(一)全线典型大中桥水文计算分析水文计算的基本步骤:-对有水文资料的河流收集水文资料 -确定桥位在地形图上的位置-确定主流-勾绘汇水面积(五万分之一地形图) -计算流量 -各水文参数计算1.***大桥水文计算 (1). 设计流量计算① 洪峰流量汇水面积相关法公式n N N F K Q = (1)式中:Q N ——某频率洪峰流量(米3/秒). n 、K N ——为重现期为N 的经验参数 F ——流域面积(平方公里).1.6061.0n 871%==-K ;)中查得:附表(用水文手册》手册》和《榆林地区实由《延安地区实用水文② 综合参数法:ηλψ3N H F βαCN Q mN = (2)其中:Q mN ——某频率的洪峰流量(米3/秒). N ——设计重现期(年).ψ——流域形状系数,2L F =ψL.——主沟长度H 3N ——设计重现期为N 的3小时面雨量(毫米). C 、α、β、γ、η——分区综合经验参数指数. 式中参数的确定:;、、、、)中查得:附表(用水文手册》手册》和《榆林地区实由《延安地区实用水文49.011.058.015.035.4C 97=====-ηγβα③ 原交通部公路科学研究所推理公式法: F S Q nPP ⎪⎭⎫⎝⎛-≡μτ278.0…………………………………(3) 式中:Q p ——某频率洪峰流量(米3/秒).S P ——某一频率雨力即最大1小时暴雨强度(毫米/小时). τ——流域汇流时间(小时). μ——损失参数(毫米/小时). F ——流域面积(平方公里). n ——暴雨递减指数. 0.278:单位换算系数.16.02283.0111%1334.016.0334.0/44.82303.198.065.01401⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛====⋅=⋅====j L j L K K h mm S K u K mmS P βγτβγ,由表三查得:,由表二查得:中查得:用水文手册》手册》和《榆林地区实由《延安地区实用水文④ 全国水文分区经验公式:公式的基本形式:n KF Q =%2。
…………………………(4) 根据分区表查90区的对应值:n 值按取0.72,K 值取13.8,%2%118.1Q Q =⑤ 采用全国水文分区经验公式0n Q CF =,)1(%10%1K C Q Q v +=………………………………(5) 根据分区表查90区的对应值。
查得1.6=C ,65.0=n 则65.001.6F Q =,55.1=v Cs C /v C =3.5,查得K1%=8.16,0%1648.13Q Q = 流量计算结果序号断面位置 河名及桥名汇水面积F (Km ²)河沟长L (Km )河沟纵坡j公式① (m ³/s)公式② (m ³/s)公式③ (m ³/s)公式④ (m ³/s)采用值 (m ³/s)1K51+600.0 ***大桥 18.2 8.5 0.0189 432.2 237.2 499.4 131.5 499.42 K51+860.0 ***大桥 20.12 8.8 0.0189 462.7 252.3 548.8 141.4 548.83 K52+060.***大桥 20.12 8.8 0.0189 462.7 252.3 548.8 141.4 548.82. 计算设计水位以及设计流速计算采用桥位设计信息软件系统2.0版本,河床断面形态、河流比降根据现场测量数据输入软件,糙率结合现场实测情况,根据规范规定进行选取。
根据前文的流量计算,确定百年一遇的设计流量Q1%=548.8m ³/s ;河槽以黄土沙石为主,并根据从当地水利部门搜集的资料,确定糙率取1/n=45;根据现场实测以及相关资料,确定河床比降J=0.015,利用计算软件可以求得:1 桥梁基本信息桥梁类型大设计洪水频率(%) 1桥梁中心桩号凌汛要求无水流与桥轴线的夹角0跨河位置河湾2 河流资料2.1 基本资料河流名称***设计洪水流量(m³/s) 548.8 计算断面名称51860 河床比降(‰) 18.9左分界桩号(m) 0右分界桩号(m) 71左滩粗糙度m1 13河槽粗糙度m2 40右滩粗糙度m3 132.2 断面桩号及标高数据列表桩号(m) 标高(m) 0 101612 101017 100818 100620 100021 99823 996.4427 996.4433 99840 100048 100264 101071 10163 计算过程3.1 计算设计水位根据几何方法计算得:经过多次几何方法计算,确定设计洪水流量Qs=548.8(m³/s)对应的设计洪水位为1001.704(m),即H=1001.704(m)3.2 计算河床各部分的过水面积和水面宽度根据几何方法计算得:左滩过水面积ω1=0(㎡)河槽过水面积ω2=87.092(㎡)右滩过水面积ω3=0(㎡)全断面过水面积ωs=ω1+ω2+ω3=87.092(㎡)左滩水面宽度B1=0(m)河槽水面宽度B2=71(m)右滩水面宽度B3=0(m)3.3 计算水力半径计算公式R=ω/B式中:ω为过水面积(㎡)B 为水面宽度(m)河槽水力半径R2=ω2/B2=87.092/71=1.227(m)3.4 计算流速计算公式按照《公路工程水文勘测设计规程》(JTG C30-2002)V = m R2/3I1/2(5.3.1-3)式中:R为水力半径(m)m为河床粗糙系数I为河床比降河槽流速V2 = m2 R22/3I1/2 =40 ×1.2272/3×(18.9/1000)1/2= 6.301(m/s)3.5 计算流量计算公式Q = ω×V式中:ω为过水面积(㎡)V为流速(m/s)河槽流量Q2 = ω2×V2 =87.092×6.301 = 548.799(m³/s)全断面流量Qs = Q1 + Q2 + Q3 =0 + 548.799+0 = 548.799(m³/s)3.6 计算全断面流速Vs = Qs / ωs = 548.799 / 87.092 = 6.301(m/s)4 计算结果列表4.1 全断面数据断面平均流速(m/s) 6.301断面设计流量(m³/s) 548.7994.2河槽数据河槽设计流速(m/s) 6.301河槽设计流量(m³/s) 548.799河槽平均水深(m) 1.227河槽最大水深(m) 5.264河槽水面宽度(m) 71河槽过水面积(㎡) 87.0925 河流断面图3).