河道糙率对山区桥梁设计水位及冲刷影响研究（论文）.pdf

第44卷第7期 2017年4月 建筑 设计 Architectural Design 建 筑 技 术 开 发 Building Technology Development 河 道 糙 率 对 山 区 桥 梁 设 计 水 位 及 冲 刷 影 响 研 究 赵 凯 ， 汪 斌 (1．中 交公路 规 划设计 院 有限公 司 ，北京 100088；2．西 南 交通 大学桥 梁 工程 系 ，成 都 610031) [摘 要 ]跨河道桥梁设计过程中需先确定设计水位与明确冲刷深度，由此确定主梁设计标高及基础埋置深度。因河道糙率 沿河道长度及水深变化，通常为一个取值范围。在设计水位与冲刷深度的确定过程中，糙率取值的这种不确定性可能产生不同 的设计方案。以某山区河道为对象，明确糙率差异对桥位设计水位与冲刷深度的影响。结果表明，以水位推算方向为参照，分 别选用最大或最小糙率可确定出较为不利的设计水位与冲刷深度 ，从而为桥梁设计提供参考。 [关键词 】河道糙率 ；桥梁设计 ；水位 ；冲刷 [中图分类号 ]U442．5 [文献标志码 ]A [文章编号 ]1001—523X (2017)07—0032—02 Influence of River Roughness on Design Flood Surface Elevation and Scour for Bridges in M ountain Area ZhaoKai，WangBin [Abstract]The key procedure in the bridge design process is the determination of design flood surface elevation and scour depth firstly，and then the girder design elevation and foundation embedment depth can be determined．The parameter of river roughness coefficient is usually over a wide range varying with river length and water depth．The uncertainly of roughness value may lead to different design schemes at the process of determination of design flood surface elevation and Scour depth．This paper takes a river case to explain the influence of roughness on bridge design flood surface elevation and scour depth．The results show that the conservative flood surface elevation value and scour depth value can be obtained on the basis of maximum roughness and minimum roughness．The conclusion can provide a reference for bride design． [Keywords]river roughness；bride design；flood surface elevation；scour 水位计算与冲刷深度 的确定是跨越河道桥梁设计过程中 的必要环节，通常由河道某一具有详细水文资料的断面的水 文特征为标准推算到桥位处的水位特征。在推算过程中，河 道糙率是其中重要的影响因素。糙率可反映河道对水流作用 的阻碍作用，其耗散水流能量，由河床特征、断面形状及植 被情况等因素共同决定 ⋯。河道糙率值大小与多种因素有关， 包括水深、坡降、河滩植被等，并随着这些因素的变化而改 变 ]。由此，河道糙率值通常为一取值范围，如公路工程水文 勘测规范设计规范 ]。本文以某山区河道桥梁为例，针对桥梁 设计中糙率值取值大小对桥位水位计冲刷的影响进行比较分 析，以明确糙率取值的影响。 1 桥位水位确定 较为顺直河段桥位水位主要由天然水面线及桥下壅水组 成。对于山区河道，桥位水位与河道糙率有关，其确定过程 如下论述。 1．1 天然水面曲线 最为经典常用的推算天然河道水面曲线的计算表达式为 ： 等 警 w ， ㈩ 式中 ：z， 分别为上游断面和下游断面的水位 ；v．，v 分别 为上游断面和下游断面的平均流速 ；a ，a 分别为上游断面和下 游断面的动能修正系数 ；hf,h．分别为区段内沿程水头损失与局 部水头损失。对于比较顺直的长大河流，局部水头损失 h 可 以忽略。沿程水 损失h 表示为 ： hc-JL (2) 式中：，J为河道区段长度； 为平均水力坡度。由谢才公式： (3) 式中 ： 为水力半径 ；c为谢才系数，可用曼宁公式表示。 收稿日期 ：2017—01-25 作者简介 ：赵凯 (1985一)，男，河南夏邑人，工程师，主要研究力 向为桥梁工程设计、桥梁抗风与抗震研究等。 · 32· c= 月古 (4) 断面平均流速 v可表示为流量 Q／断面面积A，综合式(1) (4)，有 ： 簧 +篆 +c籍 +豢 ，÷ c s 由式 (5)可以分段计算出不同河道断面的水面曲线。 一 设计流量 Q一定下，水面曲线 z与河道糙牢 "直接相关。 1．2 壅水高度 文献[4]对山区斜交桥壅水进行了大量的实测与参数确定， 桥前壅水值为 ： Azo=吉 【‘ 一 )】 (6) 式中 ： 为流速损失系数，可根据斜交角 a查表得到 ； 为桥前断面在壅水水位下的流速； 为正常水位 F的流速 (=Q／ )。Q为设计流量， 为下式中 与 的小值 ： = (三一^ ))COS(d—y) b=hLcos( ) (7) 式巾： 为平均水深；L为桥台净问距；N为桥墩数量；L-ND 为桥桥孔净宽 ：y为流向偏角，由斜交角n与压缩比 I叫确定 ， 为考虑实桥河床冲刷影Ⅱ向，文献 【l】对 △z。进行修 正