調(diào)治構(gòu)造物資料第1頁/共73頁2概述什么是調(diào)治構(gòu)造物？導(dǎo)流堤丁壩順壩、挑水壩其他橋頭防護(hù)工程調(diào)治構(gòu)造物的功能：

調(diào)節(jié)水流使其均勻、順暢地流過橋孔，防治橋下斷面和上下游附近的河床、河岸發(fā)生不利變形，確保橋梁安全。第2頁/共73頁調(diào)治構(gòu)造物1.導(dǎo)流構(gòu)造物2.挑流構(gòu)造物3.防護(hù)構(gòu)造物①導(dǎo)流堤②梨形堤③錐坡體①丁壩②順壩③挑水壩①堤岸防護(hù)②坡面防護(hù)③路基防護(hù)與加固第3頁/共73頁4調(diào)治構(gòu)造物導(dǎo)流堤導(dǎo)流堤丁壩順?biāo)畨纬Ｒ姷恼{(diào)治構(gòu)造物第4頁/共73頁5調(diào)治構(gòu)造物的布設(shè)原則：結(jié)合河段特性，水文、地形和地質(zhì)等自然條件，橋頭路堤位置，通航要求，水利設(shè)施等因素綜合考慮，兼顧兩岸、上下游、洪水枯水位，確定總體布置方案。水文及河床變形復(fù)雜的河段，橋孔和調(diào)治構(gòu)造物布設(shè)應(yīng)做水工模型實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行分析驗(yàn)證。導(dǎo)流堤的設(shè)計(jì)洪水頻率與橋梁設(shè)計(jì)洪水頻率相同。丁壩等其他調(diào)治構(gòu)造物的設(shè)計(jì)洪水頻率應(yīng)與所依托的工程設(shè)計(jì)洪水頻率相同。第5頁/共73頁順應(yīng)水勢、因勢利導(dǎo)、因地制宜6第6頁/共73頁7導(dǎo)流堤的作用：導(dǎo)流堤的主要作用是引導(dǎo)水流平順通過橋孔，提高橋孔泄洪能力，減少對橋下河床的集中沖刷，減緩沖刷進(jìn)程，減少對墩臺(tái)的沖刷威脅。無導(dǎo)流堤時(shí)，被橋頭路堤阻斷的河灘水流將斜向流入橋孔，可引起橋臺(tái)附近的嚴(yán)重沖刷；設(shè)置導(dǎo)流堤后，橋下河床的沖刷分布趨于均勻，并擴(kuò)散到橋梁上下游的較大范圍，減緩了沖刷進(jìn)程。適用條件:河灘流量較大時(shí)第一節(jié)導(dǎo)流堤第7頁/共73頁8

如何設(shè)置導(dǎo)流堤？根據(jù)河灘流量占總流量的比例來確定，一般認(rèn)為，被河灘路堤阻斷的河灘流顯占總流量的15％(單側(cè)河灘)或25％(雙側(cè)河灘)以上時(shí)，需設(shè)置導(dǎo)流堤；小于上述數(shù)值時(shí)，可設(shè)置梨形堤；小于5％時(shí)，加固橋頭維坡即可。當(dāng)河灘水深小于1m，或橋下沖刷前的平均流速小于1m/s時(shí)，則不必設(shè)置導(dǎo)流堤。