桥长计算 河槽宽度计算公式c n cpj B QQ K L 3⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=式中: 设计流量pQ =548.8 (m ³/s)设计洪水河槽流量c Q =548.8 (m ³/s) 河槽宽度c B =28.1m系数K 和指数3n ,该河段属于稳定河段,9.0,84.03==n K 可求得 L=23.6m 。
本桥跨径设置主要受地形影响,采用跨径35×20m 组合箱梁,综合考虑角度、桥墩布置等因素,桥跨布置满足设计洪水频率的泄洪要求,水文不控制跨径布置。
4). 冲刷计算 ⑴河槽一般冲刷由于公式64-1修整式对大颗粒土质计算值偏大,对稳定性河槽计算值偏大,而本河流属于河槽稳定,河床土质主要为粒径较小的沙砾,因此采用64-2简化公式计算河槽一般冲刷:max66.0290.02)1(04.1h BB QQ A h c c p ⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=μλ式中:1Q —计算断面的天然河槽流量2Q —桥下河槽部分通过的设计流量。
根据调查资料以及两岸河滩情况判断,桥下河槽不可能扩宽到全桥,所以s t c cQ Q Q Q Q "2+=s Q —设计流量;根据计算,s Q =548.8 (m ³/s) cQ —天然河槽流量:根据计算,c Q =548.8 (m ³/s) "t Q —天然状态下河滩部分流量,"t Q =0所以,s t c cQ Q Q Q Q "2+==548.8(m ³/s) cB —计算断面天然河槽宽度, B=28.1m2B —桥下断面天然河槽宽度, B=28.1m maxh —计算断面桥下河槽最大水深, hmax=5.3A —单宽流量集中系数: 05.115.0=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=H B Aλ—设计水位下,桥墩阻水总面积与桥下过水面积的比值;对于天然宽线河槽,近似用一个墩宽中心距离之比;07.0204.1==λ μ—桥梁压缩系数: μ=0.88所以max66.0290.02)1(04.1h BB QQ A h c c p ⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=μλ=6.24m即p h =6.24m ,扣除原来水深 5.3m ,实际冲刷深度为m h h p 94.0m ax =-。
⑵ 桥墩的局部冲刷计算①用65-2修正式计算河槽中桥墩的局部冲刷:np b V V V h B K K h ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯=0015.060.012'ηξ式中:bh —桥墩局部冲刷深度,从一般冲刷后床面算起; ξK —墩型系数;查表6-3-1得:ξK =12ηK —河床粒径影响系数; 37.0375.00023.024.02.22=+=ddK η1B —桥墩计算宽度;查表6-3-1得:1B =1.4mp h —墩前行近水流深度,以一般冲刷后水深p h代入;m h p 24.6=d—冲刷层内泥沙平均粒径, mm d 1=v—墩前行近流速;由于一般冲刷采用64-2简化公式进行计算,因此,墩前行进流速v 采用下式计算:0.340.12/30.1max 2 5.24/1.04(1)d cc c cg c A B h Q v v m sQ B h μλ⎡⎤⎛⎫⎛⎫==⎢⎥ ⎪ ⎪-⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦=4.12s m /v —床沙启动速度;s m d v /37.0)7.0(28.05.00=+= '0v —墩前泥沙启动速度;s m d v /15.0)7.0(12.0'55.00=+=n —指数当0v v ≤时,n =1当0v v ≥时,dv v n lg 19.023.00+⎪⎭⎫⎝⎛=所以:m V V V h B K K h np b 80.2'0015.060.012=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯=ηξ② 用65-1修正式计算河槽中桥墩的局部冲刷:清水冲刷0v v ≤:()'060.011V V B K K h b -=ηξ动床冲刷0v v ≥:()nb V V V V V V B K K h ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---='''0000060.011ηξ式中:bh 、ξK 、1B 、v 、0v 、'0v 意义同65-2。