桥梁工程水文计算

2、水文计算

基本资料：桥位于此稳定河段，设计流量QSQ1%5500m3/s，设计水位

HS457.00m，河槽流速vc3.11m/s，河槽流量QC=4722m3/s，河槽宽度Bc159.98m，河槽平均水深hc9.49m，天然桥下平均流速v0M3.00m/s,断

面平均流速=2.61m/s，水面宽度B=180m，河岸凹凸岸曲率半径的平均值

R=430m，桥下河槽最大水深hmc12.39m。

2.1桥孔长度

根据我国公路桥梁最小桥孔净长度Lj公式计算。

该桥在稳定河段，查表知K=0.84，n=0.90。有明显的河槽宽度Bc，则有：

Lj=K (Qs/Qc)nBc=0.84(55004722)0.90159.98=154.16m 换算成平面半径R=1500的圆曲线上最小桥孔净长度为154.23m。

2.2桥孔布置图

根据河床断面形态，将左岸桥台桩号布置在K52+325.00。取4孔40m预应力混凝土T形梁为上部结构；钻孔灌注桩双柱式桥墩，桩径为1.6m，墩径取1.4m；各墩位置和桩号如图1所示；右桥台桩号为K52+485.00；该桥孔布置方案的桥孔净长度为155.80m大于桥孔净长度154.23m，故此桥孔布置方案是合理的。

2.3桥面最低高程

3.11c9.80河槽弗汝德系数Fr= gh9.49=0.104＜1.0。即，设计流量为缓流。桥前出现cv22壅水而不出现桥墩迎水面的急流冲击高度。 2.3.1桥前壅水高度Z和桥下壅水高度Zq

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桥梁工程水文计算

'冲刷前桥下流速m=

Qs55003.72m/s Aj1609.4931.49.49天然桥下平均流速vom=3.00m/s

自然淤积孔隙率n为0.4，则天然空隙比e取0.67，查表知d50=3mm 冲刷前桥下流速：m=

v'm0.25v'm10.5d50(1)vc3.723.7210.530.25(1)3.113.29m/s

系数Kn=2-1mom=0.50.520.53 =6.43 Ky=

vm3.293.290.10.1-19.8g3.00桥前最大壅水高度：Z=

KnKy26.430.53(vmv2om)(3.2923.002)0.32m 2g29.8桥下壅水高度取洪水和河床条件为一般情况，则：Zq=2.3.2浪高h2

1Z=0.16m 2计算风速为21.53m/s，浪程内平均水深取河床平均水深8.60m，汛期顺风向到达桥位断面形成的最大水面风距为1450m。浪高计算如下：

2vw47.3009 gg9.800.02114 2vw21.532gD9.81450gh9.808.60 30.655330.1818178 22vw21.532vw21.5320.45gD0.00180.72ghvw0.13th0.72th0.7vw0.13th0.7gh2vw= 0.39m。 h2=

g2vw因h2/h=0.39/8.60=0.047＜0.1，应取KF=2.42，则波浪高度：h2=KFh2=2.42×0.39=0.94m

按《公路工程水文勘测设计规范》，静水面以上浪高取2/3的波浪高度计0.66h2；另外，波浪在墩前被阻挡时，墩前波浪高度将雍高，近似取雍高值为0.2h2，

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这样，静水面以上的波浪高度为波浪全高的0.86倍，即0.86h2=0.86×0.94=0.81m。

2.3.3波浪坡面爬高和河岸凹岸超高

桥头路堤和导流堤顶面高程应计入波浪坡面爬高，按式he=KKvR0h2计算。 桥位在河湾内，桥面最低高程应计入两岸超高的一半，即0.5hw。

v2B2.6121800.29m hw=

gR9.80430.00凹岸对水流中线的超高为 0.5hw = 0.15 m

按设计洪水通过要求的桥面最低高程

Hmin=Hs+hhjh0= Hs+0.5Z +0.86h2+0.5hw+hj+hD

=457.00+0.16+0.81+0.15+0.5+2.70=461.32m

按Ⅵ-（1）级航道航道通航标准，要求的桥面最低高程

Ⅵ-（1）级航道最高通航水位的重现期为5年，对应最高通航水位，由p=1/5的流量即Q20%，计算相应的水位H20%求得H20%=455.00；通航净空高度为6.00m；通航净宽为30m。