河灘流量較大時(shí)，橋上游應(yīng)修建導(dǎo)流堤，引導(dǎo)上游水流和河灘水流逐漸改變方向，形成平行水流，平順地通過橋孔，使橋下斷面的流速、水深及輸沙等分布都較為均勻，避免橋下和橋頭出現(xiàn)集中沖刷。導(dǎo)流堤第8頁/共73頁9一、導(dǎo)流堤的繞流導(dǎo)流堤水流的繞流決定了導(dǎo)流堤合理的平面線形，以與繞流流線配合較好、堤長適當(dāng)、設(shè)計(jì)施工簡便的線型為佳。河灘水流彎曲繞過A點(diǎn)，這里水流集中，流速大，水面雍高。然后，水流轉(zhuǎn)向沿導(dǎo)流堤流向橋孔。在B點(diǎn)附近，水流相遇，形成第二個(gè)高速區(qū)。這樣在AB范圍內(nèi)，形成壩頭沖刷區(qū)。水流通過B點(diǎn)后，若導(dǎo)流堤平面線型合理，將平順的流到橋軸斷面C點(diǎn)，在橋下平順的流出橋孔。導(dǎo)流堤繞流的流線第9頁/共73頁10二、導(dǎo)流堤的平面線形橢圓堤

仍是美國聯(lián)邦公路總署推薦的橋梁導(dǎo)流堤標(biāo)準(zhǔn)形式。前蘇聯(lián)1972年規(guī)范推薦的導(dǎo)流堤形式，上游為橢圓形，下游為圓弧和直線的組合線型。圓曲線組合堤我國應(yīng)用最多，1985年鐵道部科院研究員陸浩等提出改進(jìn)的，長度較短的圓曲線組合堤。梨形堤

主要用于河灘流量不大或橋頭引道凹向上游的橋位上。梨形堤的平面尺寸，鄰橋孔一側(cè)可按一般曲線導(dǎo)流堤的尺寸采用，鄰河岸的后側(cè)部分用反向圓弧連接，或再插一段直線與橋頭引道連接。封閉式長導(dǎo)流堤修建在山前沖積扇和山前變遷性河段上。長堤使河槽逐漸縮窄引導(dǎo)水流和泥沙平順地通過橋孔。第10頁/共73頁美國聯(lián)邦公路總署標(biāo)準(zhǔn)1/4橢圓a/b=2.5圓曲線組合堤（1985年陸浩改進(jìn)）梨形堤的布設(shè)第11頁/共73頁12改進(jìn)圓曲線組合堤：其平面軸線是由三種不同半徑的圓曲線構(gòu)成?；景霃綖椋菏街校築td、Qtd——導(dǎo)流堤所在一側(cè)河灘寬度和天然狀態(tài)的河灘流量。E——橋孔偏置率Qte——導(dǎo)流堤所在一側(cè)的路堤攔阻流量Qxi——被阻擋較小一側(cè)的天然流量Qda——被阻擋較大一側(cè)的天然流量K——與橋位河段水流寬深比有關(guān)的系數(shù)R1=0.50R0,圓心角θ1=45°R2=0.25R0,圓心角θ2=45°~60°Rd=R2,圓心角θd=45°~6015202530k<200500~2001000~500>1000B/h第12頁/共73頁13三、導(dǎo)流堤沖刷導(dǎo)流堤附近的流速分布和沖刷地形圖

從上游堤段開始，沿堤的迎水面坡腳有一條沖溝，延伸到橋下，再向橋梁下游發(fā)展。導(dǎo)流堤迎水面坡腳最大沖刷深度范圍，在從上游堤頭開始到上游大約三分之一堤長的一段附近，若導(dǎo)流堤平面線形不好，沖刷范圍還要擴(kuò)大。洪水退水過程中，導(dǎo)流堤上游端背水面也將出現(xiàn)沖刷；同時(shí)，堤背水面水位高，迎水面水位低，形成堤身內(nèi)滲透壓力，也會(huì)引起導(dǎo)流堤破壞。第13頁/共73頁14

《公路工程水文助測設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦導(dǎo)流堤堤頭沖刷深度按下式計(jì)算：式中：hs——堤頭沖刷深度L——上游堤端至河岸距離B——當(dāng)另一側(cè)河灘設(shè)導(dǎo)流堤時(shí)，為設(shè)計(jì)水位時(shí)水面總寬度；當(dāng)兩側(cè)均設(shè)導(dǎo)流堤，為設(shè)計(jì)水位線至河槽中泓線的距離。Fr——堤頭行近水流弗若德數(shù)

