沖刷線是計算摩擦樁樁基礎的時候用到的。
橋樑墩台沖刷計算
本章學習目標
1.了解墩台沖刷類型,
2.掌握橋下一般沖刷計算方法:
3.掌握橋墩局部沖刷計算方法,
4.了解橋台沖刷計算;
5.掌握橋下河槽最低沖刷線確定方法。
本章學習難點
橋下一般沖刷計算;橋墩局部沖刷計算;橋下河槽最低沖刷線的確定方法。
第一節 墩台沖刷類型
一、河床自然演變沖刷
河道中水流驅使床面泥沙運動,泥沙影響水流結構,兩者相互依存、相互制約。水流和泥沙相互作用,使河床平面及其過水斷面處於不斷發展變化之中,即所謂河床自然演變沖刷。河床演變無論在建橋之前或建橋之後,都在不斷地進行著,橋樑設計時必須考慮使用期內可能出現的河床演變稱為河床自然演變沖刷。
1.河床自然演變沖刷有四種類型
(1)屬河流發育成長過程中河床縱斷面的變形,如河源段的逐年下切,河口段的逐年淤積;
(2)屬河槽橫向移動所引起的變形,如邊灘下移、河灣發展,移動和裁彎取直等;
(3)屬河段深泓線擺動引起的沖刷變形;
(4)在一個水文周期內,河槽隨水位、流量變化而發生周期性變形。
2.一般規定
(1)對於河床逐年自然下切的變形,可通過調查或利用各年河床斷面、河段地形圖資料,分析逐年下切程度,估算橋樑使用期內自然下切的深度。
(2)對於河槽橫向變動引起的自然演變沖刷,宜在橋位河段內選用對計算沖刷不利的斷面作為計算斷面。
(3)對於現有涉河工程引起的河床變形,可收集已有分析資料、動床模型試驗成果預測,或採用相應公式計算確定。
除上述河槽自然變形外,當河槽經過整治或橋位上下游修建水工建築物時,也可引起河槽的顯著變形,這些變形也應在橋位設計中予以考慮。
3.解決辦法
河床演變是十分複雜的自然過程,對於河床的自然演變沖刷,由於原因複雜,如今尚無可靠的定量分析計算方法,故《公路工程水文勘測設計規範》提出3種情況的一般規定,供在確定墩台沖刷深度時套用,據以推算橋樑在使用年限內河床可能下降或上升的幅度,合理地加深墩台基礎埋置深度或提高橋下淨空。對於河道的平面變形,一般應在橋孔布設時予以考慮。
二、橋下斷面一般沖刷
河上建橋後,由於橋樑壓縮水流,致使橋孔上游水流急劇集中流入橋孔,橋下流速梯度很大,床面切應力劇增,引起強烈的泥沙運動,床面發生明顯沖刷。隨著沖刷的發展,橋下河床加深,橋下過水麵積加大,流速逐漸下降,待達到新的輸沙平衡狀態,或橋下流速降低到等於沖止流速時沖刷即停止。橋下斷面河槽的一般沖刷,是指建橋後壓縮水流在橋下河床斷面內發生的沖刷。一般沖刷深度系指橋下河床在一般沖刷完成後從設計水位算起的某一垂線水深,以符號ho,表示。
三、橋墩局部沖刷
流向橋墩的水流受到橋墩阻擋,橋墩周圍的水流結構發生急劇變化。橋墩周圍水流結構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渦體系。旋渦體系是一種綜合水流結構,其中包括在墩前沖刷坑邊緣形成的繞橋墩兩側流向下游的螺旋形旋渦、橋墩兩側水流分離引起的尾流旋渦。旋渦體系在墩後及兩側還不斷地由床面附近釋放出小旋渦,向水面發展,如圖9—1所示。墩前水流流線接近橋墩頭部發生急劇彎曲變化,劇烈淘刷橋墩周圍,特別是迎水面的河床泥沙,開始產生橋墩頭部的局部沖刷坑。隨著沖刷坑的不斷加深和擴大,水流流速減小,挾沙能力也隨之降低。與此同時,沖刷坑內發生了土壤粗化現象,留下粗粒土壤,鋪蓋在沖刷坑表面上,增大了土壤的抗沖能力和坑底粗糙度,一直到水流對河床泥沙的沖刷作用與河床泥沙抗沖作用達到平衡時,沖刷則停止,這時沖刷坑外緣與坑底的最大高差,就是最大局部沖刷深度,以符號hb表示。
一、非黏性土河床一般沖刷計算
1.河槽部分
(1)64—2簡化公式
式中:hp——橋下一般沖刷後的最大水深(m);