一种根据动床模型确定桥长的方法技术

本发明专利技术属于桥梁测设计域，提供了一种根据动床模型确定桥长的方法，首先提出合理桥长的判断依据，然后由动床模型公式给出桥长公式初值，最后根据3个控制条件，优选出合理的设计方案，该设计方案包括最终确定的桥长、导流堤布置型式以及一个系统的桥孔水力计算，解决了现有的计算桥长的公式及方法，对于滩槽难分的大比降卵砾石河流河段，确定基本河宽的标准并不统一，计算结果差异较大的问题，从桥长、壅水、冲刷三者相互制约、相互影响的整体关系出发，把桥位断面冲深，壅水高度，导流堤冲深作为控制指标，确定出相互平衡的合理桥长，以能够满足泄洪顺畅、输沙平衡、调治构造物防护作为判断标准，有效地发挥了工程的长期经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于桥梁设计领域，尤其涉及。
技术介绍
内陆河流大多散失于盆地灌区或荒漠腹地，少数在低洼部位积水成湖泊。区域地形地貌和气候特征决定了山脉(系)前的倾斜平原上广泛分布着大比降卵砾石河流。大比降卵砾石河流河段主要特点是河床宽浅，岸坎低矮，滩槽杂乱，流向不定，水流变迁。河床宽度范围可以从几百米到几公里，洪水行洪宽度小于实际河宽，河床中的存在富余的宽度，因此在变迁性河段上建桥是可以压缩河床的，但压缩多少是有争议的。在建桥中有两种现象较为突出一种是长桥短坝，多利用河流水流季节性强的特点，过量的压缩河 床，桥孔设计过小，排洪与输沙不通畅，造成桥前大量壅水，桥下冲刷严重，当遇到粘土层或泥结砾岩时，桥下冲刷终止，洪水将冲向桥梁墩台，甚至绕行导流堤，冲断桥头引道，此类水毁多见于六七十年代修建的桥涵，存在较多的水毁隐患。近些年随着公路建设等级提高和建设资金加大，建桥时偏向于不压缩河床或者少压缩现象，甚至过度追求桥渡安全而采取“河有多宽桥有多长”的设计思路，看来有些偏颇，洪水股流对调治构造物的偏斜冲刷依然存在，过分增加桥孔，只能加大建设费用，既不利于桥下导流也不利于水流归束。在现代桥位设计中，确定桥长的方法通常与河槽基本宽度(也称基本河宽)联系较为紧密。在桥涵设计规范中基本河宽定义是洪水通过该段河道时向下排泄水沙所必须的河槽宽度。基本河宽反映了多年洪水反复作用下形成的均衡河槽宽度，相当于造床流量或多年平均洪水流量相对应的河槽宽度。桥长公式大多按照基本河宽来确定，基本河宽在原来桥涵设计中占有举足轻重的地位。大多数基本河宽的判别标准是依照现有桥梁调查情况，认为满足河道行洪条件的桥孔宽度即为该河段的基本河宽。不同学者根据不同的资料，作出了不同的桥长经验公式。目前，对于大比降卵砾石河流河段的桥长确定方法多是建立在基本河宽基础，认为基本河宽就是该河流桥位断面排泄水沙的有效宽度，桥长应在此基础上乘以系数进行压缩，以得到合适的较为经济的桥长。但是根据以上对比发现，对于滩槽难分的大比降卵砾石河流河段，各种方法确定基本河宽的标准并不统一，计算结果差异较大。
技术实现思路
