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1、第6章橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算6.1建橋后的河床演變6.2河床的自然演變沖刷6.3橋下斷面的一般沖刷計(jì)算6.4橋墩的局部沖刷計(jì)算6.5橋臺(tái)沖刷計(jì)算6.6橋梁墩臺(tái)基底最小埋深6.1建橋后的河床演變一、建橋后河床演變的基本組成及計(jì)算假定沖刷組成——自然演變沖刷一般沖刷局部沖刷計(jì)算假定——相繼進(jìn)行，分別計(jì)算，疊加匯總。二、沖刷計(jì)算斷面的確定平原順直型河段取橋位上游附近最大水深斷面平原彎曲型河段取橋位上游附近河灣半徑最小的河灣頂點(diǎn)斷面游蕩型和變遷型河段取橋位附近若干河床斷面重疊后的外包線山區(qū)河段取橋位斷面6.2河床的自然演變沖刷河床自然演變沖刷
2、的四種類型：1)河流發(fā)育成長(zhǎng)過程中河床縱斷面的變形；2)河槽橫向移動(dòng)所引起的變形；3)河段深泓線擺動(dòng)引起的沖刷變形；4)河槽周期性變形6.3橋下斷面的一般沖刷計(jì)算一般沖刷的基本概念：建橋后，由于橋孔壓縮河床，橋下過水面積減小，從而引起橋下流速的增大，水流挾沙能力也隨之增大，造成整個(gè)斷面的河床沖刷。這一沖刷過程，稱為橋下斷面的一般沖刷。隨著一般沖刷的發(fā)展，橋下過水?dāng)嗝嬷饾u增大，流速逐漸降低，沖刷速率逐漸減小。當(dāng)橋下河槽各點(diǎn)泥沙的沖刷及淤積達(dá)到平衡時(shí)，一般沖刷趨于停止，一般沖刷的深度達(dá)到最大。目前在工程界，一般沖刷后最大水深用hp表
3、示。hp表示當(dāng)一般沖刷完成后，從設(shè)計(jì)水位算起的計(jì)算垂線處水深（也即為計(jì)算垂線處天然水深與一般沖刷完成后河底被沖刷深度之和）。一、橋下斷面一般沖刷的基本理論(一)別列柳伯斯基理論“橋下水流斷面面積增大到橋下流速等于河槽天然流速時(shí)，沖刷就停止了?！?二)包爾達(dá)柯夫理論橋下流速達(dá)到天然河槽流速時(shí)，橋下沖刷被停止，而且同一垂線處，沖刷后的水深與沖刷前的水深成正比(三)沖止流速理論橋下一般沖刷停止時(shí)的垂線平均流速稱為沖止流速。當(dāng)垂線平均流速降低至該垂線的沖止流速時(shí)，該垂線處沖刷停止，一般沖刷達(dá)到最大；當(dāng)橋下所有垂線的流速都降低至沖止流速時(shí)
4、，橋下斷面的一般沖刷即完全停止(四)輸沙平衡理論建橋后，上游來沙量和橋下排沙量逐漸接近以至相等，橋下河槽斷面達(dá)到輸沙平衡，沖刷隨之停止，一般沖刷深度達(dá)到最大。二、非粘性土河床的一般沖刷1.河槽部分1）64－1修正式寬淺式河渠：又因?yàn)椋簈s——沖刷停止后最大單寬流量；qmax——沖刷前最大單寬流量。非粘性土河床沖止流速：64-1修正式：2）64-2簡(jiǎn)化式橋下淤積原理：輸沙平衡原理；適用性：有推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的非粘性土河床。G1——上游天然河道的來沙量，G2——橋下河槽斷面的排沙量。橋下沖刷橋下沖淤平衡推移質(zhì)的輸沙率gs：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位河寬
5、通過推移質(zhì)的質(zhì)量【kg/(m·s)】上游天然河道的來沙量：橋下斷面的排沙量：令64-2簡(jiǎn)化式：2.河灘部分三、粘性土河床的一般沖刷粘性土：三、粘性土河床的一般沖刷1.河槽部分三、粘性土河床的一般沖刷2.河灘部分6.4橋墩的局部沖刷計(jì)算修建在河床內(nèi)的橋墩，經(jīng)受著橋位河段及橋下斷面的一般沖刷，同時(shí)，橋墩阻擋水流，水流在橋墩兩側(cè)繞流，形成十分復(fù)雜的、以繞流漩渦體系為主的繞流結(jié)構(gòu)，引起橋墩周圍急劇的泥沙運(yùn)動(dòng)，形成橋墩周圍局部沖刷坑。為了便于分析計(jì)算，假定橋墩局部沖刷是在一般沖刷完成后的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。橋墩計(jì)算公式中的墩前水深和流速都是采用
6、一般沖刷后的水深和流速。一、橋墩局部沖刷的機(jī)理1.橋墩周圍的水流橋墩周圍的水流結(jié)構(gòu)1.墩前向下水流2.墩前水面涌波3.尺度很大的漩渦體系漩渦體系1.兩側(cè)繞流漩渦2.墩前向下水流在床面附近形成的馬蹄形漩渦3.橋墩兩側(cè)邊界層分離形成的尾流漩渦4.床面附近形成的小漩渦每個(gè)急速旋轉(zhuǎn)并向下游移動(dòng)漩渦的中心形成負(fù)壓，吸起床沙，帶往下游。伴隨漩渦的生成和移動(dòng)，引起床面靜止的泥沙呈陣發(fā)性、突然的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在橋墩下游兩側(cè)漩渦相匯，泥沙沉積，形成很長(zhǎng)的沙脊。當(dāng)行近流速較小時(shí)，在橋墩下游約8倍墩寬（墩徑）處，漩渦逐漸消失。2.幾個(gè)名詞●行近流速：
7、v，指橋墩上游不遠(yuǎn)處，未受繞流影響的墩前天然流速?！袷紱_流速：v0’＝(0.4～0.6)v0●起動(dòng)流速：v0●清水沖刷：v0’v0，床面泥沙運(yùn)動(dòng)，上游泥沙落入沖刷坑，坑內(nèi)泥沙得到補(bǔ)給，稱為動(dòng)床沖刷。3.影響橋墩周邊局部沖刷的主要因素●涌向橋墩的水流流速、流向●橋墩寬度●橋墩型式●墩前水深●床沙粒徑二、非粘性土河床橋墩局部沖刷計(jì)算●推薦使用公式65-2式65-1修正式●1.65-2式當(dāng)V≤V0，當(dāng)V>V0，Kξ——墩形系數(shù)，查表6-3hp—
8、—一般沖刷后的最大水深(m)V——一般沖刷后墩前行近流速(m/s)式中：hb——橋墩局部沖刷深度(m)B1——橋墩計(jì)算寬度，查表6-3V0′——墩前泥沙始沖流速(m/s)，n2——指數(shù)，——河床泥沙平均粒徑(mm)；式中：V0——河床泥沙起動(dòng)流速(m/s)K?2
