桥梁墩台冲刷计算

本章学习目标

1．了解墩台冲刷类型，

2．掌握桥下一般冲刷计算方法：

3．掌握桥墩局部冲刷计算方法，

4．了解桥台冲刷计算；

5．掌握桥下河槽最低冲刷线确定方法。

本章学习重点

桥下一般冲刷计算；桥墩局部冲刷计算；桥下河槽最低冲刷线的确定方法。

本章学习难点

桥下一般冲刷计算；桥墩局部冲刷计算；桥下河槽最低冲刷线的确定方法。

第一节 墩台冲刷类型

一、河床自然演变冲刷

河道中水流驱使床面泥沙运动，泥沙影响水流结构，两者相互依存、相互制约。水流和泥沙相互作用，使河床平面及其过水断面处于不断发展变化之中，即所谓河床自然演变冲刷。河床演变无论在建桥之前或建桥之后，都在不断地进行着，桥梁设计时必须考虑使用期内可能出现的河床演变称为河床自然演变冲刷。

1．河床自然演变冲刷有四种类型

(1)属河流发育成长过程中河床纵断面的变形，如河源段的逐年下切，河口段的逐年淤积；

(2)属河槽横向移动所引起的变形，如边滩下移、河湾发展，移动和裁弯取直等；

(3)属河段深泓线摆动引起的冲刷变形；

(4)在一个水文周期内，河槽随水位、流量变化而发生周期性变形。

2．一般规定

(1)对于河床逐年自然下切的变形，可通过调查或利用各年河床断面、河段地形图资料，分析逐年下切程度，估算桥梁使用期内自然下切的深度。

(2)对于河槽横向变动引起的自然演变冲刷，宜在桥位河段内选用对计算冲刷不利的断面作为计算断面。

(3)对于现有涉河工程引起的河床变形，可收集已有分析资料、动床模型试验成果预测，或采用相应公式计算确定。

除上述河槽自然变形外，当河槽经过整治或桥位上下游修建水工建筑物时，也可引起河槽的显著变形，这些变形也应在桥位设计中予以考虑。

3．解决办法

河床演变是十分复杂的自然过程，对于河床的自然演变冲刷，由于原因复杂，目前尚无可靠的定量分析计算方法，故《公路工程水文勘测设计规范》提出3种情况的一般规定，供在确定墩台冲刷深度时应用，据以推算桥梁在使用年限内河床可能下降或上升的幅度，合理地加深墩台基础埋置深度或提高桥下净空。对于河道的平面变形，一般应在桥孔布设时予以考虑。

二、桥下断面一般冲刷

河上建桥后，由于桥梁压缩水流，致使桥孔上游水流急剧集中流入桥孔，桥下流速梯度很大，床面切应力剧增，引起强烈的泥沙运动，床面发生明显冲刷。随着冲刷的发展，桥下河床加深，桥下过水面积加大，流速逐渐下降，待达到新的输沙平衡状态，或桥下流速降低到等于冲止流速时冲刷即停止。桥下断面河槽的一般冲刷，是指建桥后压缩水流在桥下河床断面内发生的冲刷。一般冲刷深度系指桥下河床在一般冲刷完成后从设计水位算起的某一垂线水深，以符号ho，表示。

三、桥墩局部冲刷

流向桥墩的水流受到桥墩阻挡，桥墩周围的水流结构发生急剧变化。桥墩周围水流结构主要包括墩前向下水流、墩前水面涌波和尺度很大的螺旋形旋涡体系。旋涡体系是一种综合水流结构，其中包括在墩前冲刷坑边缘形成的绕桥墩两侧流向下游的螺旋形旋涡、桥墩两侧水流分离引起的尾流旋涡。旋涡体系在墩后及两侧还不断地由床面附近释放出小旋涡，向水面发展，如图9—1所示。墩前水流流线接近桥墩头部发生急剧弯曲变化，剧烈淘刷桥墩周围，特别是迎水面的河床泥沙，开始产生桥墩头部的局部冲刷坑。随着冲刷坑的不断加深和扩大，水流流速减小，挟沙能力也随之降低。与此同时，冲刷坑内发生了土壤粗化现象，留下粗粒土壤，铺盖在冲刷坑表面上，增大了土壤的抗冲能力和坑底粗糙度，一直到水流对河床泥沙的冲刷作用与河床泥沙抗冲作用达到平衡时，冲刷则停止，这时冲刷坑外缘与坑底的最大高差，就是最大局部冲刷深度，以符号hb表示。

一、非黏性土河床一般冲刷计算

1．河槽部分

(1)64—2简化公式

式中：hp——桥下一般冲刷后的最大水深(m)；