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北京 版务总管
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- 桥梁与隧道工程
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一、基本情况/ p! v1 Q: y9 F! P) d* A) d Y
1、桥位：该桥位轴线与河流方向成60°角。
# J/ G9 P* x9 g: Z* ^& b2、河流及洪水情况：常年有水，河道两岸有堤坝，河床平均粒径为2mm。& R% P' D. u+ g7 K4 @3 G4 I
3、汇水面积：1：5万军用图勾绘，汇水面积8.3km2，桥位处河床比降为4.0‰。
' B/ [9 \ Y7 C" U& o3 \4、汇水区土质为Ⅳ类土壤。# o; w# j+ c2 s( |" d
二、流量计算% I1 o+ | z8 n3 f6 Z' p2 O6 }6 k
桥位以上全部流域面积F=8.3 km2＜30 km2 ，所以按小流域面积公式计算：
8 b' @& y, t- h+ O" b- Z流量模数公式
0 W- t) F& P8 dQ=Φ（h-z）3/2F4/5βγδ
3 L( ]) S. \; W" [式中：
* ]- J4 ~$ g# L4 W& b4 oΦ地貌系数，根据地形，主河沟平均纵坡，汇水面积，查《公路小桥涵勘测设计》地貌系数Φ值，查得Φ=0.07；
+ R5 W1 g' ~% a- nh暴雨径流厚度，根据桥位的暴雨分区，相应的洪水设计频率，汇水区土壤类属，汇水时间查《公路小桥涵勘测设计》径流厚度h表，查得h=41；
! x$ s% a- ]3 p/ w! S# c( hz植物截留或地表洼地滞留的拦蓄厚度，查《公路小桥涵勘测设计》植物滞留和拦蓄厚度z值，查得z=5；
5 z- I0 ^5 |, l洪峰传播系数β=1.0
5 b0 M9 k' g% S7 ?流域内降雨不均匀影响洪峰流量的折减系数γ=1.00 X" C9 e k: X9 j* j3 S' V# x
水库调节系数δ=11 W5 p0 j5 ]% ]/ A% T) X
所以：
5 f( ? h6 Y( p5 uQ100=0.07×（41-5）3/2×8.34/5×1×1×1=82.2
' X' {6 Y# g1 G1 A* R# a; E# U经综合比较采用设计流量为90m3/s4 o4 J: O. ]* @! O& h
三、根据设计流量用形态断面计算设计流速及设计水位: ?* J$ Z# c6 g# [/ c) t
假定设计水位为98.43米，用形态断面计算表进行计算) R( K2 n, Q# A/ @; \
根据河床的断面形式及河床情况取河槽1/n=35,
9 N8 T h+ S+ t; N/ _% lVc=1/nR2/3i1/2 =35×1.392/3×0.0041/2=2.76（m/s）( O3 K" ~6 @. h
Qc =ωc Vc7 Q: F$ T# |# m' {
= 33.0×2.76=91.08（m3/s） v6 X& Q2 c, H {3 t7 D6 P3 {2 A" {
此流量与设计流量相差为1.2％，满足要求，因此假定设计水位可以利用。形态断面位于桥位上游40米处，河床比降为0.004，桥位处的设计水位高程为98.59米。
4 w1 p: E4 f2 A. V: X( W: Q用过水面积法计算ωq 4 C4 t9 {. P# p
6 b8 h- U% R& E3 ^" |ωq=Qs/[μ(1-λ)pVs]
0 r* J- X& J5 }: w8 l$ d. Y/ Z0 Y初步拟定，上部构造采用钢筋混凝土矩形板，选用标准跨径8米，下部构造采用重力式实体墩身，墩宽为1米。其中Vs采用天然河槽平均流速Vs =VC
8 ~) o6 Z3 I- ~; ]8 S=2.76m/s
3 h# \: g4 v4 |' q& N' g假定冲刷系数:p=1.5, λ=b/L =1/8=0.125
; x9 m. \( r' s) }( s# B ^μ=1-0.375Vs/LJ=1-0.375×2.76/(8cos60°-1)=0.655
0 Z. H$ }- s5 x: E则桥下需要的毛过水面积/ W/ o: b/ s1 u/ U5 z) W+ R0 ~' ?4 U
ωq =QS/[μ(1-λ)pVS]=90/[0.655×(1-0.125)×1.5×2.76]=37.9m25 H% ~" G8 S% L2 _
满足洪水位要求
* K% e# `2 \% v毛孔径B=ωq/hcp=37.9/1.6=15.68
! r; O# h% ~' ]. z4 z参照桥位处的河流横断面和现场勘察的意见,采用4-8米钢筋混凝土空心板桥， 桥长为32米。确定将一岸桥台置于桩号K0+176处,另一桥台的置于桩号K0+224处。
5 I! b6 _. ?' K" U0 T$ z9 g四、冲刷计算9 W z9 t. H* T" j, g2 o' q
1、一般冲刷按公式64-1计算
9 u) s# O1 F& C+ g& V- Z5 r& D# Y! ghp=(AQs/uLjEd1/6)3/5hmax/hcp8 q9 E% a2 h* w) N! t
式中hp桥下河槽一般冲刷后最大水深(m)
