水文计算算例

1.4水文计算

1.4.1设计资料

1. 大桥桥位地质剖面图。

2. 水文资料：桥为河段为稳定性河段，设计洪水位频率1：100，设计洪水

位28.11m。

3. 洪水含沙量ρ=3kg/m3。

4. 桥位概况：本桥位于某市区外，跨越河流，河宽300米。

1.4.2计算设计流量QS [1]

1.根据河道横断面图式，本河道采用单宽式，采用形态法计算。 2.依据桥位地质剖面图，假定为单宽式Ⅰ类河道，糙率n=0.02，m=50。 3.洪水比降I=0.3‰。

4.设计水位28.11m，起止桩号k2+262.16—k2+569.44。 5. 过水面积ω及水位宽度B计算，见下表。

表1-3 过水面积ω及水位宽度B计算表 桩号 （m） k2+265 +286 +337 +382 +420 +450 +471 +495 +528 +576 地面标高 （m） 28.11 24 23.6 22.5 23.1 25.5 25.6 24.8 25 28.11 水深 （m） 0 4.11 4.51 5.61 5.01 2.61 2.6 3.31 3.11 0 平均水深 水面宽度 过水面积 累积面积 （m） 2.055 4.31 5.06 5.31 3.81 2.605 2.955 3.21 1.555 合计 （m） 21 51 45 38 30 21 24 33 48 311 (m2) 43.155 219.81 227.7 201.78 114.3 54.705 70.92 105.93 74.64 1112.94 (m2) 0 43.155 262.965 490.665 692.445 806.745 861.45 932.37 1038.3 1112.94 ω=1112.94 B=311 合计 6.平均水深 H均=ω/B=1112.94=3.58m 7.由谢—满公式

V=m?(H均)2/3?I1/2

=50?(3.58)2/3+(0.0003)1/2 =2.0267m/s

8.设计水位时，过水断面流量QS

QS=ω?V=1112.974?2.0267=2256 m3/s

QS=2300m3/s V=2.03m/s ω=1112.94m/s B=311m

设计流量偏安全考虑，选定

1.4.3确定桥孔长度

1. 河段类型选择

依据桥位地质剖面图，假定该桥位河段为顺直型稳定性河段。 2. 桥孔布设原则

(1) 桥孔不宜过多的压缩河槽；

(2) 墩台基础可以视冲刷程度，置于不同的标高上。 3. 采用经验公式计算桥长

Lj= QS/(β?qc) （1-1）

式中：QS——设计流量；取值为QS=2300 m3/s；

β——压缩系数；取值为β=k1(Bc/Hc)0.06=1.307； k1——稳定性河段取1.00；

qc——河槽单宽流量，qc= QS/Bc=2300/311=7.25。

Lj= QS/(β?qc)=2300/(1.307?7.25)=242.72m 4. 采用过水面积计算（冲刷系数法）[10]

上部结构采用预应力混凝土箱型梁桥，标准跨径为50m（桥墩中心间距），假定采用单排双柱式桥墩柱直径d=1.5m，设计流速VS=2.03m/s，QS=2300 m3/s，冲刷系数P=1.4，系数计算：

μ=1?0.375?VS/ L0=1?0.375?2.03?(30?1.5)=0.98 λ=1.5/50=0.030

则ωq= QS/[μ(1?λ)P VS]=2300/[0.97?(1?0.030)?1.4?2.1]=851.34m2 根据桥位断面图

桥下毛过水面积为1112.94m2 略大于851.34m2。 桥孔净长 Lj=5?(50?1.5)=242.5m。 与经验公式计算结果接近，可以采用。

桩台前缘桩号为：k2+327.5，另一侧桥台前缘桩号为k2+576。

1.4.4确定桥面最低标高

计算壅水高度：

建桥后，左路堤阻水面积ωn=43.155+174.715=217.876m2

Qn=ωn?V均=217.87?2.03=442.28m3/s，Qn/QS=442.28/2300=19.2% 查表得：η=0.07

Vq= QS/ωj=2300/868.15=2.65m/s

由经验公式：ΔZ=η(Vq2?Vch2) （1-2） Vch——采用建桥前全断面平均流速2.03m/s。

故 ΔZ=η(Vq2?Vch2)

