既有桥涵水文检算方法

既有桥涵水文检算方法

1. 桥涵水文检算的一般规定

进行水文检算的目的就是确定桥涵的抗洪能力。当洪水到达桥下以后，桥下的净空高度是否满足要求，洪水对桥墩台冲刷以后，墩台基础的埋置深度是否满足最小埋深的要求，对于有铺砌的桥涵，铺砌是否被冲毁。换句话说：桥涵水文检算就是检算桥涵的轮廓尺寸（包括桥涵的大小—孔径；桥涵的高矮—桥高、河滩路肩标高；桥涵的深浅—基底埋深与桥涵铺砌）等，是否能经受洪水的考验，因此《铁路桥梁检定规范》对既有桥涵设备作了如下的规定： 1.1检定洪水频率标准

为确定既有桥涵的排洪能力，就要通过水力水文计算，推求具有一定频率的检定流量，《铁路桥梁检定规范》规定的检定洪水频率标准如表1.1.1。

表1.1.1 检定洪水频率标准

线路等级 Ⅰ、Ⅱ Ⅲ 检算洪水频率标准 桥梁 1/100 1/50 涵洞 1/50 1/50 路基 1/100 1/50 校验洪水频率标准 技术复杂、修复困难或重要的大桥和特大桥 1/300 1/100 注：若观测到的洪水（包括调查洪水）频率小于表1.1.1所列的标准时,应按观测洪水频率

检算，但当观测洪水小于下列频率时，应按下列频率检算：Ⅰ、Ⅱ级铁路的路基、特大桥和大中桥为1/300，小桥和涵洞为1/100；Ⅲ及铁路的路基，桥涵为1/100。

1.2 桥涵净空高度

《铁路桥梁检定规范》规定：不通航亦无流筏的桥梁，在通过检定频率洪水时，桥下净空高度应满足下式要求：

HlHjhd 式中：Hl—梁底高程（m）；

hd—桥下净空要求高度（m）按表1.2.1采用； （m）； Hj—桥下检定水位（包括壅水等水位增高）

1

Hjhjh

hj—相应检定频率流量的桥下水位（不包括壅水等水位增高）（m）； h—桥下水位增高值（m），见表1.2.1表注。

表1.2.1 桥下净空高度hd

高出检算水位加h后的最高出校验水位加h后的最小高度（m） 小高度（m） 钢梁 梁洪水期有大飘浮物 底 有泥石流 支承垫石顶 拱肋或拱圈的拱脚 一般情况 0.25 1.50 1.0 0 0 钢筋混凝土或预应力混凝土结构 0.25 1.25 1.0 — — 钢梁 0 0.75 0.50 — — 钢筋混凝土或预应力混凝土结构 — 0.50 0.50 — — 编号 桥的部位 1 2 3 注：1 表中所列“检算水位”或“校验水位”是指检定频率洪水的相应水位，h是指根据

河流具体情况，考虑桥下壅水、浪高、局部股流涌高、河床淤积等影响的高度。 2 洪水期无大漂流物通过的河流，实体无铰拱（拱圈或拱肋）的拱脚，允许被“检定水

位加h”后的水位淹没，但此淹没高不应大于矢高的3/4，且距拱顶的净高不应小于0.75m。

3 有严重泥石流时，或钢桥下在洪水期有大漂流物通过时可以根据具体情况，采用大于

表列的净空高度。

涵洞孔径一般按无压状态检定，无压涵洞洞内顶点高出洞内检定水位的净高，应符合表1.2.2的规定。

表1.2.2 涵洞洞内净空高度（m）

类型 净高H ≤3 ＞3 圆涵 ≥拱涵 ≥矩形涵 ≥1H 41H 41H 6≥0.75 ≥0.75 ≥0.75 注：园涵入口端部净空高度可不受表列数值。

1.3 桥头路堤

特大桥、大桥桥头路堤的路肩高程应较检定水位加上根据河流和桥渡的具体情况分别考虑壅水、水面坡、河湾超高、波浪侵袭、局部股流壅高河床淤积等影

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响后的高程高0.25m。沿海路堤的波浪侵袭高按海浪计算侵袭高度。

小桥及涵洞附近的路肩高程应较检算水位加上壅高后的高程高0.25m。 1.4 冲刷与防护

在检定频率洪水通过时，对于有冲刷的桥梁，基底埋在墩台局部冲刷线下不应小于下列安全值：对于一般桥梁，安全值为1.5m加总冲刷深度的10%，对于技术复杂、修复困难或重要的大桥和特大桥，安全值为2.5m加总冲刷深度的10%，校验流量的安全值为检算流量的一半，如表1.4.1所示。

