第八章第八章 调治构造物调治构造物王 亚 军Modulating Structures1.1.导流堤导流堤2.2.丁坝丁坝3.3.计算实例计算实例主要内容主要内容3概 述•什么是调治构造物？–导流堤–丁坝–顺坝、挑水坝–其他桥头防护工程•调治构造物的功能：调节水流使其均匀、顺畅地流过桥孔，防治桥下断面和上下游附近的河床、河岸发生不利变形，确保桥梁安全调治构造物1.导流构造物2.挑流构造物3.防护构造物①导流堤②梨形堤③锥坡体①丁坝②顺坝③挑水坝①堤岸防护②坡面防护③路基防护与加固5调治构造物导流堤导流堤丁坝顺水坝常见的调治构造物6• •调治构造物的布设原则：调治构造物的布设原则：Ø结合河段特性，水文、地形和地质等自然条件，桥头路堤位置，通航要求，水利设施等因素综合考虑，兼顾两岸、上下游、洪水枯水位，确定总体布置方案Ø水文及河床变形复杂的河段，桥孔和调治构造物布设应做水工模型实验，进行分析验证Ø导流堤的设计洪水频率与桥梁设计洪水频率相同丁坝等其他调治构造物的设计洪水频率应与所依托的工程设计洪水频率相同顺应水势、因势利导、因地制宜78• •导流堤的作用：导流堤的作用： •导流堤的主要作用是引导水流平顺通过桥孔，提高桥孔泄洪能力，减 少对桥下河床的集中冲刷，减缓冲刷进程，减少对墩台的冲刷威胁。
无导流堤时，被桥头路堤阻断的河滩水流将斜向流入桥孔，可引起桥 台附近的严重冲刷；设置导流堤后，桥下河床的冲刷分布趋于均匀， 并扩散到桥梁上下游的较大范围，减缓了冲刷进程适用条件:河滩流量较大时第一节 导流堤9如何设置导流堤？•根据河滩流量占总流量的比例来确定， 一般认为，被河滩路堤阻断的河滩流显占总流量的15％(单侧河滩)或25％(双侧河滩)以上时，需设置导流堤；小于上述数值时，可设置梨形堤；小于5％时，加固桥头维坡即可当河滩水深小于1m，或桥下冲刷前的平均流速小于1m/s时，则不必设置导流堤河滩流量较大时，桥上游应修建导 流堤，引导上游水流和河滩水流逐 渐改变方向，形成平行水流，平顺 地通过桥孔，使桥下断面的流速、 水深及输沙等分布都较为均匀，避 免桥下和桥头出现集中冲刷导流堤10一、导流堤的绕流 •导流堤水流的绕流决定了导流堤合 理的平面线形，以与绕流流线配合 较好、堤长适当、设计施工简便的 线型为佳 •河滩水流弯曲绕过A点，这里水流 集中，流速大，水面雍高然后， 水流转向沿导流堤流向桥孔在B 点附近，水流相遇，形成第二个高 速区这样在AB范围内，形成坝 头冲刷区 •水流通过B点后，若导流堤平面线 型合理，将平顺的流到桥轴断面C 点，在桥下平顺的流出桥孔。
导流堤绕流的流线11二、导流堤的平面线形•椭圆堤仍是美国联邦公路总署推荐的桥梁导流堤标准形式前苏联1972年规范 推荐的导流堤形式，上游为椭圆形，下游为圆弧和直线的组合线型•圆曲线组合堤我国应用最多，1985年铁道部科院研究员陆浩等提出改进的，长度较短 的圆曲线组合堤•梨形堤主要用于河滩流量不大或桥头引道凹向上游的桥位上梨形堤的平面尺 寸，邻桥孔一侧可按一般曲线导流堤的尺寸采用，邻河岸的后侧部分用 反向圆弧连接，或再插一段直线与桥头引道连接•封闭式长导流堤修建在山前冲积扇和山前变迁性河段上长堤使河槽逐渐缩窄引导水流 和泥沙平顺地通过桥孔美国联邦公路总署标准1/4椭圆 a/b=2.5圆曲线组合堤（1985年 陆浩改进）梨形堤的布设13改进圆曲线组合堤： •其平面轴线是由三种不同半径的圆曲线构成基本半径为：•式中： Btd、Qtd—— 导流堤所在一侧河滩宽度和天然状态的河滩流量 E —— 桥孔偏置率 Qte—— 导流堤所在一侧的路堤拦阻流量 Qxi —— 被阻挡较小一侧的天然流量 Qda—— 被阻挡较大一侧的天然流量 K —— 与桥位河段水流宽深比有关的系数R1=0.50R0, 圆心角θ1=45° R2=0.25R0, 圆心角θ2=45°~ 60° Rd=R2, 圆心角θd=45°~ 6015202530k1000B/h14三、导流堤冲刷导流堤附近的流速分布和冲刷地形图从上游堤段开始，沿堤的迎水面坡脚有一条冲沟，延伸到桥下，再向桥梁下游发展。