=0.07?(2.652?2.032) =0.203m

所以?Z?=ΔZ/2=0.102m 1. 计算浪高

根据设计资料中的气象地震资料：

气候条件：一月份平均气温?10℃，七月份平均气温+25℃； 风力：7级，V=15 m/s； 地震烈度：8度。

考虑最不利影响，浪程D=600m，平均水深H均=3.58m，风速Vw=15m/s。

gH均Vw2=

9.81?3.58=0.156

1520.7（

gH均Vw2）0.7=0.7?（0.156）0.7=0.191

gD9.81?600==26.16 2215Vw0. 0018(

gD0.45

)=0.0078 Vw2g9.81??0.0436 22Vw15th0.191=0.188 0.13th0.198=0.0244

gD0.45)Vw2gh0.70.13th[0.7(2)]th[]gh0.7Vw0.13th[0.7(2)]VwHLj%=2.3?=0.235m

gVw20.0018(2.计算水位

本河道无流水，其他引起水位升高的因素忽略不计。 Hj= Hs+??H=28.11+0.102+0.235?2/3=28.37m 3.桥面标高的确定

本河段不通航，采用桥下净空ΔHj=0.5m。

桥梁建筑高度ΔHD=2.5m（预应力混凝土箱型梁桥）

Hqm=Hj+ΔHj+ΔHD

=28.37+0.5+2.50

=31.37m

故桥面标高采用31.5m。

1.4.5冲刷计算

本河段以假定为平原顺直型河段，属稳定性河段，对河槽自然演变的影响不明显，对该桥位地质断面图分析，河床地质属中砂和细砂质土壤，应按砂质河槽计算。已知桥位河段历年汛期平均含砂量ρ=3kg/m3。

该桥上部结构采用5孔50m预应力混凝土箱型梁，下部结构采用钢筋混凝土单排双柱式桥墩，柱径D=1.5m，钻孔灌注桩桩径D=1.5m；桥台采用桩柱式，桩柱直径D=1.5m。

1.河槽一般冲刷

根据地质剖面图分析，桥下河槽不可能扩宽。已知桥下河槽流量Q=2300 m3/s，桥台前缘桩号为k2+327.5和k2+576；粗糙系数m=50。

桥孔长度Lj=576?327.5=248.5m 桥孔净长Lj1=5?(50?1.5)=242.5m 由桥位断面知，河槽最大水深Hmax=5.01m H均=ω/B=1112.94/311=3.58m

由于河床为细砂及中砂，平均粒径采用D均=1mm 单宽流量系数

A?(BH)0.15?(311)0.15?1.27均ωBHQ2Bcp?1.04(A

Q)0.9{}0.66?hmaxc(1?λ)?μ?B2

QQc2?QQpc?Qn?23002300?442.28?2300?1924.84B2=L=248.5 B=311 λ=

ωμ4?1.5ω??3.58?217.87?0.024 om1112.94查表得：u=0.974

H1924.840.660.9?311?p?1.04?(1.27?2300)???(1?0.024)?0.974?248.5???5.61=7.39m

2.河槽中桥墩的局部冲刷

桥下河槽的一般冲刷计算结果Hp=7.39m，其相应的冲刷流速为

H.46k0.60.068V0?b?0ξBH0.15pd(V?V)n0?V0? 查表得kξ=1，B1=1.5，d=1 mm

12V?Ed6Hp3

12?0.66?16?(7.39)3

?2.504m/s

由Hp=7.39m，D均=1mm，查得V0=0.62；

V>V0，砂质河槽。

V?0?0.645?(d0.0530.001B)?V?0.645()0.0530?0.62?0.27111.5n?(V09.35?2.23lgV)d?(0.622.504)9.35?2.23lg0.001?0.0244

Hb?0.46?1?1.50.6?(7.39)0.15?(0.001)0.068?(2.504?0.2710.0190.62?0.271)1-3）

（?0.513m

3.墩台的最低冲刷线

桥位河段属于稳定性河段，河槽中的桥墩可采用相同的最低冲刷线标高，并以河槽中的最大水深计算冲刷深度，未考虑其他因素应起的冲刷取ΔH=0。

总冲刷深度hs=Hp+Hb=7.391+0.513=7.903m 最低冲刷线标高Hm=Hs?hs =28.11?7.903=20.207m

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