表1.4.1 基底埋深安全值hm（m）

冲刷总深度（m） 安全值 一般桥梁 技术复杂、修复困难或重要的大桥和特大桥 检算流量 校验流量 0 1.5 2.5 1.3 5 2.0 3.0 1.5 10 2.5 3.5 1.8 15 3.0 4.0 2.0 20 3.5 4.5 2.3 注：冲刷总深度为自河床面算起的一般冲刷深度与局部冲刷深度之和。

对于小桥涵主要检算铺砌是否被冲毁。各种防护类型的容许最大流速见表1.4.2所示。

表1.4.2 各种防护类型的容许最大流速表

顺号 1 2 3 4 5 6 防护类型 混凝土护底（厚0.3～0.4m） 浆砌片石（厚0.3m） 浆砌片石（厚0.5m） 混凝土块排 料石护底 铅丝石笼 干砌片石 容许最大流速（m/s） ＞7.0 4.0 7.0 3.5～4.5 2.5～3.5 2.5～3.5 2.0～3.0

2. 水文检算需要收集、测绘和调查的资料

本节介绍的是水文检算中外业工作的具体内容。 2.1 桥涵本身有关资料收集调查与桥下河床横断面测绘

此项工作的目的就是对所检算桥涵的概况进行详细的了解，获得检算当中需要的桥梁及墩台的外形尺寸及粱底、墩台顶、基底等各项标高，同时根据测绘得到的桥涵侧面及桥下河床断面图求出桥址断面扣除路堤、桥墩台租水面积后的桥下净过水面积。

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根据设备图表、设计图、竣工图和历年改建加固图查出桥涵的式样与主要尺寸，然后去现场丈量核实，包括桥全长、桥台挡碴墙间距离、梁全长、净孔、净高、梁高、墩台及支座尺寸。测量轨底、梁底、支承垫石顶面、墩顶、桥下河床断面高程。对于涵洞要测量涵洞长度、出入口帽石标高、涵洞净宽、净高等，以上实测后要绘出桥涵侧面及桥下河床断面简图，桥梁侧面及桥下河床断面图例如图2.1.1。

图2.1.1 桥梁侧面及桥下河床断面图

调查桥涵建造年代，水害资料、病害资料、改建及大修情况，尤其是历次水害冲毁桥涵、路基上、下游有无堵塞或冲刷、淤积等现象。 2.2 天然河道横断面（水文基线断面）的选择和测绘

天然河道横断面（水文基线断面或水文形态断面）测绘的目的：是利用谢才

1满宁公式QWR3I2，算出形态断面不同水位时的流量、流速、过水断面面积，

n21然后绘制出水位～流量、水位～流速、水位～过水断面面积三关系曲线，根据三关系曲线就可以确定出检定流量时形态断面的水位，从而可以推算出桥址处的检定水位。同时根据三关系曲线可以确定调查到的历史洪水的流量。关于三关系曲线的计算和绘制在孔径计算中再讲。

2.2.1 河道横断面（水文基线断面或水文形态断面）的选择条件

⑴ 桥址附近有水文站中间无大的支流汇入，水文站的测洪断面可作为我们

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的天然横断面，这样，一切数值的选取都比较精确，洪水比降、糙率不必自选。

⑵ 桥址附近无水文站时，可在桥上游或下游选取横断面，选取时应注意以下几点：

① 该断面河道必须为束水断面，洪水完全从该断面通过； ② 河道顺直，断面较规整； ③ 断面到桥址无较大支流汇入；

④ 应避开桥梁壅水区，一般应距桥梁1.5倍桥长以上。 2.2.2 河道横断面（水文基线断面）的测绘

河道横断面应与主河槽和河滩的水流流向垂直，测量可用全站仪，若无全站仪，用水平仪抄平，用皮尺或塔尺量距离，断面方向用经纬仪定方向或在断面两端立花杆定向，测点高程必须与线路高程为统一系统，断面高程应测至历史最高洪水位0.5m以上，河道横断面图例如图2.2.1。

图2.2.1 天然河道横断面（水文基线断面）图

2.3 河道纵断面测绘

河道纵断面测绘目的就是为了确定桥址附近区段的水面坡（或河底坡）。 2.3.1 测绘范围

上游一般测至天然横断面以上200～300m，下游测出不少于100m；若天然横断面选在下游，则上游测至壅水区以外200m，下游测至天然横断面以下200m。 2.3.2 测绘方法

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高程用水平仪测,距离可用测绳或皮尺来量测，对于季节性无水的河流可直接测最大深泓线，即为河底纵坡（水面坡），对于常年有水的河流可直接测量常水位时的水面坡度，水面坡度的测点间距一般为20～50m。河道纵断面图例如图2.3.1。

