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桥涵水文学：基于输沙平衡原理的公式

2023-11-20 理论教育版权反馈

【摘要】：64-2公式是根据我国桥梁实测洪水冲刷观测资料，参照国外同类公式，依据桥下河槽输沙平衡原理建立的，具有坚实的理论和实践基础，比较符合我国河流桥下一般冲刷的实际情况。根据桥下河槽断面的输沙量平衡条件，可导出一般冲刷计算公式。式与式原理相同，计算结果相差不大，但简明易用，均适用于沙质河槽的一般冲刷，《公路工程水文勘测设计规范》中推荐使用。

1964年中国土木工程学会“桥梁冲刷计算学术会议”推荐了桥下一般冲刷计算公式的两个公式，即64-2公式和64-1公式。64-2公式是根据我国桥梁实测洪水冲刷观测资料，参照国外同类公式，依据桥下河槽输沙平衡原理建立的，具有坚实的理论和实践基础，比较符合我国河流桥下一般冲刷的实际情况。

建桥后，若上游天然河槽断面输移来的泥沙量（来沙量）G1较少，不足以补偿桥下河槽断面被水流冲走的泥沙（排沙量）G2，即G1＜G2，则桥下河槽断面的来沙量小于水流挟沙能力，桥下断面发生冲刷。反之，则出现淤积。随着冲刷的发展，桥下河槽断面的水流挟沙能力逐渐降低，上游来沙量和桥下排沙量将逐渐接近以至相等，即G1=G2，则桥下河槽断面达到输沙平衡，冲刷随之停止，一般冲刷深度达到最大（图6-14）。

桥下河槽的一般冲刷主要是通过推移质运动来完成的，粒径很细的悬移质，悬浮在水中流向下游，难以实现桥位断面的泥沙交换，不影响桥位断面的河床变形。

根据桥下河槽断面的输沙量平衡条件，可导出一般冲刷计算公式。若桥位上游天然河槽断面的流量为Q1，河槽宽度为B1，河槽平均水深为h1，则上游来沙量为

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图6-14　断面输沙示意图

若桥下河槽断面的流量为Q2，河槽宽度为B2，有效输沙宽度为μ（1-λ）B2，一般冲刷后的水深为hP，则桥下排沙量为

令G1=G2，整理后得

上式中输沙量比和输沙宽度比的指数，随采用的输沙率公式不同而变化。利用国内外不同的输沙率公式导出的结果，的指数变化于0.86～1.06之间，的指数变化于0.59～0.86之间。1964年全国桥渡冲刷学术会议推荐采用交通部科学研究院推出的公式，即

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式中　hP——桥下河槽一般冲刷后的最大水深，m；

hmax——桥下河槽最大水深，m；

K——综合系数，按下式计算：

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式中　Hmax、H——造床流量时的最大水深，m和平均水深，m；

——床沙平均粒径，m；

A——单宽流量集中系数，其取值不大于1.8，按下式计算：

pagenumber_ebook=156,pagenumber_book=150 (www.chuimin.cn)

式中B——造床流量下的河槽宽度，m，一般为河槽宽度Bc；

m1——随相对糙率hmax/d95而变的指数，可查表6-1，其中d95可在粒径级配曲线上查取；

其他符号意义同前。

表6-1　mt值

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式（6-15）是我国1964年桥渡冲刷计算学术会议推荐使用的，称为64-2公式，适用于推移质运动的沙质河槽。

经过多年使用，总结64-2公式的使用经验，根据理论论证和我国实际桥梁冲刷资料分析，《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30—2002）对64-2公式予以简化，形成64-2的简化式：

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式中　hP——桥下一般冲刷后的最大水深，m；

Q2——桥下河槽部分通过的设计流量，m3/s，当桥下河槽能扩宽至全桥（桥孔压缩水流很大，且河滩土质易冲刷）时，Q2=QP；当桥下河槽不能扩宽时，

Qc——计算断面的天然河槽流量，m3/s；

——计算断面天然状态下河滩部分通过的设计流量，m3/s；

B2——建桥后桥下断面河槽宽度，m，一般情况下B2=L（两桥台前缘间的桥孔长度）；只有当桥孔压缩部分河滩，而桥下河槽又不能扩宽时，B2=Bc；

Bc——上游天然状态下河槽宽度，m；

λ——设计水位下，桥下断面河槽宽度内桥墩阻力总面积与过水面积的比值；

μ——桥墩水流侧向压缩系数，按表5-4确定；

hcm——桥下河槽最大水深，m；

A——单宽流量集中系数，可按式（6-12）计算，对变迁、游荡、宽滩河段当A＞1.8时，其值可采用1.8。

式（6-15）与式（6-18）原理相同，计算结果相差不大，但简明易用，均适用于沙质河槽的一般冲刷，《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30—2002）中推荐使用。