本专利技术提供了，旨在解决现有技术提供的计算桥长的公式及方法，对于滩槽难分的大比降卵砾石河流河段，确定基本河宽的标准并不统一，计算结果差异较大的问题。本专利技术的目的在于提供，所述方法包括以下步骤第一步收集桥位河段流量资料，绘制流量过程曲线，选择典型洪水流量过程，推求设计洪水洪峰流量Qs ；第二步收集建桥前的桥位河段地形图，在桥位上下游I 2km河道顺直段各选择一个断面作为计算起始点，选取主流河槽附近河底地形高程，沿主流河槽在两断面之间绘制河心线，测量出两断面间距离，根据绘图比尺得到天然河段两断面间间距，计算床面比降J ；第三步通过桥位河段钻机在河底钻孔取沙，用不同筛径的筛子分选各级床沙，用电子天平称重，计算小于某一粒径的质量，粒径小于Imm的床沙用粒度分析仪测量确定，绘制级配曲线并确定床沙中值粒径d5(l ；第四步根据天然河道观测数据做概化动床模型试验，在动床模型中，水位采用精度为O. Imm的测针读取，流量采用自控系统控制，地形采用二维地形测量仪测量，局部流速用旋桨流速器测量；第五步根据桥梁初步选线设计要求以及动床模型公式，初步确定桥梁长度L ； 第六步布置概化动床模型试验，根据河床比降、床沙中值粒径、桥位河段压缩比、导流堤布置形式、洪峰过程以及设计洪水单宽流量因素设置不同方案进行实验，流量以自控系统控制，用二维地形测量仪测量地形变化过程以及用测针读取动床模型中纵向断面、桥位断面、导流堤两侧水位；第七步根据概化动床模型试验数据，对单宽流量q，导流堤投影流量Q，导流堤迎水面坡度m，河床比降J，床沙中值粒径d5(l以及主流偏心系数ε，进行相关分析拟合得出桥前壅水最大水深hmax、度hhbE和导流堤冲刷深度Hp计算公式；第八步根据最大壅水水深控制深度Hyk、桥位断面冲刷控制深度Hk、导流堤施工控制深度Hdk以及导流堤允许冲刷深度Hk对桥前壅水水深、桥位断面冲刷深度、导流堤冲刷深度进行判断，并做相应措施调整；第九步选取不同的桥长，作两个以上的方案经济评价，选取合理桥长以及水力计晳奸里进一步，所述根据桥梁设计要求及动床模型公式，初步确定桥梁长度L的实现方法为收集桥位河段流量资料，选择典型洪水流量过程，推求设计洪水；若无流量资料就以暴雨资料，选择典型暴雨过程，求设计雨量，拟定设计暴雨过程，由设计暴雨推求设计洪水；收集建桥前的桥位河段地形图，由桥位河段I 3km天然床面比降确定河床比降J ；根据桥梁设计要求和动床模型公式，初步确定桥梁长度L。进一步，所述对桥前壅水水深进行计算并判别的实现方法为根据洪峰流量及桥长确定桥位断面的单宽流量q ；在桥位河段用钻机在河底钻孔取沙，分析粒径级配，粒径小于Imm的床沙用粒度分析仪测量确定，绘制级配曲线并确定床沙中值粒径d5(l ；计算桥前壅水水深最大值hmax,最大水深控制深度为1.5m。进一步，所述以控制深度作为判别条件，确定是否选取防冲构造物的实现方法为确定主流偏心系数ε ；根据桥位断面最大冲刷深度计算hhb，控制水深为I. 5 2. Om ;确定导流堤投影流量，如无法判别进口主流的分布，按照进口均匀分布流量考虑，并确定导流堤迎水面坡度；根据施工条件确定导流堤施工控制深度，由调治构造物的抗冲性确定导流堤允许冲刷深度；计算导流堤冲刷深度Hp±R，并以控制深度作为判别条件，确定是否选取防冲构造物。本专利技术的另一目的在于提供一种以桥长、壅水及冲刷相互变化关系确定桥长的方法，所述方法包括以下步骤选取典型的河床边界； 选取桥位断面典型洪峰过程及设计洪水单宽流量；桥位河段压缩比为7 1,7 3 ；按照常用的导流形式压缩河床布置，并对桥位河段导流堤布置；在比降、粒径、压缩比、导流堤布置形式、洪峰过程及设计洪水单宽流量一定情况下，测量动床模型中纵向断面、桥位断面、导流堤两侧水位和地形变化过程；根据动床模型中桥位纵断面和桥位横断面、导流堤水位、地形变化结果，拟合出各类公式；根据大比降卵砾石河流河段的水流、泥沙特性，推导动床模型桥长公式；根据模型试验成果，提出大比降卵砾石河流河段合理桥长控制条件的判别标准，并以满足综合控制条件进行桥长选定。