! [ I1 g6 l) }' D% oQs设计流量为110 m3/s/ \- |7 ~" ?) T* ]& O5 k
Lj桥孔净长24-2×1-1.5=20.5m
$ H, c1 ~" M+ U5 Y- thmax计算断面下河槽的最大水深=2.66m
7 d5 }- K; r5 i% a7 x9 ohcp计算断面桥下河槽的平均水深=1.99 m
- }4 I+ U7 I# P' j
9 {: I: t$ N1 t! Z bd河床泥砂的平均粒径 d=3mm
" s* N2 i/ a, k& M$ b% ^# c2 {. }: V μ压缩系数 u=0.8702 j5 V8 x8 j* p, }& W' A( {
E与汛期含砂量有关的系数E=0.66
+ x! m( m& ^7 |$ CA为单宽流量集中系数 A=（B1/2/H）0.15=(16.41/2/1.99)0.15=1.11
! ^7 ]9 E. {; z R; Fhp=(AQs/uLjEd1/6)3/5hmax/hcp=
$ q; S4 R! `6 t7 A% Y% W; T) q〔1.11×110/(0.870×20.5×0.66×31/6)〕3/5×2.66/1.99=3.65(m)% e. \4 i* t' I) ]4 z* k
2、局部冲刷. c" h* \8 L) m3 U. X" V$ Z, i: x
采用65-1公式:V=Vz=Ed1/6Hp2/3=0.66×31/6×3.652/3=1.88（m/s）! P7 z( }" u6 j i( l! a
V0=（hp /d）0.14[29d+0.000000605（10+ hp）/d0.72] 1/2- m( T6 J F3 O5 W* | \' M' E6 e" l* V
=（3.65/0.003）0.14×[29×0.003+0.000000605×（10+3.65）/ 0.0030.72] 1/2 I% r: M- S$ L! l$ m( A8 L7 ?
=0.80（m/s）
. i( [- J. y y/ A' U7 IV10=0.75（d/ hp）0.1（V0/Kξ）=0.75×(0.003/3.65)0.1×(0.80/1)=0.29（m/s）
5 J+ n7 o4 h' N& w- b+ o& _, HV＞V0
2 I# }4 I: T3 h% B2 a$ G采用hb= KξKη1B0.6（V0- V10）（V / V0）n1* `+ ?5 p% L9 m1 t# W2 n6 i+ N L0 _
6 G- D/ Q, E* [2 Z5 p
' S9 |, y [5 }
hb= KξKη1B0.6（V0- V10）（V / V0）η1
7 ^6 \" r$ ^! }5 c9 g! o=1×1.186×10.6×（0.80- 0.30）×（1.67/0.80）0.78=1.05（m）
: o6 L) F" O$ v2 f2 V总冲刷深度： 3 H1 F) W9 K# S8 O. V) |7 b- a
hs= hp+ hb=3.65+1.05=4.7m，$ A) Z% }/ ^- a M b+ `1 U
墩台最低冲刷线标高：Hm= Hs- hs=98.78-4.7=94.08m$ D0 a9 C; B% o, t5 j
: Y4 Y- R- D% F; d+ s6 ^1 L . u( v5 w7 c6 l4 T' e2 {2 ^6 M6 y1 t, n
六、确定桥面标高/ X( K4 o& O& B, X3 L. W
+ t2 S4 W. I# j. k B- |: z1 B4 W
5 O+ S+ P6 M* x, r, }3 i+ `1、雍水高度Δz=η(Vq2-Vch2)
Z4 c7 R5 }& t: ?9 o# Q, Z. I( @# X4 C7 t A
雍水高度与波浪高度统一考虑。, J* `6 L/ I+ B! q7 a3 F
2、波浪高度计算* a) \6 W* x& q' o& F
查《桥位勘测设计规范》附表14.11-4风速按20m/s,浪程按120米，平均水深1.99米，得HL=0.20米。
5 A# G1 g: F/ s# W; N( ]) l, D- c" K3、综合考虑雍水高度及波浪高度取 =0.25m# B: l* _1 [1 c7 T
4、计算桥面标高: F2 E; w6 a' L# l$ S. f2 Q
本河段不通航，采用桥下净空高度△hj =0.50m，
' l" q5 {) y& p0 X5 Z桥梁建筑高度及桥面横坡ΔhD=0.46 m(钢筋混凝土现浇简支板) , S% j; Y* ^1 @
Hqm= hs + +Δhj+ΔhD=98.78+0.5+0.25+0.46=99.99m6 O% ?8 J9 o3 T" a" s1 E
桥面中心设计标高定在100.00m。, U7 |- b, q: `+ t2 h# S
七、定型设计
1 _. h$ r! o/ Y综合以上计算，定为4孔8m钢筋混凝土现浇板桥，下部实体式墩、台，基础扩大基础。 " n: D$ {. i% n1 d3 v; D
一般冲刷标高98.78-3.65=95.13m; h+ M, u. F) [/ u z
局部冲刷标高98.78-4.7=94.08m
; V# c# x" s$ `! f4 X0 c" c% D: P & ?/ q! K2 b: Y0 e- d1 ?: d" |
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