Fr=v2/ghH——堤頭天然水深Cm——邊坡減沖系數(shù)

Cm=e-0.07mm——邊坡系數(shù)第14頁/共73頁15四、導(dǎo)流堤的橫斷面和壩頂高程壩頂高程，上游堤頭的高程應(yīng)考慮設(shè)計(jì)水位沿堤長向上游的升高、橋前壅水高度、波浪爬坡高度、床面淤積等水面升高，還應(yīng)加0.25m的安全值。導(dǎo)流堤各斷面的壩頂高程，可從上游端堤頂高程按水面比降來推算導(dǎo)流堤橫斷面尺度按下表采用：第15頁/共73頁16第二節(jié)丁壩丁壩：一種與河岸或路堤成一定角度，深入水中的構(gòu)造物。是一種廣泛使用的河道整治和維護(hù)水工構(gòu)筑物。丁壩常設(shè)置在橋頭引道的一側(cè)或橋梁附近的河岸一側(cè)，特別是在凹岸的一側(cè)，將水流挑離橋頭引道或河岸，并使泥沙在丁壩后部淤積，形成新的水邊線，以達(dá)到對凹岸及橋臺(tái)保護(hù)的目的。第16頁/共73頁17丁壩對上下游水流，甚至對岸都有一定影響，適合修建在較寬的河段，在山區(qū)狹窄急流河段應(yīng)慎用。若需要防護(hù)的路堤或河岸較長，可采用數(shù)個(gè)丁壩組成的丁壩群進(jìn)行水流調(diào)治和河岸防護(hù)。導(dǎo)治線：將各個(gè)壩頭的連線設(shè)計(jì)成一條平滑的曲線或直線。導(dǎo)治線是設(shè)計(jì)的水邊線或彎道凹岸的深沿線。導(dǎo)治線兩端應(yīng)與河岸平順連接。第17頁/共73頁181.漫水丁壩：壩頂高程低于設(shè)計(jì)洪水位。壩頂高程常取在相當(dāng)于常水位或平均洪水位上下。洪水位時(shí)為漫水丁壩，常水位及枯水位時(shí)為不漫水丁壩。這樣，除洪水期以外的大部分時(shí)間，丁壩工作在不漫水丁壩狀態(tài)，有較大的調(diào)治水流和穩(wěn)定河床的作用。大洪水期間，丁壩壩頂淹沒，不會(huì)過多阻擋水流，避免壩頭過深沖刷。被淹沒的丁壩之間河底流速仍然很小，仍可發(fā)揮其護(hù)岸作用。因此，橋頭防護(hù)和沿河路基防護(hù)，漫水壩及漫水壩群應(yīng)用較多。2.不漫水丁壩：壩頂高于設(shè)計(jì)洪水位在平原區(qū)或半山前區(qū)的寬灘地段，水流易于擺動(dòng)，流速較小。不漫水丁壩挑水能力強(qiáng)，相應(yīng)地壩頭沖刷也很嚴(yán)重。常用于挑開高洪水流，保護(hù)河岸和河灘引道路堤。第18頁/共73頁19漫水丁壩第19頁/共73頁20不漫水丁壩第20頁/共73頁21

丁壩長度丁壩長度愈大，壩頭沖刷愈深，挑流能力愈強(qiáng)，對上下游甚至對岸的影響愈大，一般不宜采用過長的丁壩。不透水丁壩長度最大不應(yīng)超過河槽寬度的15%；樁、排架等組成的透水丁壩，透水性達(dá)到80%時(shí)，不得超過河槽寬度的35%。山區(qū)河流橋頭及沿河路堤的丁壩不宜超過10m。丁壩群一般可做成整條（挑腳a=90°），其中1號(hào)壩做正挑，其長度取后壩的一半，1號(hào)壩也可做成下挑。

