允许高度作为桥孔长度的控制因素。,5、应按技术标准中的规定，对跨径在60m以下的桥孔
5、，尽可能采用标准跨径。,6、应注意地质情况，桥梁的墩台基础避免设在断层、溶洞等不良地质作用处。,7、应考虑施工条件和经济效益及生态环境效益，作全面的技术经济比较，选择合理的桥孔设计方案。,三、各类河段上桥孔布设,见P105108表5-1-1 5-1-2,第二节 桥孔长度,桥孔长度的确定，应满足排洪和输沙的要求，保证设计洪水及其所挟带的泥沙从桥下顺利通过：应满足桥下天然或人工漂浮物的通过，保证冰凌或竹排、木排从桥下顺利通过；还应满足桥下水面通航的要求，保证船舶或编组的驳船船队从桥下顺利通过，因此，应综合考虑桥孔长度、桥前雍水和桥下冲刷的相互影响。,桥孔长度是指相应于设计洪水位时两桥台前缘之间的水
6、面宽度，常以L表示。扣除全部桥墩宽度(顺桥方向)后的长度,称为桥孔净长,以Li表示。,标准跨径有：o.75，1.0，1.25，1.5，2.0，2.53.0，4.0，5.0，6.0，8.0，10，13，16，20，25，30，35，40，45，50，60(单位:m)。,桥孔长度的计算方法一般采用冲刷系数法和经验公式法。,1.冲刷系数法,冲刷前后桥下断面的变化,1875年，别列柳伯斯基假定：当桥下断面平均流速等于天然河槽断面平均流速Qc时，桥下冲刷将随之停止，过水断面将不再变形，这一假定为考虑冲刷因素计算桥长提供理论分析依据。,由于建桥后桥孔压缩水流，桥下河床将出现冲刷,随冲刷后水深的增加，桥下过
7、水面积逐渐增大，因而流速逐渐降低，河槽的冲刷将相应地减缓，最终趋于停止，河床冲刷停止时的流速，称作冲止流速。,冲刷后的过水面积与冲刷前的过水面积之比称作冲刷系数，用P表示.,所谓冲刷系数法，即以冲刷系数P为控制条件推求桥下河槽冲刷前的最小过水面积，从中确定桥孔最小净长度的计算方法，故又称过水面积控制法。,设,墩台阻水引起的桥下过水面积的折减系数为,墩台侧面回水引起的桥下过水面积的折减系数为,对于宽浅性河流,两墩中心线间距离,墩宽,当桥轴线与水流方向斜交时，设水流方向与桥梁轴线的法线方向的夹角为,冲刷系数法的应用方法分计算法和图解法两种。在桥位断面图布设桥孔，当实际设计布设的桥孔设计方案中的毛过
8、水面积大于或等于Aq的计算值时，则满足设计要求。,1.对于有明显河槽的各类河段,二、用桥孔净长度经验公式计算,-最小桥孔净长,-设计洪水的河槽宽度和流量,-设计洪水流量,K，n系数表,2.对于无明显河槽的变迁性、游荡性河段，即基本河宽公式,基本河宽B0,设计洪水频率系数C,P,最小桥孔净长,当桥轴线与流向斜交时，桥下过水断面有效跨径应按桥轴线与流向垂直的投影面计算，可有两种情况：,第三节 桥面高程,桥面高程是指桥面中心线上最低点的高程，它必须满足桥下通过设计洪水、流冰、流木和通航的要求，并且应该考虑雍水、波浪、水拱、河湾凹岸水面超高等各种因素引起的桥下水位升高以及河床淤积的影响。,一、引起桥下
9、水位升高的因素,1.雍水,1)桥前最大雍水高度z,根据最新公路工程水文勘测设计指南推荐的公式：,式中部分符号的意义：,-冲刷后桥下平均流速，当桥下河床为岩石或有铺砌时取,-冲刷前桥下平均流速，为设计流量除以桥下净过水断面面积,-天然状态下桥孔部分的平均流速,-天然状态下河槽部分的平均流速,桥,2.波浪,水面受风的作用而呈现起伏波动，并沿风向传播，形成波浪。,波面凸起的最高点称为波峰，波面凹下的最低点称作波谷，相邻的波峰与波谷之向的垂直距离称为波浪高度；相邻两个波峰（或两个波谷）之间的水平距离称为波浪长度，波浪传播的距离称为浪程(风距)。,影响波浪的因素有：风向、风速、风时、风的吹程和水深等，其
10、中最为主要的是风速。,1）、桥位处的波浪高度,桥位处河流洪水的波浪高度一般通过调查确定。计算桥面高程时，以桥位处净水面以上波浪高度的2/3计入。另外，行进波在墩前受阻，还应计入波高增大。,公式计算：,式中,-波浪高度(m),-波浪平均高度,-双曲正切函数,-平均水深,-计算浪程,-风速，水面上10m处多年所测洪水期间自记2min平均最大风速的平均值。,风速资料可由气象站搜集，或按风速表估算；平均水深一般用计算浪程方向的平均水深，可根据横断面及河床沿计算浪程方向的起伏估算；计算浪程是波浪沿一定风向可能传播的距离，应根据汛期风玫瑰花图和桥位地形确定，最大浪程是桥位到泛滥边界的距离。,-风速，水面上
11、10m处多年所测洪水期间自记10min平均最大风速的平均值。,2）路堤边坡处的波浪爬高,各系数的取值依次见下表：,斜向的波浪爬高,3.其他,4.急流河槽中桥墩的水流冲击高度,-急流河槽桥墩水流冲击高度,-急流河槽的天然水深和流速,二、桥下净空安全值,1、不通航河段,2、有流冰、流木的河段,三、通航河流的桥下净空,通航河流的桥下净空高度H是从设计最高通航水位算起；桥下净宽B 是指设计最低通航水位时两桥墩之间的净距。,M,M,一般天然河流的设计最高通航水位可采用下表所规定的重现期。,四、桥面最低高程的确定,1.不通航河流,1)按设计水位计算桥面最低高程。,2.通航河流,2).按流冰水位计算的桥面高程,-设计最高流冰水位,-设计最高通航水位,-通航净空高度,P18例1-4-1,过水断面水力计算 表1-4-2,平均水深,过水面积,累积面积,1.55,13.98,13.98,3.24,119.56,133.54,3.29,95.08,228.62,2.63,17.88,246.50,2.22,89.69,336.19,7.11,161.75,497.94,12.19,195.04,692.98,12.20,244.00,936.98,11.65,244.65,1181.63,1321.25,139.62,10.74,1381.18,196.97,8.35,