导流堤迎水面坡脚最大冲刷深度范围，在从上游堤头开始到上游大约三分之一堤长的一段附近，若导流堤平面线形不好，冲刷范围还要扩大洪水退水过程中，导流堤上游端背水面也将出现冲刷；同时，堤背水面水位高，迎水面水位低，形成堤身内渗透压力，也会引起导流堤破坏15《公路工程水文助测设计规范》推荐 导流堤堤头冲刷深度按下式计算：式中：hs—— 堤头冲刷深度L—— 上游堤端至河岸距离B—— 当另一侧河滩设导流堤时，为设计水位时水面总宽度；当两侧均设导流堤，为设计水位线至河槽中泓线的距离Fr——堤头行近水流弗若德数Fr= v2/ghH——堤头天然水深Cm—— 边坡减冲系数Cm=e-0.07mm——边坡系数16四、导流堤的横断面和坝顶高程v 坝顶高程，上游堤头的高程应考虑设计水位沿堤长向上游的升高、桥 前壅水高度、波浪爬坡高度、床面淤积等水面升高，还应加0.25m的 安全值 v 导流堤各断面的坝顶高程，可从上游端堤顶高程按水面比降来推算v 导流堤横断面尺度按下表采用：17第二节 丁坝•丁坝：一种与河岸或路堤成一定角度，深入水中的构造物是一种广泛使 用的河道整治和维护水工构筑物 • 丁坝常设置在桥头引道的一侧或桥梁附近的河岸一侧，特别是在凹岸的 一侧，将水流挑离桥头引道或河岸，并使泥沙在丁坝后部淤积，形成新的 水边线，以达到对凹岸及桥台保护的目的。
18v 丁坝对上下游水流，甚至对岸都有一定影响，适合修建在较宽的河段， 在山区狭窄急流河段应慎用 v 若需要防护的路堤或河岸较长，可采用数个丁坝组成的丁坝群进行水流 调治和河岸防护 v 导治线：将各个坝头的连线设计成一条平滑的曲线或直线导治线是设 计的水边线或弯道凹岸的深沿线导治线两端应与河岸平顺连接191. 漫水丁坝：坝顶高程低于设计洪水位• 坝顶高程常取在相当于常水位或平均洪水位上下洪水位时为漫水丁坝，常水位及枯水位时为不漫水丁坝这样，除洪水期以外的大部分时间，丁坝工作在不漫水丁坝状态，有较大的调治水流和稳定河床的作用大洪水期间，丁坝坝顶淹没，不会过多阻挡水流，避免坝头过深冲刷被淹没的丁坝之间河底流速仍然很小，仍可发挥其护岸作用因此，桥头防护和沿河路基防护，漫水坝及漫水坝群应用较多2. 不漫水丁坝：坝顶高于设计洪水位•在平原区或半山前区的宽滩地段，水流易于摆动，流速较小不漫水丁坝挑水能力强，相应地坝头冲刷也很严重常用于挑开高洪水流，保护河岸和河滩引道路堤 20• 漫水丁坝21• 不漫水丁坝22丁坝长度丁坝长度•丁坝长度愈大，坝头冲刷愈深，挑流能力愈强，对上下游甚至对岸的影响愈大，一般不宜采用过长的丁坝。
•不透水丁坝长度最大不应超过河槽宽度的15%；桩、排架等组成的透水丁坝，透水性达到80%时，不得超过河槽宽度的35%山区河流桥头及沿河路堤的丁坝不宜超过10m•丁坝群一般可做成整条（挑脚a=90°），其中1号坝做正挑，其长度取后坝的一半，1号坝也可做成下挑23丁坝局部冲刷深度：丁坝局部冲刷深度： •丁坝不漫水时，坝头冲刷的原理和计算方法与桥台基本相同，但漫 水丁坝的冲刷是因底流坝头绕流所致，随坝顶漫水(淹没)深度的增 大而减小丁坝冲刷深度计算可根据下式引入边坡减冲系数和漫水 减冲系数计算：式中： hs——丁坝头附近最大冲刷深度 Fr——堤头行近水流弗若德数 Az——丁坝阻水面积 H —— 行进水流平均水深 Ca—— 挑角系数 Cm—— 边坡减冲系数 Csm—— 漫水减冲系数24•对于直河岸丁坝•对于凹岸丁坝式中：Δh——淹没深度即水面到坝顶的深度Δh/h——淹没深度 •丁坝下游的回流长度LH式中：LH——丁坝下游沿河岸回流区长度LD—— 丁坝阻水长度C0—— 谢才系数25第三节 计算实例【例8-3-1】第六章计算实例中的公路桥，左岸有较快的河滩，左岸桥台前 墙桩号为K0151+604.00，幽暗桥台前墙桩号为K0151+724.00。