第21頁/共73頁22丁壩局部沖刷深度：丁壩不漫水時(shí)，壩頭沖刷的原理和計(jì)算方法與橋臺(tái)基本相同，但漫水丁壩的沖刷是因底流壩頭繞流所致，隨壩頂漫水(淹沒)深度的增大而減小。丁壩沖刷深度計(jì)算可根據(jù)下式引入邊坡減沖系數(shù)和漫水減沖系數(shù)計(jì)算：

式中：hs——丁壩頭附近最大沖刷深度Fr——堤頭行近水流弗若德數(shù)Az——丁壩阻水面積H——行進(jìn)水流平均水深Ca——挑角系數(shù)Cm——邊坡減沖系數(shù)Csm——漫水減沖系數(shù)第22頁/共73頁23對于直河岸丁壩對于凹岸丁壩式中：Δh——淹沒深度即水面到壩頂?shù)纳疃?/p>

Δh/h——淹沒深度丁壩下游的回流長度LH式中：LH——丁壩下游沿河岸回流區(qū)長度

LD——丁壩阻水長度

C0——謝才系數(shù)第23頁/共73頁24第三節(jié)計(jì)算實(shí)例【例8-3-1】第六章計(jì)算實(shí)例中的公路橋，左岸有較快的河灘，左岸橋臺(tái)前墻樁號(hào)為K0151+604.00，幽暗橋臺(tái)前墻樁號(hào)為K0151+724.00。左岸爐體阻水長度達(dá)104m，只是左岸橋臺(tái)沖刷較嚴(yán)重。試在左岸橋臺(tái)處修建一個(gè)圓曲線組合型導(dǎo)流堤，設(shè)計(jì)導(dǎo)流堤曲線和橫斷面，計(jì)算堤頭沖刷深度。第24頁/共73頁251圓曲線組合堤軸線設(shè)計(jì)根據(jù)地形取上游堤端圓心角θ1=60°，下游堤端圓心角θd=45°。河灘寬度Btd=121.27m河灘平均水深ht=2.61m河灘流量Qtd=316m3/s路堤阻攔流量Qte=260.45m3/sQda=316m3/sQxi=0偏置系數(shù)E=1.0，寬深比系數(shù)k=15計(jì)算

第25頁/共73頁26上游堤長度下游堤長度導(dǎo)流堤軸全長第26頁/共73頁272導(dǎo)流堤上游端附近的沖刷取上游堤頭到水邊距離L=104m斷面水面寬度B=229.95m阻攔水流Fr=0.0387堤頭天然水深h=2.61m迎水面堤頭附近沖刷深度導(dǎo)流堤最低沖刷線高程第27頁/共73頁28Endofchapter8第28頁/共73頁29作業(yè)：P190習(xí)題：

