张家口某中桥水文计算分析

张家口某中桥水文计算分析

摘要:本文以张家口某中桥为例，通过调查资料、计算百年洪峰流量、计算百年一遇设计水位及设计流速、桥孔计算、桥面标高计算、桥梁墩台冲刷计算等过程，详细阐述张家口地区中小桥的水文计算过程。

关键词: 张家口中桥水文计算 调查资料

本中桥位于张家口地区赤城县境内。由测量资料计算得桥位段洪水比降I为：I=0.01，汇水面积为36.4Km2。河槽的糙率采用1/n=25，河滩的糙率采用1/n=20。桥位位置处河槽稳定，比降较缓，属稳定河段。土质河岸，河滩已部分开垦为耕地。

计算百年一遇洪水流量

根据《河北省张家口市水文水资源手册》，红河的洪水流量计算适合用推理公式Qm=（0.278*Rτ/τ）*F；τ=0.278*L/(m*J1/3*Qm1/4) m=0.9*(L/J1/3)0.35。根据三个公式绘制Qm-t曲线和Qm-τ曲线，两曲线交点的纵坐标即为所求得洪峰流量。

1．汇水面积F=36.4Km2，主河道纵坡J=0.01，主河道长度L=13.3Km。

2．推求设计暴雨

根据各时段年最大暴雨多年平均值等值线图和年最大暴雨变差系数等值线图查出不同历时t的暴雨量均值H和变差系数CV值，取Cs=3.5CV，根据皮尔逊Ⅲ型模比系数表查K1%，据此求得百年一遇1h、6h、24h点雨量列入下表：

根据所列数据在双对数纸上绘制H-t关系图，求得不同历时的点雨量，由表查得点面折减系数，可得不同历时的面雨量=点雨量*点面折减系数。

3．产流

由点雨量查表6-1得不同历时的净雨深Rτ

4．洪峰流量计算

汇流参数m=0.9*(13.3/0.011/3)0.35=3.81，由前面公式求得下表

根据上表中数据绘制Qm-t曲线和Qm-τ曲线，两条曲线的交点纵坐标118.3m3/s即为所求的百年一遇洪峰流量。

计算百年一遇设计水位及设计流速

当设计水位为836.4m时:

由《公路桥位勘测设计规范》附录十查得:

河槽洪水糙率1/n=25

河滩洪水糙率1/n=20

ωc=39.8 m2bc=31.14 m

Rc=ωc/bc =1.28 m

Vc=1/n* Rc）中的定义，本河段属稳定河段，采用下列公式计算桥孔净长：

Lj= K*(Qp/Qc)n *BC (8.2.1-1)

设计流量Qp = Q1% =118.3 m3/s

河槽流量Qc =Vp*ωc=2.94*39.8=117.18 m3/s

查《公路桥位勘测设计规范》表8.2.1-1得：

K=0.84n=0.90

由形态断面图查得河槽宽度BC=31.14 m

求得最小桥孔净长为：

Lj= 0.84*(118.3/117.18)0.90 *31.14=26.38 m

2．桥孔布设

根据计算及实测滩槽宽度本桥拟定桥梁孔径为3x20m，考虑桥台锥坡压缩河道的影响，桥轴线与河流方向夹角为90o，假定墩直径为1.2m；当河水达到设计水位时，有2排墩柱位于河中。

所以最小桥长：

L≥26.38+2*1.2+1.5*1.5*2=33.28 m，拟定桥孔长度60m，满足最小桥长要求。

计算桥面标高

桥面控制标高=设计水位+雍水及浪高+梁底净空+梁高+桥面横坡+铺装

=836.4+0.3+0.5+1.2+0.114+0.17

=838.684 m

桥梁墩台冲刷计算

1．河床自然演变冲刷

桥址处河床弯曲较规整，河床稳定程度一般，通过现场调查情况，确定河床自然演变冲刷深度为Δh=0.1m。

2．一般冲刷

计算公式：hp=1.04·(A·Q2/QC)0.90·(BC/(1-λ)/μ/B2)0.86·hmc。桥下河槽能扩宽至全桥，Q2=Qp=118.3m3/s，天然状态下桥下河槽流量Qc=117.18m3/s，天然状态下桥下河槽宽度Bc=31.14m，建桥后桥下断面河槽宽度B2=L=64m，设计水位下，桥墩阻水总面积与桥下过水面积的比值λ=（ω-ωj）/ω,1-λ=ωj/ω=(39.8-2*1.2*1.5)/39.8=0.910，取设计流速Vp=Vc=2.94m/s，查《规范》表8.5.3-1得桥墩水流侧向压缩系数μ=0.93，桥下河槽最大水深处hmc=1.5m，平滩水位时河槽宽度B=31.14 m,河槽平均水深H=1.28 m，单宽流量集中系数：

A=（B0.5/H）0.15=（31.140.5/1.28）0.15=1.25,

hp=1.04·(1.25·118.3/117.18)0.90·(64/0.910/0.93/31.14)0.86·1.5=1.18m。

3．局部冲刷

计算公式：hb=0.46·Kξ·B10.6·hp0.15·d-0.068·((V-V0’)/(V0-V0’))n。查《规范》附录十六，圆柱形桥墩墩形系数Kξ=1.00，B1=D=1.2m，hp=1.22m，河床泥沙平均粒径 d=2.00mm，一般冲刷后墩前行近流速 V=E·d1/6 ·hp2/3，含沙量ρ=6Kg/m3，查《规范》表8.5.3-2得E=0.66，V=E·d1/6 ·hp2/3=0.262m/s，河床泥沙起动流速 V0=（hp/d）0.14·(29d+6.05·10-7·(10+ hp)/d0.72)0.5=0.591m/s，墩前泥沙始冲流速V0’=0.645·（d/B1）0.053·V0=0.272m/s ，因为V4．总冲刷深度

总冲刷深度hs=Δh+hp+hb=0.1+1.18+0.03=1.31m，最低冲刷线标高Hm=H1%-hs=834.9-1.31=833.59m。

基本结论

综上所述，本桥拟定桥梁孔径为3x20m，桥轴线与河流方向夹角为90o，百年一遇设计流量Q1%=118.3m3/s，百年一遇洪水位H1%=836.4m，本桥桥面控制标高为838.684m，总冲刷深度hs=1.31m，最低冲刷线标高Hm=833.59m。

参考文献：[1] 《河北省张家口市水文水资源手册》 1998

[2] 《公路桥位勘测设计规范》（JTJ062-91）1991

[3] 《桥涵水文》 张学龄 1994

[4] 《水力学与桥涵水文》 叶镇国 1998

作者简介：张庆哲，男，1986年10月，汉族，助理工程师，本科学历