第五章_大中桥桥孔设计

第5章 大中桥桥孔设计

§5.1 桥涵水文勘测设计的基本知识§5.2 设计水位

§5.3 桥位河段河道演变和桥孔布置原则§5.4 桥梁孔径计算 §5.5 桥梁高程设计

建桥以后，河流受到桥头引道的压缩和墩台 阻水的影响，改变了水流和泥沙运动的天然 状态，引起河床的冲淤变形，导致水流对桥 梁墩台基础的冲刷，危及桥梁的安全。因此， 孔径的计算和布置，应以建桥前后桥位河段 内水流和泥沙运动的客观规律为依据。

5.1 桥涵水文勘测设计的基本知识1、桥涵水文勘测的依据为《铁路工程水文勘 测设计规范》或《公路工程水文勘测设计规范》 等

2、桥涵水文勘测的主要任务 编制预可研报告前，应对控制线路的桥 渡进行纸上研究或利用航摄像片进行水 文判释，并去现场重点调查和核对。对 线路可能通过地区的水文、大型水利设 施、地形和地质特征等进行了解。

初测期间应为可行性研究提供必要的资 料。为不同的工程需要提供相应的资料。 若水位因素特别复杂时，除汛期内必须 进行实地水文观测外，必要时还应进行 水工模型试验 定测期间应根据可行性研究报告批复意 见，对初测资料进行核对和补充。如初 测后发生较大洪水应进行补测。

资料 收集

桥 涵 勘 测 内 容

地形资料 水文资料 降水资料 流冰、流木资料 通航资料 地质资料 其他资料 洪水调查 河道调查 冰凌调查 汇水区流域特征调查 其他 水文断面测绘 水文平面关系的测绘 水面坡度图的测绘

桥梁测绘工作：桥渡总平面图、桥址平面图、纵断面图等 水文调 查工作

水文测 绘工作 其他工作

桥涵水文设计 的主要内容

桥位的选择 设计洪水的计算 桥梁孔径的设计 桥前壅水的计算 桥梁标高的确定 桥梁墩台冲刷的计算 调治构造物的设计

5.2 设计水位1、设计水位是指桥位设计断面上相应于设计 流量的水位。由于设计流量的通过频率曲线推 求的，因此与其相应的水位也不可能直接测量， 而是通过延长Q-H曲线求得

2、水位与流量的关系 较稳定的水位与流量的关系 不稳定的水位与流量关系曲线

当有实测的断面水文资料时：可通过直接延长Q-H曲线来求得设计流量对应的设计水位

设 计 水 位 的 推 求

如果桥位断面没有实测资料，而桥位断 面附近有实测资料，若两断面的流域面 积不超过5%:可通过水文断面处的资料来推求桥位断面处的资料

当桥址附近河床断面规则，并有多年历 史洪水资料时：可利用水文统计法推求设计水位 当水面比将均一，河道顺直，河床断面 较规整的稳定均匀流河段，河底纵坡均 一时：可利用水力学公式求得设计水位

5.3 桥位河段河

道演变和桥孔布置原则1、桥位河段的纵向变形 由于绝大多数的桥位是处于缓流河段，因此 这里仅研究缓流河段的水流图式。如图5-7。 桥位河段的水流图式，反映了建桥后水流和 泥沙运动的变化，并表现了桥孔长度、桥前壅 水和桥下冲刷三者之间的关系，应作为桥孔计 算时的分析依据。

蜿蜒河段：当桥孔大于河主槽宽时，河曲仍能自桥 位 河 段 的 平 面 变 形然演变；当桥孔压缩河滩时，河流的水流相对集中， 在地质条件允许冲刷时，桥下主槽有可能有可能扩宽， 使一部分河滩变为河槽。进而河流的过水断面也将发 生变化

顺直微弯河段：在水流与河床的相互作用下，边滩下移发展，深槽将交替出现在桥渡断面的左右两岸

游荡型河段：分两种情况：一是设置长大导流堤，约束水流集中进入桥孔，加大单宽流量和流速，汊流 消失成为单一河道；二是桥孔不设导流堤约束水流， 河段极不稳定，桥渡断面任何地方均可能变为深槽、 心滩或边滩