Hmin=Htn+HM+hD=455.00+6.00+2.70=463.70m

以上计算结果表明，通航要求控制桥面高程，桥面最低高程确定为463.70m。

2.4此冲刷为非粘性土河床冲刷，桥下断面一般冲刷后水深

hp

按一般冲刷-2简化公式计算

Q2hp= 1.04AQ10.90Bc1B20.900.66hmc

0.665500 1.041.334722159.9810.02700.97159.9812.3919.85m

按一般冲刷-1公式计算

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AQ2hp1/6LEdj3/5hmc1.335500 1/6hc0.97154.160.4633/512.3919.24m 9.492.5桥墩局部冲刷深度hb

桥墩为双柱墩，墩柱直径1.40m，查墩形系数表K=1.0，

K0.00230.240.375d0.49计算墩宽B1=1.40m。 2.2d1/665-2公式

2/30.4631/619.852/34.05m/s 行近水流hp19.85m；= Edhp起动流速00.28d0.70.50.2830.70.50.54m/s，

0.24m/s， 0，为动床冲

'起冲流速00.12d0.50.550.1230.50.55刷。

'0.600.1500.600.154.050.24hbKKB1hp1.00.491.4019.850.540n0.542.70m65-2修正公式

行近水流hp19.85m；4.05m/s

h起动流速0pd0.1410hp7 29d6.05100.72d0.140.519.85=0.00371019.85290.0036.05100.0030.72300.51.409.352.23lgd0.0530.51.02m/s

d'0.5起冲流速0B10.0531.020.69m/s

K=1.0，B1=1.40m；n0hb的回归值 K=0.46

hbH1.024.059.352.23lg0.0030.0058

'0.600.150.06800.46KB1hpd '00n4 / 6

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0.00790.461.01.400.6019.850.150.0030.0684.050.691.020.691.33m

hb的上限值 K=0.60

hbS'0.600.150.06800.60KB1hpd '00n4.050.690.601.01.200.6019.850.150.0030.0681.020.690.00791.74m

根据输沙平衡原理，当流速大于0很多时，将出现冲刷坑内输沙平衡，冲刷不

再增加。

例中，4.05m/s大约为0=0.54m/s的8倍，冲刷深度还以0.54次方的指数函数增大，与实桥资料分布趋势不同。 取hbS值较为适宜。

2.6桥墩的最低冲刷线高程

Hmin=Hs-Hp-Hb=457.00-19.85-1.74=435.41m

2.7桥台冲刷

根据地形图桥位断面左右岸均有河滩，阻挡河滩水流长度各为LD=10m，阻水较多冲刷较深。按交通部科技攻关公式计算：

桥台形式采用带竖直前墙和上下游锥坡，两岸河滩受阻水流弗汝徳系数：

0.992Fr0.067

gh9.801.492两岸分别阻水面积：AzLDh14.9m2 桥台冲刷深度：

hs1.95Fr0.20Az0.50CCA1.950.0670.2014.90.501.00.903.95m

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2.8桥台最低冲刷线高程

上式计算的桥台冲刷深度hs是平均床面高程以下的一般冲刷和局部冲刷总深度。 两岸平均水深ht=1.49m

桥台最低冲刷线高程Hmin=Hs-ht-hs=457.00-1.49-3.95=451.56m

2.9计算结果分析

桥墩最低冲刷线高程为435.41m，桥台最低冲刷线高程为451.56m，表明设计流量通过时，桥下河槽的沉积层将被冲走桥下河滩和河槽冲刷至高程约438.00m。桥台和桥墩埋置深度应分别考虑。两岸河滩阻水长度分别达10m，为避免桥台和路堤上游侧出现过大冲刷，应设置导流堤。

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