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1、第5章 大中桥孔径计算,5.1 桥位河段水流图式和桥孔布设原则5.2 桥孔长度5.3 桥面设计高程,学习目标：1、掌握桥孔最小净长Lj计算；2、掌握桥面中心最低标高计算；3、熟悉桥前最大壅水高度和桥下壅水高度计算；4、了解各种水面升高值（波浪高度、波浪侵袭高度、水流局部冲击高度、河弯超高、水拱和河床的淤高）计算。本章重点 1、桥孔最小净长计算；2、桥面中心最低标高的计算。本章难点 桥面中心最低标高的计算。,5.1 桥位河段水流图式和桥孔布设原则,5.1.1 建桥后桥位河段的水流图式,未建桥时河段水流状况,无导流堤时的流水平面,有导流堤时的流水平面,河流中心断面图,建桥后的水流图式,水流状态：1
2、为开始壅水断面；2为最高壅水断面；3为桥位断面；4为桥后收缩断面；5为恢复断面。12为壅水段，水面呈a型壅水曲线。23水面呈漏斗状降落，纵向横向均有坡度，但至3断面，仍有桥下壅高Z，34水面继续呈漏斗状降落，至4断面为水深最小、动能最大的收缩断面，24整个为水面降落收缩段，从最高壅水断面至收缩断面纵向近似以斜直线连接，45为扩散段，水面呈C型壅水曲线，近似地纵向可以斜直线连接。,建桥后的水流图式,冲淤状态：12壅水段，过水断面水深沿流向逐渐增大，流速则由天然流速逐渐减小，挟沙能力渐渐减弱，因而该段出现淤积；24水面降落收缩段，因有效过水面积沿流程逐渐减小，流速相应增大，挟沙能力随之转向恢复后又
3、提高，则该段河底出现淤积量沿程逐渐减小而转为冲刷；45扩散段，该段沿流向冲刷由大变小转为淤积，又从淤积逐渐恢复天然输沙平衡状态。,桥下过水断面面积示意图,桥下过水断面面积示意图,5.1 桥位河段水流图式和桥孔布设原则,5.1.2 桥孔布设原则：确定桥孔净长、桥面高程、墩台最小埋深,1.保证设计洪水和泥沙顺利渲泄；2.与天然河流断面流量分配相适应；3.应充分考虑河床变形和水流变化对桥梁的影响；4.应避免河道的不利变形；5.桥孔布设应兼顾对航运或港口发展的长远影响；6.应尽可能照顾当地的发展规划；7.尽可能采用标准跨径；8.墩台基础设置应避开断层、溶洞等不良地质；9.应考虑全面的技术经济指标。,设
4、计以内的洪水和泥沙安全通过，满足通航、通水、流木及其它漂浮物安全通过适应各类河段特性及演变、避免河床变形,建桥后引起壅水高度、流势变化和河床变形，在安全允许范围之内考虑桥位上、下已建或拟建水利工程引起河床演变及对河床的影响桥位河段不易开挖或改移跨海岛、河口之间的桥梁，保证在海洋水文（潮汐、风暴、海流、泥沙）影响下，正常使用和满足通航,2、桥孔布设必须考虑河段特点，遵循以下规定：与天然河流断面流量分配相适应。不易压缩河槽，可适当压缩河滩通航河段，通航孔布设符合内河通航标准主流深泓线上或主航道上不易布设桥墩。地质不良（断层、陷穴、溶洞）地段不易布设墩台流水、流木河段，桥孔适当放大,3、山区河流桥孔
5、布设原则：峡谷河段宜单孔跨越开阔地段可适当压缩河滩,4、平原河流桥孔布设原则：顺直微弯，考虑河槽内边滩下移弯曲河段，考虑凹岸冲刷、淤积对桥孔及墩台的影响河滩稳定的分汊河段、流量稳定，可考虑一河多桥宽滩河段，可适当压缩河滩动荡河段，不易压缩河床,5.2 桥孔长度,2.桥孔净长：桥孔长度扣除桥墩宽度后的长度。Lj,1.桥孔长度：两桥台前缘之间的水面宽度。L,3.净跨径：l0 设支座的桥梁，为相邻两墩、台身顶内缘之间的水平净距；不设支座的桥梁，为上、下部结构相交处内线间的水平净距。,5.标准跨径：梁式桥、板式桥，指相邻支座中心线间的水平距离；不设支座的桥梁，指上下部结构的相交面之中心间的水 平距离。
6、,4.总跨径：各孔净跨径之和l0。反映了桥下宣泄洪水的能力。,5.2 桥孔长度,标准跨径有：0.75 1.0 1.25 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 8.0 10 13 16 20 25 30 35 40 45 50 60,跨径在60m以下的桥孔，一般应选用标准跨径。,桥孔长度的计算方法,1.冲刷系数法,2.经验公式法,5.2 桥孔长度,5.2.1 冲刷系数法,冲刷系数：,考虑冲刷因素计算桥长的假定：1875年，别列柳伯斯基曾假定：当桥下断面平均流速天然河槽断面平均流速vc时，桥下冲刷将停止，过水断面将不再变形。,冲刷后的桥下毛过水面积PAq,冲刷后的桥下有效过水面积
7、PAy,冲刷后的净过水面积PAj,冲刷前桥下的毛过水面积Aq,冲刷前由墩台侧面涡流所阻断的过水面积Ax,冲刷前桥下实际的过水面积，即有效过水面积Ay,净过水面积Aj,墩台阻水引起的桥下过水面积的折减系数,对于不等跨的桥孔可采用各孔值的平均值。,当单孔净跨径L045m，,当单孔净跨径L0200m，,墩台侧面涡流阻水而引起的桥下过水面积的折减系数，又称水流侧向压缩系数,对于宽浅性河流，可认为各桥墩处的水深近似相等，设两墩中心间距为l，桥墩宽度为b,当桥轴线与水流方向斜交时，,桥下通过设计洪水时所需的最小毛过水面积Aq,冲刷前的有效过水面积：,冲刷后的有效过水面积：,5.2 桥孔长度,5.2.2 经
