第十三章 桥梁墩台冲刷计算讲解

河床地质、土质条件、河床比降。
河相关系
河相关系——描述河床均衡形态的几何因素（河宽 B、 平均水深 h、比降 i、弯道半径 R 等）与来水、来沙条 件（Q、d 等）存在的对应关系。
造床流量——与多年连续造床作用相当的某个流量数 值。
稳定河宽公式
B

Q 0.5 i 0.2
（9-25）
6.05 107

10 h d 0.72
0.5

（图9-21）
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
沙波运 动形式 示意图
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
天然河流中的沙波
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
粒径——与泥沙颗粒同体积的球体直径，即等容直径。
测量方法：筛分法、水析法、直接量测长短轴
粒径级配曲线：表明沙样颗粒的大小和均匀程度。
（图 9-16）
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
在冲刷河段内，床沙中的细颗粒泥沙被水流冲走， 粗颗粒泥沙慢慢沉下来，河床表面层的泥沙粒径逐 渐增大，形成自然铺砌的现象。
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
河床演变
河床演变——在天然状况下或人类活动的干扰后，河 床形态逐渐的变化。
河床演变的基本原理
平均粒径
diPi
d
Pi
（9-20）
中值粒径——大于和小于该粒径的泥沙质量（或重量） 各占一半。
重力特性
泥沙颗粒实体的单位体积的重力，即重度。
一般平均为26kN/m³。
水力特性
沉降速度——泥沙颗粒在静止的清水中均匀下沉的速度。
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
河槽宽度与水深的关系
B
h
单宽流量集中系数
0.15

0.15

B H
（9-24） （13-3）
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13-2 墩台冲刷类型
概述
河道中水流驱使床面泥沙运动，泥沙运动后的 床面形态又影响水流结构，水沙运动相互依存， 相互影响，永恒变化。
悬移质——颗粒较细的泥沙被水流带起，悬浮于水中 向下游运动 。
推移质——颗粒稍大的泥沙，在床面上滚动、滑动或 跳跃着间歇性地向下游移动。
床沙——下沉到河床床面静止不动的泥沙 。
泥沙的主要特性
几何特性 一般用泥沙颗粒的直径（粒径d）、粒径级配曲线、 平均粒径或中值粒径（d50）来表示。
（图 13-1）
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13-2 墩台冲刷类型
墩台局部冲刷
定义：水流受墩台阻挡，在墩台附近局部范围 内发生的冲刷现象。
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13-3 桥下断面一般冲刷深度
一般冲刷深度hp
定义：一般冲刷完成后从设计水位算起的桥下最大铅垂 水深。
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第十三章 桥梁墩台冲刷计算
13-1 河流的泥沙运动与河床演变 13-2 墩台冲刷类型 13-3 桥下断面一般冲刷深度 13-4 墩台局部冲刷深度 13-5 桥下河槽最低冲刷线
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
泥沙分类
移质的很大部分是在几次大洪水过程中通过的。
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
含沙量——单位体积内水流中所含悬移质的重 量。
挟沙力——在一定的水力条件和边界条件下， 单位体积的水流能够挟带泥沙的最大重量。
桥孔净长Lj——桥长扣除全部桥墩宽度后的长度。 河床的粗化
13-1 河流的泥沙运动与河床演变
泥沙的起动
泥沙的起动：在水流推动下，床面泥沙颗粒由 静止开始运动。
泥沙起动的受力分析
起动流速v0：床面泥沙颗粒在各种外 力作用下，失去平衡，泥沙开始运动
时的水流垂线平均流速。
张瑞瑾公式
v0


h d
0.14
17.6
γs
γ
γ
d

桥梁设计中，必须合理地预估桥梁使用期间墩 台周边的冲刷，为确定墩台基础最小埋置深度 提供依据
桥梁墩台冲刷是桥梁水毁的直接原因，对桥梁 安全的危害极大。
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13-2 墩台冲刷类型
规范C30的一般规定：
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13-2 墩台冲刷类型
河床自然演变冲刷
定义：河床在水力作用及泥沙运动等因素影响 下自然发育过程造成的冲刷现象。
规范C30条文
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13-2 墩台冲刷类型
桥下断面一般冲刷
定义：桥下河床全断面发生的冲刷现象。
一般冲刷原理
建桥后，由于断 面压缩使过水断面 变小，流速加快， 水流夹沙能力增强， 从而产生的冲刷。
13-1 河流的泥沙运动与河床演变
输沙率、含沙量与挟沙力
推移质输沙率——单位时间内在过水断面单位河槽 宽度上，通过的推移质的重量。
反映推移质运动的强烈程度。 窦国仁公式
gb

k0 C02
s s
(v v0)
v3
g
推移质输沙率与流速4次方成正比，因此，大多数
推移质集中在流速最大的主流区内，而且一年中推
64-1公பைடு நூலகம்（冲止流速公式）
冲止流速vz——桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速。 冲止流速理论：桥下断面内的任一垂线流速都会由于桥
梁墩台对河床的压缩而提高，此时将发生一般冲刷。随 着冲刷的发展，垂线深度加大，垂线平均流速降低。当 垂线平均速度降低到该垂线的冲止流速时，一般冲刷停 止。
水流输沙不平衡引起河床演变 水流通过泥沙运动塑造河床形态，是最活跃的因素，起主导作
用。 副流的存在是河床冲淤变形的直接原因。
影响河床演变的主要自然因素
上游来水条件，即流量的大小和变化。
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13-1 河流的泥沙运动与河床演变
上游来沙条件，即上游来沙量及其粒径组成。