图2.3.1 河道纵断面图

2.4 桥址地形图的收集和流域情况调查

收集地形图的目的，是为了在图上定出汇水面积(F)、主河道长度（L）、主河道坡度（J）以及流域形状。地形图（军用地形图）可向省测绘局购买，比例尺一般为1/50000，收集到军用地形图后，在图上找到桥涵所在的位置，依据分水岭沟绘出流域分水线定出汇水面积大小和形状、主河道长度及主河道坡度。对于汇水面积非常小的在军用地形图上定不出来汇水面积的就要去现场实测。（关于地形图的有关知识单独一个章节进行讲解）。

流域情况调查主要是指流域内地形、植被、土质类别、水土流失等情况。还包括河流性质调查，是否是季节性河流，以及是山区、山前区还是平原区河流（河流性质调查的目的是在孔径检算中确定桥下壅水高度），上游有水库的同时调查水库的情况。

流域调查当中，要详细调查桥址附近河段的自然特点，河道的地形、地貌、植被等情况（此项调查的目的用于确定河槽及河滩的糙率），同时要详细调查桥址一带的地质资料、土质类别、粒径级配、挖验资料，确定出河床土壤的平均粒径，还要调查出汛期时水流的含沙量情况。

 关于河床土壤平均粒径的确定：

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对于有钻探挖验等地质资料的桥梁，平均粒径根据资料确定。对于无地质资料的桥梁，在桥址附近的河床1m以下取样进行筛分确定，勘测时应找大颗粒密集部位取样。不同河床质平均粒径的范围见表2.4.1。

表2.4.1 不同河床质平均粒径的范围

河床质名 砂 砂 砂 圆砾 圆砾 圆砾 卵石 卵石 卵石 漂石 漂石 漂石 类型 细砂 中砂 粗砂 小圆砾 中圆砾 大圆砾 小卵石 中卵石 大卵石 小漂石 中漂石 大漂石 平均粒径d（mm） 0.05～0.25 0.25～0.50 0.50～2.00 2.00～5.00 5.00～10.00 10～20 20～40 40～60 60～200 200～400 400～800 大于800  关于汛期含沙量情况的调查

调查汛期含沙量的目的是为了确定一般冲刷计算中用到的与汛期含沙量有关的系数E。E的取值如表2.4.2。

表2.4.2 E

含沙量（kg/m3） ＜1.0 0.46 系

数

＞10 0.86 1.0～10 0.66 E 对于桥址附近有水文站的，含沙量可以在水文站调查取得。对于无水文站的桥梁，在实际工作中，含沙量根据洪水时水的浑清程度来确定。洪水时水较清，含沙量小于1.0 kg/m3，E=0.46；洪水时为浑水，含沙量在1.0～10 kg/m3，E=0.66；洪水时水很浑，含沙量大于10 kg/m3，E=0.86。

1(或糙率n)的确定： n1对于桥址附近有水文站的，河道糙率系数 (或糙率n)可以在水文站调查

n 关于天河道糙率系数

取得。对于无水文站的桥梁，根据调查到的桥址附近河段平面情况及水流状态、

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河床质的组成及起伏情况、岸壁及植被情况，参照《铁路工程水文勘测设计规范》附录D天然河道洪水糙率系数表进行选取。

表2.4.3 河槽糙率系数

河段平面及水流状态 河段顺直或下游略有扩散，断面宽敞、规则、水流通畅的河段 河床质的组成及起伏情况 岸壁及植被情况 1/n 砂质或土质河床、河底平顺 平顺的土岸或人工堤防 略有坍塌的土岸或长稀疏杂草的平顺土岸 砂、圆砾河岸或平整的岩岸 不够平整的岩岸或长中密灌丛的河岸 不平顺的砂砾河岸；风化剥蚀的岩岸 不平顺的岩岸或和中密灌丛的灌岸 有坍塌的土岸或砂砾河岸；风化岩岸 不平顺的岩岸或长中密灌丛的河岸 55(45~65) 55(40~60) 45(36~) 40(32~48) 35(28~42) 30(24~36) 45(36~) 40(32~48) 35(28~42) 30(24~36) 25(20~30) 20(16~24) 35(28~42) 30(24~36) 25(20~30) 20(16~24) 15(12~18) 卵石、圆砾河床，河底较平顺 卵石、块石河床；生长水生植物的河床 河段上、下游接弯道或下游有卡口、支流汇入等束水影响；复式断面河段；水流不够通畅的河段 砂、圆砾河床，边滩交错 卵石、圆砾河床，不够平顺；长中密水生植物的河床 岩岸或不平顺的卵石、圆砾河岸 不平顺的岩岸或长中密灌丛的河岸 卵石、块石、潭石、河床，参差不齐的卵石、圆砾河岸或土间有深坑、石梁或生长水岸；略有凹凸的岩岸 生植物的河床 参差不齐的岩岸或灌木丛生的河岸 砂、圆砾河床，边滩，沙洲犬牙交错 人工堤防强制弯曲者 有矶石或丁坝挑流者 卵石、圆砾河床，起伏不平，或长水生植物河床 参差不齐的卵石、圆砾河岸或长中密灌丛的河岸 参差不齐不岩岸或灌木丛生的河岸 卵石、块石、大漂石河床，参差不齐的岩岸或灌木丛生的河石梁、跌水、孤石交错，岸 山区峡谷河段；急弯间的河段或弯曲河段；阻塞的复式断面河段；水流曲折不畅、流向紊乱的河段 8

