1、桥涵水文大作业第 1 页，共 21 页桥涵水文课程大作业习题一一、 基本资料某二级公路跨越某平原次稳定河段，基本资料如下：1.水文资料1） 桥位附近水文站历年最大流量及相应水位资料（见本题表 1）。1887 年，1974 年和 1975 年的流量是由调查到的历史洪水位推求得到，其中，1974年、1975 年亦在实测期内；2） 汛期含沙量 ；=2.5/33） 河段基本顺直，桥位轴线与河道正交，属狭窄水面的河流，河槽内天然冲淤比较明显，主流在河槽内摆动，汛期多为 67 级风，平均风速为13.9m/s，沿浪程方向平均水深为 12m，计算浪程为 700m；4） 河槽糙率 、 ；1=411=305） 河
2、床比降 i=0.14；6） 容许冲刷系数 p=1.1.2.桥梁断面及地质资料1）*江桥位断面测量资料（见本题表二）；2）桩号 94K+805、95K+185 为滩槽分界点；3）河床土质状况河床土壤为松软土壤（中砂）；表层： 1=0.35， 1=0.80；下层： 2=0.35， 2=0.80。中值粒径 ，平均粒径50=25 =233.通航要求：二级三类航道，通航频率 P=5%。桥位 T 型梁，结构高度为 1.2m，桥面铺装厚度为 0.12m4.设计计算要求1）设计流量和设计水位的推求；2）确定桥长及布孔（1:500）；桥涵水文大作业第 2 页，共 21 页3）确定桥面最低标高；4）确定墩台基底标
3、高；5）设计计算说明书、QH 关系曲线图、和桥孔布置图。表一 年最大流量和相应水位表年份 年最大流量 Q 相应最高水位 H（m)1887 13000 39.41967 3450 34.381968 8300 37.251969 7900 37.131970 5800 35.61971 6300 36.181972 6650 36.61973 6700 36.651974 10100 37.91975 11400 38.551976 5600 35.541977 3800 34.671978 5920 35.71979 5900 35.681980 2700 33.751981 5700 35.
4、561982 6000 36.11983 3300 34.11984 5500 35.51985 4500 351986 6050 36.2表二 里程桩号及标高桥涵水文大作业第 3 页，共 21 页桩号 河床标高（m）94K+795 42.81796 41.55798 38.95800 35.99961 22.95989 23.5395K+026 24.849 25.31119 25.5166 28.6185 31.28235 34.65285 35.96301 45.11二、 设计流量1、 将流量按大小值排列，并计算出经验频率，列于表三。表三 洪水资料按流量大小排列年份 流量（m 3/s）经
5、验频率 P（%）（采用值）（ 1） 21887 130001 1.6020764441975 114002 0.5780548041974 101003 0.9739169611968 8300 14.28571429 0.1994359051969 7900 19.04761905 0.1420292291973 6700 23.80952381 0.0281310721972 6650 28.57142857 0.0252838141971 6300 33.33333333 0.0096056431986 6050 38.0952381 0.0029633461982 6000 42.85
6、714286 0.0020905261978 5920 47.61904762 0.0010099241979 5900 52.38095238 0.0008005261970 5800 57.14285714 0.0001180451981 5700 61.9047619 0.00004308桥涵水文大作业第 4 页，共 21 页1976 5600 66.66666667 0.0005756421984 5500 71.42857143 0.001715721985 4500 76.19047619 0.046530071977 3800 80.95238095 0.114047523196
7、7 3450 85.71428571 0.1589694211983 3300 90.47619048 0.1804998611980 2700 95.23809524 0.280290808分析可知，以上资料属于共有 3 个特大值的不连续系列，即 a=3；实测期为 20 年，即 n=20；实测期内有两个特大值（1974 年和 1975 年），即 l=2；特大洪水最早出现年份是 1887 年，而实测期最后年份是 1986 年，则考证（调查）期N=(1986-1887)+1=100 年。2、 用适线法推求理论频率曲线计算系列平均流量 =1(=1+ =+1)=1100(34500+10032021
8、10170)=6281.943/计算系列变差系数= 11 =1(1)2+ =+1(1)2= 199(3.154048+97181.19414)=0.3112应用矩适线法确定采用的统计参数和理论频率曲线。（1） 试取 ， ，=0.30=4 =0.96 0.33 13749.861 12217.312 11231.44桥涵水文大作业第 5 页，共 21 页（2）根据上一次拟合的结果，适当增大 ，并且增大 ，使得 增大的更多， 所以试取 ， ，=0.34=3.21=1.09 0.33 14511.751 12860.922 11793.70桥涵水文大作业第 6 页，共 21 页3、 推求设计流量河床