8、验公式法,1.对于有明显河槽的各类河段,公路工程水文勘测设计规范（JTG C302002）规定 对峡谷性河段，不宜压缩河槽，一般按地形布孔，不做桥长计算。其他类型河段，可用下述经验公式计算桥孔最小净长Lj,5.2 桥孔长度,5.2.2 经验公式法,2.对于无明显河槽的变迁性、游荡性河段 基本河宽：多年泄洪需要的河槽宽度，B0,5.2 桥孔长度,5.2.2 经验公式法,3.对于宽滩性河段,5.2 桥孔长度,5.2.2 经验公式法,说明：上述公式算出的桥孔长度是指在一定的水力、泥沙及河床条件下，通过设计洪水流量时，桥下过水断面（与流向垂直的横断面）必须具有的桥孔最小净长度。注意两点：实际桥孔长度L
9、j+所有桥墩宽度；Lj是指水流与桥轴正交时的长度，若是斜桥，则应换算为斜桥轴线方向的长度。,桥面高程：桥面中心线上最低点的高程，必须满足桥下通过设计洪水、流冰、流木和通航的要求，并且应该考虑壅水、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。,5.3 桥面设计高程,5.3.1 桥面高程的确定,1.不通航河流,（1）按设计水位计算,桥面中心最低标高,通航河段,无大批量飘浮,不通航河段,有浮冰或浮木,不通航河流桥下净空安全值,5.3.1 桥面高程的确定,1.不通航河流,（2）按设计最高流冰水位计算,流冰、流木河流上桥梁最小跨径,5.3.1 桥面高程的确定,2.通航河流
10、,5.3 桥面设计高程,5.3.2 水位及引起桥下水位升高的因素计算,1.设计水位Hs和设计最高通航水位Htn的计算,设计流量Qs：与设计洪水频率P相应的流量。通航流量Qtn：与通航洪水重现期相应的流量。,根据前学知识，可以得到设计流量Qs和通航流量Qtn，利用形态断面可推算出相应的设计水位Hs和设计最高通航水位Htn。,表5-8注：1、山区河流如经多年水文资料查证，出现高于设计最高通航水位的历时很短，则根据具体情况，三级航道的标准可降为10年一遇，四、五级航道可降为5年一遇，六、七级航道可按23年一遇标准执行。2、设计最低通航水位参见内河通航标准（GB 50139-1990）确定。,5.3
11、桥面设计高程,5.3.2 水位及引起桥下水位升高的因素计算,2.雍水高度,1）桥前最大雍水高度z,发生的位置：无导流堤时，大约在桥位中线上游一个桥孔长度（L）附近；有导流堤时，大约在导流堤的上游堤端附近。,5.3.2 水位及引起桥下水位升高的因素计算,2.雍水高度,1）桥前最大雍水高度Z,Z 的计算,系数表,桥下平均流速,2）桥下雍水高度Z,桥下壅水高度一般取桥前最大壅水高度的一半。当河床坚实不易冲刷时，可采用桥前最大壅水高度值；当河床松软易于冲刷时，桥下壅水高度可以不计。,5.3.2 水位及引起桥下水位升高的因素计算,2.雍水高度,3）任一断面A处雍水高度ZA,Z 的计算,5.3.2 水位及
12、引起桥下水位升高的因素计算,3.波浪,1）桥位处波浪高度的计算,计算桥面高程时，取计算浪高的2/3计入。,5.3.2 水位及引起桥下水位升高的因素计算,3.波浪,2）波浪的侵袭高度,5.3.2 水位及引起桥下水位升高的因素计算,3.波浪,3）斜向的波浪侵袭高度,当边坡系数m1（或450）、斜向角度300时,5.3.2 水位及引起桥下水位升高的因素计算,4.河湾超高,计算桥面高程时，可计入河湾水位超高值的1/2计入。,河湾处顺轴副流的影响，造成凹岸高、凸岸低的现象,1、河流涨水时，流速逐渐增加，同一断面的主槽流速比两侧河滩大，主槽水位比河滩水位上涨快，从而形成水流中间高、两边低的水拱现象。2、在
13、水拱严重的河段上建桥，确定桥面中心最低标高时应考虑水拱影响。水拱高度目前尚无合适的计算方法，在桥位设计时可通过现场调查确定。3、在河床逐年淤积抬高的河流上，桥下净高应考虑河床淤高而适当加大，河床淤高值的估算，可通过水文站多年实测断面资料推算。,5.水拱和河床的淤高,复 习 思 考 题,1、桥位河段的冲淤状态与水流状态有何联系？分析建桥后的水流图式有何意义？2、目前桥孔最小净长计算公式有哪些？各自的适用性如何？3、桥面中心最低标高的确定包括哪些因素？哪些因素目前尚无成熟的计算公式而需根据调查和实测确定？,4：某桥跨越次稳定河段，设计流量7560，河槽流量6950，河床全宽450m，河槽宽度380m，设计水位下河槽平均水深5.8m，河滩平均水深2.5m，试计算桥孔净长。5：某宽滩河段，河床断面1300m，河槽宽度430m，设计流量5620，河槽流量4300，原拟定桥孔长度550m，试验算所拟桥孔是否合适。,