或水生植物稠密，阻水严重的河床

两岸时有岩嘴突出，很不平顺，形成强烈斜流、回水、死水的河岸 12(10~14) 表2.4.4 河滩糙率系数

滩地植被情况 基本无植物或仅生稀疏草丛的河滩 平面及水流状态 平面顺直，纵向平坦，水流通畅，没有串流且滩宽不大者 下游有束水影响，水流不够通畅；水流虽通畅但河滩甚宽者(滩宽在槽宽的3倍以上) 长有中等密度植物下游无束水影响，河滩甚宽或有束水影响，滩宽较窄 或垦为耕地的河滩 平面不够顺直，下游有束水影响，河滩甚宽 长有稠密灌木丛或杂草林木丛生，阻水严重的河滩 7~10 1/n 25(20~30) 20(15~25) 15(12~18) 10~13 注：1.表中糙率系数

1值当洪水坡度在千分之一以上时，采用库号内较小的数值，洪水坡n度在万分之一以下时，采用库号内较大的数值。

2.测流河段的形态是千变万化的，可以形成各种各样的组合。应用时，首先弄清调查桥

梁的河段平面和水流状态属于表列三类中的的那一类，其次才是河床质的组成和起伏情况，岸壁及植被情况是第三位的。调查桥梁的河段特性若与表列的组合方式不尽相同，可以根据实际情况，对表列数值适当调整。

2.5 历史洪水调查

2.5.1 调查洪水发生的年份

洪水发生时间的调查可在沿河居住的一些老人中进行。引导他们把洪水发生的日期联系历史发生的较大事件，如水灾、旱灾、虫灾、地震、战争等，或联系群众最易记忆的事情，如年龄、婚丧、生育、搬家、外出等，以推算洪水发生的年份，也可以从账本、日记、历史文献、地方志等资料进行分析，筛选决定历史上那些年份发生过的大洪水。

2.5.2 调查洪水痕迹并推算至水文断面上

洪水痕迹是确定最高洪水位、绘制洪水水面线和计算洪水流量最直接的依据，因此洪水痕迹调查在洪水调查中具有特别重要的地位。

在整个洪水调查中，将调查的洪痕做出标记，然后进行水平高程的测量，将这一洪痕标高，按纵向水面坡在推算至水文断面上，使调查的洪水位转换成水文断面上的水位，依此推算该水位时的过水断面面积、流速、流量。 2.5.3 确定各洪水大小的顺序排位和其相应的重现期

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重现期的确定方法：

⑴ 根据当地老人的记述来确定；

⑵ 按历史洪水发生的时间距今的年数来确定； 重现期T＝现在－发生年份﹢1 ⑶ 从历史文献考证来确定

当历史洪水发生年份距今较近，采用上述办法决定重现期往往较小，此时应尽量通过历史文献考证向前追溯，例如1969年发生一次特大洪水，至今调查时的2005年只有37年，一次作为重现期可能偏小，通过考证分析，它在137年考证中可以连续顺位，其序位为第三，既在137年考证期中还有两次历史洪水比1969年洪水大，而其余各年洪水比1969年洪水小由此可得1969年洪水的重现期为：

T﹦137/3﹦46年 2.6 水库情况调查

水库需要调查以下内容： ⑴ 水库建成年代； ⑵ 水库总库容； ⑶ 水库类型；

⑷ 水库控制的汇水面积； ⑸ 水库设计洪水频率； ⑹ 水库校核洪水频率； ⑺ 百年一遇洪水入库流量； ⑻ 百年一遇洪水最大泄洪量； ⑼ 三百年一遇洪水入库流量； ⑽ 三百年一遇洪水最大泄洪量； ⑾ 水库到桥址的距离； ⑿ 坝桥区间的汇水面积。