1,2,3。第29頁/共73頁第九章小橋和涵洞孔徑計(jì)算第30頁/共73頁小橋：是為公路跨越小河流、山谷等天然或人工障礙物（人行小道）而建造的構(gòu)筑物。涵洞：為宣泄地面水流（包括小河流）而設(shè)置的橫穿路基的小型排水構(gòu)筑物。一般孔徑較小，形狀有管形、箱形及拱形等。第31頁/共73頁公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JTGB01-2003第32頁/共73頁保證“路基”連續(xù)；保證水流暢通；保證行車無阻。作用：影響：小橋涵影響到公路的造價(jià)（15-20%）；小橋涵影響到公路使用；小橋涵影響到生產(chǎn)生活。第33頁/共73頁公路在跨越河溝、溪谷和灌溉渠道時(shí)，需修建各種排水構(gòu)造物，其中以小橋、涵洞居多。一般在平原區(qū)每公里約1~3座，山區(qū)約3~5座。據(jù)已建公路統(tǒng)計(jì)，小橋涵的工程投資約占公路總投資的15%~20%，其投資總額為大、中橋的2~4倍左右。第34頁/共73頁小橋涵孔徑大小應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)流量、河床特性及河床進(jìn)出口加固類型所允許的平均流速等來確定。小橋涵孔徑計(jì)算的目的在于合理確定橋涵孔徑大小、河床加固的類型和尺寸、壅水高度、橋涵處路基和橋涵頂面的最低高程。第35頁/共73頁第36頁/共73頁第37頁/共73頁第38頁/共73頁第二節(jié)小橋孔徑計(jì)算一水流通過小橋的圖式在多數(shù)情況下，通過小橋橋下的水流受到壓縮，水流在進(jìn)入橋孔時(shí)會(huì)發(fā)生側(cè)收縮，使橋孔過水?dāng)嗝婷娣e減小，上游水位抬高。小橋的水流圖式與寬頂堰相同，一般采用寬頂堰理論作為小橋孔徑計(jì)算的理論依據(jù)。水流通過小橋的可能圖式，按下游水深的大小可分為自由式出流與淹沒式出流兩種。第39頁/共73頁一水流通過小橋的圖式1．自由式出流下游的天然水深ht＜=l.3hk時(shí)，橋下水流圖式下圖所示，橋下水深為臨界水深hk。這種圖式稱為自由式出流。第40頁/共73頁一水流通過小橋的圖式2、淹沒式出流下游的天然水深ht>l.3hk時(shí)，橋下的水深為天然水深ht

。稱為淹沒式出流。第41頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算通常是根據(jù)天然河床土質(zhì)情況選定加固河床的類型，并據(jù)此確定允許流速（查表得到）。計(jì)算通過設(shè)計(jì)流量時(shí)，按臨界水流狀態(tài)設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)流量計(jì)算孔徑大小和橋前壅水水深，然后與允許的橋前水深值比較，從而判斷是否要調(diào)整孔徑大小。若橋前壅水水深超過實(shí)際允許的橋前水深值，則應(yīng)增大孔徑，使橋前壅水水深降低至允許值。第42頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算通常是根據(jù)天然河床土質(zhì)情況選定加固河床的類型，并據(jù)此確定允許流速（查表得到）。容許流速查表。第43頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算1判別橋下水力圖式1）確定河槽天然水深ht

按照水力學(xué)明渠均勻流公式，采用試算法確定天然水深。即先假定一個(gè)天然水深值，按照下式計(jì)算流量，并與設(shè)計(jì)流量對比，相差不超過5％時(shí)，可以認(rèn)為假定水深即為所求天然水深。否則要重新假定水深。第44頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算1判別橋下水力圖式2）確定河槽橋下臨界水深hk

按照臨界水深函數(shù)求得hk

：

則平均臨界水深為：（vk取為河床容許流速）第45頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算1判別橋下水力圖式若為矩形斷面或?qū)挏\梯形斷面，有臨界斷面水面寬度為：其中m為邊坡系數(shù)。

第46頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算1判別橋下水力圖式3）水流圖式判別

ht＜=l.3hk時(shí)，橋下水流為自由式出流。

ht>l.3hk時(shí)，為淹沒式出流。第47頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算2確定通過設(shè)計(jì)流量時(shí)需要的小橋孔徑長度L1）自由式出流，水面寬度為：

ε為水流擠壓系數(shù)。由橋墩形狀查表得到。第48頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算2確定通過設(shè)計(jì)流量時(shí)需要的小橋孔徑長度L若為矩形斷面，則橋孔長度L=B；若為梯形斷面，則橋孔長度為：

L=B+2m△h△h為小橋上部結(jié)構(gòu)高出水面的高度第49頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算2確定通過設(shè)計(jì)流量時(shí)需要的小橋孔徑長度L2）淹沒式出流，橋下過水?dāng)嗝娴钠骄鶎挾葹椋喝魹榫匦螖嗝?，則橋孔長度L=B0；若為梯形斷面，則橋孔長度為：