9、起始桩号为 94K+795，终点桩号为 95K+301，算出河床总宽度为 506m，根据公路工程技术标准（JTG B01-2003）表 5.0.2 可知，该桥总跨径应在 1001000m 之间，属于大桥的范围。由表 5.0.4 可知，二级公路大桥设计洪水频率为 1%。从上表可以发现，当设计洪水频率为 1%时， 。 =12860.923/表 5.0.2 桥涵分类桥涵分类 多孔跨径总长 L（ m） 单 孔 跨 径 Lx（ m）特大桥 L1000 Lx150大桥 100L1000 40Lx150中桥 30L100 20Lx40小桥 8L30 5Lx 20涵洞 Lx 5表 5.0.4 桥涵设计洪水频率
10、公路等级 设计洪水频率桥涵水文大作业第 7 页，共 21 页特大桥 大桥 中桥 小桥涵洞及小型排水构 造物高速公路 1/300 1/100 1/100 1/100 1/100一级公路 1/300 1/100 1/100 1/100 1/100二级公路 1/100 1/100 1/100 1/50 1/50三级公路 1/100 1/50 1/50 1/25 1/25四级公路 1/100 1/50 1/50 1/25 不作规定三、 设计水位的推求1、 典型点的水力参数用 EXCEL 表格绘出的过水断面图如下图所示：桥涵水文大作业第 8 页，共 21 页2、 推求设计水位在 CAD 中绘出过水断面图
11、，计算出的主槽、左滩、右滩在各个高程的水力参数值：水力参数计算表河床标高 (m)过水面积(m2） 湿 周 (m)水力半径 (m)河床比降 i流速(m/s) 流量(m3/s)31.28 1695.43 327.51 5.17 0.00014 1.45 2458.3735.585 3216.92 380.83 8.45 0.00014 2.01 6466.0335.99 3370.82 380.84 8.85 0.00014 2.07 7011.3138.95 4495.62 380.83 11.80 0.00014 2.51 11328.96主槽42.81 5952.64 380.93 15.6
12、3 0.00014 3.03 18036.5031.28 0 0 0 0.00014 0 035.585 0 0 0 0.00014 0 035.99 1.01 5.02 0.20 0.00014 0.12 0.1238.95 18.78 8.59 2.19 0.00014 0.60 11.26左滩42.81 51.38 13.51 3.80 0.00014 0.87 44.1931.28 0 0 0 0.00014 0 035.585 147.69 85.81 1.72 0.00014 0.51 75.3235.99 191 2585.5100.19 1.91 0.00014 0.52 10
13、0.1738.95 489.32 106.15 4.61 0.00014 0.98 479.53右滩42.81 908.53 113.93 7.97 0.00014 1.42 1290.11其中流速采用曼宁-谢才公式推出：=116式中： 过水断面面积 谢才系数 水力半径水力梯度 糙率桥涵水文大作业第 9 页，共 21 页桥位断面水力参数表河 床 标 高 (m) 过水面积(m 2) 湿周 流 速 (m/s) 流 量 (m3/s)31.28 1695.43 327.51 1.45 2458.3735.585 3364.61 466.64 1.94 6541.3535.99 3563.08 486.
14、05 2.00 7111.638.95 5003.72 495.57 2.36 11819.7542.81 6912.55 508.37 2.80 19370.8绘制桥位断面 Q-h 关系图如下图所示，经过 Origin 对比发现， 与 的 关系近似满足如下函数： ，当=68.8523628.23+48547.45时， 。即当设计流量为 时，设计水=12860.92=39.61 12860.923/位为 m。39.61四、 确定桥长及布孔前面已经求出设计水位 ，设计流量 ，按内插法=39.61 =12860.923/求得桥下过水断面面积为 ，桥下平均流速=5330.102=2.36+39.61
15、38.9542.8138.95(2.802.36)=2.44/桥涵水文大作业第 10 页，共 21 页设计资料中给出了容许冲刷系数 ，这里选用冲刷系数法计算桥下过水=1.1面积。根据别列柳博斯基假定，当桥下过水面积扩大到使桥下（平均）流速等于天然河槽流速时，桥下冲刷即停止。当设计水位 时，天然河槽平均=39.61流速 为 =2.44/采用桥孔净长公式计算最小桥孔净长度：=()式中：最小桥孔净长度（m）；设计洪水流量（m 3/s）；设计洪水的河槽流量（m 3/s）；河槽宽度（m ）；对于次稳定性河段，式中的 取 0.95， 取 0.87；则算出最小桥孔净长度为： =0.95(12860.9212249.9)0.87380=376.62根据桥位河床横断面形态，将左岸桥台桩号布置在 94K+800 处，根据通航要求，按二级三类航道设计，通航净宽应不小于 75.0m。根据经验和受力条件，经济跨径比为 1:1:0.6。这里选用 6 孔连续梁，各孔跨径为60+100+100+100+100+60=520m，中间 3 孔均能满足通航要求，选用双柱式桥墩，墩径取 2.0m，右桥台桩号为 95K+320，这样桥孔布置如下图所示：设计流速 采用天然河槽平均流速 ，则 =10.375=10.3752.4498=0.99