进一步，所述典型河床边界的粒径为d5(l = 13 54mm,比降为J = 3 15%。。进一步,所述桥位断面设计洪水单宽流量为q = I IOm3/s. m,典型的暴雨洪水过程，以大洪水各流域的洪水过程进行概化。本专利技术提供的根据动床模型确定桥长的方法，首先提出合理桥长的判断依据，然后由动床模型公式给出桥长公式初值，最后根据3个控制条件，优选出合理的设计方案，该设计方案包括最终确定的桥长、导流堤布置型式以及一个系统的桥孔水力计算，解决了现有的计算桥长的公式及方法，对于滩槽难分的大比降卵砾石河流河段，确定基本河宽的标准并不统一，计算结果差异较大的问题，从桥长、壅水、冲刷三者相互制约、相互影响的整体关系出发，把桥位断面冲深，壅水高度，导流堤冲深做为控制指标，确定出相互平衡的合理桥长，以能够满足泄洪顺畅、输沙平衡、调治构造物防护作为判断标准，避免了后期以工程手段循环修复，有效地发挥了工程的长期经济效益。附图说明图I示出了本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种其根据动床模型确定桥长的方法，特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步：收集桥位河段流量资料，绘制流量过程曲线，选择典型洪水流量过程，推求设计洪水洪峰流量Qs；第二步：收集建桥前的桥位河段地形图，在桥位上下游1～2km河道顺直段各选择一个断面作为计算起始点，选取主流河槽附近河底地形高程，沿主流河槽在两断面之间绘制河心线，测量出两断面间距离，根据绘图比尺得到天然河段两断面间间距，计算床面比降J；第三步：通过桥位河段钻机在河底钻孔取沙，用不同筛径的筛子分选各级床沙，用电子天平称重，计算小于某一粒径的质量，粒径小于1mm的床沙用粒度分析仪测量确定，绘制级配曲线并确定床沙中值粒径d50；第四步：根据天然河道观测数据做概化动床模型试验，在动床模型中，水位采用精度为0.1mm的测针读取，流量采用自控系统控制，地形采用二维地形测量仪测量，局部流速用旋桨流速器测量；第五步：根据桥梁初步选线设计要求以及动床模型公式，初步确定桥梁长度L；第六步：布置概化动床模型试验，根据河床比降、床沙中值粒径、桥位河段压缩比、导流堤布置形式、洪峰过程以及设计洪水单宽流量因素设置不同方案进行实验，流量以自控系统控制，用二维地形测量仪测量地形变化过程以及用测针读取动床模型中纵向断面、桥位断面、导流堤两侧水位；第七步：根据概化动床模型试验数据，对单宽流量q，导流堤投影流量Q，导流堤迎水面坡度m，河床比降J，床沙中值粒径d50以及主流偏心系数ε，进行相关分析拟合得出桥前壅水最大水深hmax、度hhbε和导流堤冲刷深度Hp上限计算公式；第八步：根据最大壅水水深控制深度Hyk、桥位断面冲刷控制深度Hk、导流堤施工控制深度Hdk以及导流堤允许冲刷深度Hk对桥前壅水水深、桥位断面冲刷深度、导流堤冲刷深度进行判断，并做相应措施调整；第九步：选取不同的桥长，作两个以上的方案经济评价，选取合理桥长以及水力计算结果。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨胜发，兰艳萍，张艾文，付旭辉，李文杰，胡江，张鹏，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：