L=B0+2m（ht/2+△h）第50頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算2確定通過設(shè)計(jì)流量時(shí)需要的小橋孔徑長度L

若橋孔軸線與水流方向斜交，則斜交橋孔長度為：第51頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算2確定通過設(shè)計(jì)流量時(shí)需要的小橋孔徑長度L

根據(jù)計(jì)算所得到的橋孔長度選用標(biāo)準(zhǔn)跨徑，兩者相差應(yīng)小于或等于10％。否則要用選用的標(biāo)準(zhǔn)橋孔長度，反算橋下流速和臨界水深，復(fù)核水流圖式。如有變化需重新設(shè)定L,直至滿足條件。第52頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算3確定橋前水深H（根據(jù)能量方程）1）自由出流：其中φ為流速系數(shù)，是由水流進(jìn)入橋孔時(shí)的局部水頭損失而引起的。在橋臺(tái)形狀已知時(shí)可查表得到。

vH橋前水深為H時(shí)的橋前斷面的行進(jìn)流速第53頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算3確定橋前水深H（根據(jù)能量方程）2）淹沒出流V為采用的橋孔長度計(jì)算的橋下流速。第54頁/共73頁二小橋孔徑計(jì)算4確定路基和橋面最低標(biāo)高橋頭路基最低標(biāo)高＝河床最低點(diǎn)標(biāo)高+H+△橋面最低點(diǎn)標(biāo)高＝河床最低點(diǎn)標(biāo)高+H+J+D第55頁/共73頁第三節(jié)涵洞孔徑計(jì)算一水流通過涵洞的水力圖示無壓力式。半壓力式。壓力式。第56頁/共73頁二涵洞孔徑計(jì)算涵洞孔徑計(jì)算步驟1)根據(jù)涵位處的地形、地質(zhì)和水文條件，結(jié)合路基設(shè)計(jì)標(biāo)高和河床底面標(biāo)高等選擇涵洞類型。2）根據(jù)設(shè)計(jì)流量和涵洞類型，查標(biāo)準(zhǔn)圖中各類涵洞的泄水能力及水力計(jì)算表，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式、跨徑及臺(tái)高。3)根據(jù)涵洞類型和相應(yīng)的計(jì)算公式，計(jì)算涵前水深并核算出口處或收縮斷面處的流速是否超過允許流速;當(dāng)超過允許流速時(shí)，應(yīng)重新選擇跨徑。第57頁/共73頁涵洞類型涵洞由洞身、洞口、基礎(chǔ)三個(gè)部分組成。洞身構(gòu)成了路堤下的一個(gè)過水孔道，它要承受涵洞上填土的垂直與側(cè)向的土壓力以及活載壓力?；A(chǔ)把涵洞所受的荷載均勻地分布和傳遞到土基上，并使地基免受水流的直接沖刷。洞口用以連接洞身與上下水流，使水流能順暢地通過洞身，并保證洞口周圍的路基邊坡免遭沖刷。第58頁/共73頁第四節(jié)小橋和涵洞進(jìn)出口處理涵洞類型根據(jù)涵洞洞身的構(gòu)造型式不同，涵洞可分為圓管涵、拱涵、蓋板涵和箱涵等。第59頁/共73頁涵洞類型1）圓管涵孔徑一般為0.5～1.5m，最小填土厚度50cm，受力情況良好，圬工數(shù)量小，造價(jià)較低。多孔時(shí)不宜超過三個(gè)。其一般構(gòu)造圖如下：第60頁/共73頁涵洞類型2）蓋板涵其結(jié)構(gòu)型式在低填土路基上設(shè)置有利，還可以做成明涵。3)拱涵是一種常用的型式，其超載潛力大，砌筑技術(shù)易掌握，便于就地取材。4)箱涵適用于軟土地基，但因施工困難，造價(jià)較高，一般不常采用。第61頁/共73