左岸炉体阻 水长度达104m，只是左岸桥台冲刷较严重试在左岸桥台处修建一个圆曲 线组合型导流堤，设计导流堤曲线和横断面，计算堤头冲刷深度261 圆曲线组合堤轴线设计 •根据地形取上游堤端圆心角θ1=60°，下游堤端圆心角θ d=45° •河滩宽度Btd=121.27m •河滩平均水深ht=2.61m •河滩流量Qtd=316m3/s •路堤阻拦流量Qte=260. 45m3/s Qda=316m3/s Qxi=0 •偏置系数E=1.0， •宽深比系数k=15 •计算 27上游堤长度下游堤长度 导流堤轴全长282 导流堤上游端附近的冲刷 •取上游堤头到水边距离L=104m •断面水面宽度B=229.95m •阻拦水流Fr=0.0387 •堤头天然水深h=2.61m •迎水面堤头附近冲刷深度•导流堤最低冲刷线高程29End of chapter 8 30作业：P190 习题：1, 2, 31, 2, 3。
第九章 小桥和涵洞孔径计算小桥：是为公路跨越小河流、山谷等天然或人工障碍物（人行小道）而建造的构筑物涵洞：为宣泄地面水流（包括小河流）而设置的横穿路基的小型排水构筑物一般孔径较小，形状有管形、箱形及拱形等 公路工程技术标准JTG B01-2003u保证“路基”连续； u保证水流畅通； u保证行车无阻作用：影响： u小桥涵影响到公路的造价（15-20%）； u小桥涵影响到公路使用； u小桥涵影响到生产生活• 公路在跨越河沟、溪谷和灌溉渠道时，需修建各种排水构造物，其中以小桥、涵洞居多• 一般在平原区每公里约1~3座，山区约3~5座据已建公路统计，小桥涵的工程投资约占公路总投资的15%~20%，其投资总额为大、中桥的2~4倍左右• 小桥涵孔径大小应根据设计流量、河床特性及河床进出口加固类型所允许的平均流速等来确定• 小桥涵孔径计算的目的在于合理确定桥涵孔径大小、河床加固的类型和尺寸、壅水高度、桥涵处路基和桥涵顶面的最低高程第二节 小桥孔径计算一 水流通过小桥的图式 • 在多数情况下，通过小桥桥下的水流受到压缩， 水流在进入桥孔时会发生侧收缩，使桥孔过水断 面面积减小，上游水位抬高 • 小桥的水流图式与宽顶堰相同，一般采用宽顶堰 理论作为小桥孔径计算的理论依据。
• 水流通过小桥的可能图式，按下游水深的大小可 分为自由式出流与淹没式出流两种一 水流通过小桥的图式 1．自由式出流 • 下游的天然水深 ht＜=l.3hk 时，桥下水流图式下 图所示，桥下水深为临界水深hk这种图式称为自 由式出流一 水流通过小桥的图式 2、淹没式出流 • 下游的天然水深ht>l.3hk时，桥下的水深为天然水 深ht 称为淹没式出流二 小桥孔径计算 • 通常是根据天然河床土质情况选定加固河床的类型 ，并据此确定允许流速（查表得到） • 计算通过设计流量时，按临界水流状态设计，根据 设计流量计算孔径大小和桥前壅水水深，然后与允 许的桥前水深值比较，从而判断是否要调整孔径大 小 • 若桥前壅水水深超过实际允许的桥前水深值，则应 增大孔径，使桥前壅水水深降低至允许值二 小桥孔径计算 • 通常是根据天然河床土质情况选定加固河床的类型， 并据此确定允许流速（查表得到） • 容许流速查表二 小桥孔径计算 • 1 判别桥下水力图式 1） 确定河槽天然水深ht按照水力学 明渠均匀流公式，采用试算法确定天 然水深即先假定一个天然水深值，按照下式计 算流量，并与设计流量对比，相差不超过5％时， 可以认为假定水深即为所求天然水深。
否则要重 新假定水深二 小桥孔径计算 • 1 判别桥下水力图式 2） 确定河槽桥下临界水深hk按照临界水深函数求得hk ：则平均临界水深为：（vk。