桥梁孔径布置的一般原则

5.3 桥 孔 布 设

不同类型 河段上， 桥梁孔径 布设的具 体要求

桥孔布设应与天然河流断面流量分配相适应 在内河通航的河段上，通航孔布设应符合相 应要求，并应充分考虑河床演变和不同水位 所引起的通航变化 主流深泓线上或主航道上不宜布设桥墩；在 断层、陷穴地段也不宜布设墩台 在有水流、流木河段上，桥孔应适当放大 山区河流桥孔布设原则 平原河流桥孔布设原则 山前区河流桥孔布设原则

5.4 桥梁孔径计算桥梁孔径 桥孔长度：设计水位处两桥台前缘之间(埋入 式桥台则为两桥台护坡坡面之间)的水面宽度。 桥梁孔径：桥孔长度扣除全部桥墩宽度(顺桥方 向)后，称为桥孔净长，也称桥梁孔径

一、铁路桥梁孔径计算 1、设计流速 在桥渡设计中，总是希望在不引起强烈河床 变形的前提下，桥下过水断面能够发挥其最大过 水能力。当建桥后，由于桥孔压缩河道，桥下流 速增大，引起河流冲刷，进而流速降低。一般当 流速降低到天然流速时，河流就停止冲刷。所以 一般都采用天然河槽平均流速作为河槽冲刷停止 时的平均流速。

2、孔径计算 (1)冲刷系数计算P=桥下需要的过水断面面积/桥下供给的过水断面面积

当桥梁允许冲刷时，其冲刷系数也不应超过 表5-2所给数值。不允许冲刷时，应采取铺砌防 冲的方法，而对于大中桥则不宜采用该方法。 (2)孔径计算 是用过水断面积来表示的。

wg

Qp Pvp cos

二、公路桥梁孔径计算 1、过水断面法 建桥后，桥墩所占面积阻挡了水流的通过， 进而引起桥下过水面积的折减，用折减系数表示 桥墩

阻水面积 = 桥下毛过水面积

水流通过墩台侧面时，由于墩台侧面对水流的摩 擦力而形成的涡流同样占据水流通过面积，其对 桥下过水面积的折减用μ表示，有效过水面积：

有效= 净过水面积

桥下通过设计流量Qp时，需要的过水净面积为 净=Qp

Pvp

桥下净过水面积等于桥下毛过水面积减去墩台阻 水面积：

净= 毛 毛所以，桥下通过设计流量Qp时，需要的毛过水 面积为： 毛= 1 PvpQp

2、经验公式法 公路规范中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 水断面必须具有的桥孔最小净长度。针对不同的河段，其具体计算方法有： (1)峡谷河段：不宜压缩河槽，可不做计算 (2)开阔、微弯顺直、分汊、弯曲河段及滩、 槽可分的不稳定河段 (3)宽滩河段 (4)滩槽难分的不稳定河段

两种方法的适应范围： 过水断面法：适用于细颗粒、均匀的沙质河 床，平原稳定性河床 经验公式法：适用于大颗粒、宽浅变迁性河 床等不稳定性河床

5.5 桥梁高程设计壅水：建桥后，天然水流受到桥孔压缩，桥前形 引起 桥下 水位 升高 的因 素成壅水。天然水面以上壅起的高度，称为壅水高度 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。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，从桥位静水面算 起，计入波浪高度的2/3。 河湾超高：河湾处水位超高值计算公式，计算桥面 高程时，可计入河湾水位超高值的1/2 急流河槽中桥墩的水流冲击高度：在确定急流河槽 桥面高程时，不计壅水高度，而计入水流冲击高度 其他因素：如主槽水位高、水拱现象等

二、桥面高程 1、不通航河流的桥面设计高程 (1)按设计水位计算桥面最低高程

Hmin H s h hj h0(2)按设计最高流冰水位计算桥面最低高程

Hmin H SB h j h02、通航河流的桥下净空 通航河流的桥面设计高程除应满足不通航河流的 要求外，同时还应满足下式要求：

Hmin Hth hM h0

结

束

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