第十三章 桥梁墩台冲刷计算
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4.3 冲刷与淤积分析计算建桥后,由于桥墩的束水作用,桥位处河床底部将发生下切冲刷。
根据工程地质勘探报告,该桥桥址处,河床冲刷层为亚粘土。
河床的冲刷计算按粘性土河床处理。
4.3.1一般冲刷计算采用《公路桥位勘测设计规范》中8.5.4-1式85135'233.0⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=L c mc c p I h h B Q A h μ(4-3式)式中, h p --桥下一般冲刷后的最大水深(m);Q 2--河槽部分通过的设计流量(m 3/s ); μ—桥墩水流侧向压缩系数,查《公路桥位勘测设计规范》中表8.5.3-1;h mc--桥下河槽最大水深(m ); c h --桥下河槽平均水深(m );A —单宽流量集中系数,5.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛=H B A ,B 、H 为平滩水位时河槽宽度和河槽平均水深。
A=1.0~1.2'c B --桥下河槽部分桥孔过水净宽(m ) ,当桥下河槽扩宽至全桥时'c B 即为全桥桥下过水净宽;I L --冲刷坑范围内粘性土液性指数,在本公式中I L 的范围为0.16~1.19。
根据工程地质勘探报告,牧野桥I L =0.67。
经计算得:现状河道条件下,该桥100年一遇设计洪水位为72.73m 时,一般冲刷完成后,主槽最大水深h p 为9.19m ,最大冲坑深3.58m 。
按规划整治后的河道条件下,该桥100年一遇设计洪水位为71.30m 时,一般冲刷完成后,主槽最大水深h p 为6.42m ,最大冲坑深1.26m 。
4.3.2 局部冲刷计算牧野路卫河桥设计墩宽b=2.40m ,桥墩的走向与水流方向一致,墩形计算宽度B 1=2.40m ,查《公路桥位勘测设计规范》附录16,K ξ =0.98。
一、现状河道条件下,该桥100年一遇设计洪水位为72.73m 时,一般冲刷完成后,主槽最大水深h p 为9.19m ,H p /B 1=3.83>2.5,根据《公路桥位勘测设计规范》采用该规范中的8.5.4-3式V I B K h L b 25.16.0183.0ξ= (4-4式)式中,h b --桥墩局部冲刷深度(m);K ξ--墩形系数;B 1--桥墩计算宽度(m ); hp--一般冲刷后最大水深 (m);d -- 河床泥沙平均粒径, d =0.0145(mm );V-- 一般冲刷后墩前行进流速(m/s)3261ph d E V = =1.43E —与汛期含沙量有关的系数,查《公路桥位勘测设计规范》中表8.5.3-2,E=0.66。
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一般冲刷计算公式:cm cg c c d p h BB Q Q A h 66.090.02)1(04.1⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫⎝⎛=μλ12t c cQ Q Q Q +=15.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛=z z d H B A式中:h p ——桥下一般冲刷后的最大水深(m); Q p ——频率为P %的设计流量(m 3/s);Q 2——桥下河槽部分通过的设计流量(m 3/s),当河槽能扩宽至全桥时取用Q p ; Q c ——天然状态下河槽部分设计流量(m 3/s); Q t1——天然状态下桥下河滩部分设计流量(m 3/s);B cg ——桥长范围内的河槽宽度(m),当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度; B z ——造床流量下的河槽宽度(m),对复式河床可取平滩水位时河槽宽度; λ——设计水位下,在B cg 宽度范围内,桥墩阻水总面积与过水面积的比值; μ——桥墩水流侧向压缩系数; h cm ——河槽最大水深(m);A d ——单宽流量集中系数,山前变迁、游荡、宽滩河段当A d >1.8时,A d 值可采用1. 8;H z ——造床流量下的河槽平均水深(m),对复式河床可取平滩水位时河槽平均水深。
②非粘性土河床桥墩局部冲刷计算桥渡冲刷的产生是由于桥墩阻碍了水流,使水流形态发生变化,一般在墩前两侧发生集中现象,引起动能增加;另一方面水流受阻后部分动能转化为位能,由于水流形态变化,桥墩附近水流冲刷能力加大,在桥墩处产生冲刷坑。
局部冲刷计算公式当V ≤V 0时,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=0015.06.012'V V V h B K K h pb ηε当V >V 0时,20015.06.012'n pb V V V h B K K h ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ηε24.02.22375.00023.0d dK +=η5.00)7.0(28.0+=d V 55.00)5.0(12.0'+=d Vd V Vn lg 19.023.002)(+=式中:h b ——桥墩局部冲刷深度(m): K ξ——墩形系数; B1——桥墩计算宽度(m); h p ——一般冲刷后的最大水深(m); d ——河床泥沙平均粒径(mm); K η2——河床颗粒影响系数;V ——一般冲刷后墩前行近流速(m/s), V o ——河床泥沙起动流速(m/s); V ,0——墩前泥沙起冲流速(m/s); n 2 ——指数。
4.4 冲刷计算分析4.4.1 一般冲刷深度计算参考《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30-2002)式7.3.1-1()cm cg c c d p h B B Q Q A h ∙⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=66.090.02104.1μλ式中:p h ——桥下一般冲刷后的最大水深(m );d A ——单宽流量集中系数;2Q ——桥下河槽部分通过的设计流量(m 3/s ),当河槽能扩宽至全桥时取用河槽设计流量;c Q ——天然状态下河槽部分设计流量(m 3/s ); c B ——天然河槽宽度(m ); λ——设计水位下,在B cg 宽度范围内,桥墩阻水总面积与过水面积的比值;μ——桥墩水流侧向压缩系数,应按《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30-2002)表7.3.1-1确定;0.97cg B ——桥下河槽部分桥孔过水净宽(m ),当桥下河槽能扩宽至至全桥时,即为全桥桥孔过水净宽 ;cm h ——河槽最大水深。
4.4.2 局部冲刷深度计算参考《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30-2002)式7.4.1-2。
200'15.06.012n p b V V V h B K K h ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ηξ式中:b h ——桥墩局部冲刷深度(m );ξK ——墩型系数,可按《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2002)附录B 选用;2ηK ——河床颗粒的影响系数;1B ——桥墩计算宽度(m );ph ——一般冲刷后的最大水深(m ); V ——一般冲刷后的墩前行进流速河床泥沙起动流速(m/s ); 0V ——河床泥沙起动流速(m/s );'V ——墩前泥沙起冲流速(m/s );2n ——指数。
《桥墩局部冲刷墩形系数》
墩形系数的计算公式为:式中, A—桥梁设计洪水频率; P—按《公路工程技术标准》JTJ05—93规定的最大冲刷深度(m)。
1、桥面铺装是保证行车舒适性和耐久性的重要组成部分,因此应该采用抗滑、防水材料对其进行处理,以提高铺装层的整体性能,并可减少温度变化对铺装层的影响。
2、沥青混凝土摊铺过程中不得随意加水或者洒水,在出现较大气温波动时,需及时测量温度变化情况,根据实际温差情况调整热料的加入比例。
3、水泥混凝土路面施工完毕后,路面表面会有一些松散颗粒沉淀,这些均属于正常现象,待到养护期结束即可清除。
4、混凝土板块相接缝的板边,通常留缝宽窄不同且间距也各不相同,但必须满足设计规范的要求,且与路基同步施工,尽早安排下道工序的施工。
5、模板安装前,先将支撑稳固好,再检查模板尺寸是否符合图纸要求,如果存在误差则需要进行修复,确认无误后方可使用。
6、注意石子的筛选,严格控制石子的含泥量,从而达到保证水泥混凝土路面强度的目的。