如果水库的校核洪水频率标准低于桥涵的检定洪水频率标准时，应进行溃坝流量计算，此时还需调查以下内容：

⑴ 坝顶高程及坝高；

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⑵ 坝顶宽度； ⑶ 坝长；

⑷ 溢洪道底高程，溢洪道长、宽、高；

⑸ 还需调查坝坡及消能设施，有无副坝及副坝的尺寸。 3. 检定流量的推算

检定流量的推算可根据不同的资料情况，采用下列不同的计算方法： 3.1 根据流量资料推算检定流量（频率曲线法）

在桥址附近有水文站，可以从水文站调查到20年及以上的实测流量资料，可直接根据流量资料进行频率计算，推算检定流量。 3.2 根据调查历史洪水推算检定流量

当桥址上下游没有水文站，调查不到洪水观测资料时，可根据调查历史洪水的资料，并配合地区经验确定皮尔逊Ⅲ型曲线的参数值，然后计算检定流量。

⑴ 历史洪水流量的确定

在桥址上、下游选择水文形态断面，然后沿河段两侧调查历史洪水年代留下的洪水痕迹，并把该洪水痕迹水位换算到水文形态断面上，测出该水文断面的洪

11水坡度i，调查出该河段的河床糙率系数，既可用谢才满宁公式QWR3I2nn21求流量。

⑵ 确定洪发生的年代与相应频率

要了解历史洪水发生年代，需调查当地老人和历史文献，并排好顺位，推算重现期。例如2005年调查时，某河1869年以来发生过三次特大洪水，Q1869最大，Q1963次之，Q1949顺位第三，则它们的考证期为：

N200518691137年，期经验频率为：

Q1869→PM110.73% （重现期T140年） N11371M221.45% （重现期T69年） N11371M332.17% （重现期T46年） N1137111

Q1963→PQ1949→P

⑶ 检定流量的推求 各种频率流量按下式计算： QPKPQ

式中：QP—不同频率的流量（m3/s）；

KP—皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数，根据变差系数Cv值及偏差系数Cs值与Cv值得倍比关系查皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数表可得此值； Q—流量均值（m3/s）。

假设调查到两个不同的流量QN1、QN2，分别列出公式

QN1KN1Q QN2KN2Q

将两式相除，其比值为：

QN1KN1 QN2KN2由调查到两个不同的流量QN1、QN2可得：

QN1X QN2参照各地区的Cv、Cs的经验值，再根据已知的QN1、QN2相应的频率PN1、

PN2从皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数表查出KN1、KN2求出：

KN1Y KN2当两个比值XY时，说明选取的Cv、Cs合适（意味着适线吻合）。如不相等，需重新选取Cv、Cs值，重复计算直至相等为止。于是检定流量便可按下式计算：

QjKjKN1QN1 或 QjKjKN2QN2

3.3 根据雨量资料推算检定流量（小流域暴雨径流计算法）

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中小河流一般不设水文站，同时有些小流域也难以进行洪水调查，对于这样的桥涵检定流量的推算采用暴雨径流公式法。小流域暴雨径流计算方法可以采用各省、市、自治区水利部门的计算公式，同时也可以采用铁路各设计单位根据地区特点制定的公式计算。例如：铁道部第一勘测设计院公式（一院法）适用于西北地区；铁道部第二勘测设计院公式（二院法）适用于西南地区；铁道部第三勘测设计院公式（三院法）适用于华北、东北地区；铁道部第四勘测设计院公式（四院法）适用于华东、华中地区。采用此种方法首先要收集到军用地形图后，在图上找到桥涵所在的位置，依据分水岭沟绘出流域分水线定出汇水面积大小(F)和形状、主河道长度（L）及主河道坡度（J）。 3.4 地区经验公式法

当缺乏流量观测资料和历史洪水调查资料时，同时采用小流域暴雨径流计算法的条件不允许，可以采用地区经验公式法推算检定流量。

例如吉林省经验公式：

QCFn QPQKP

式中：C—洪峰流量参数，从吉林省水文图集中可以查得此参数；

n—面积指数，东部地区n0.67，西部地区n0.60

F—汇水面积（m2）。

采用此公式计算流量时Cv、Cs的关系为CS2.5Cv，Cv值可由吉林省水文图集查得，从而根据Cv、Cs值可以查得KP值。 3.5 桥址上游有水库时检定流量的计算

当水库的校核洪水频率标准高于桥涵的检定洪水频率标准时，检定流量按坝桥区间的流量计算；当水库的校核洪水频率标准低于桥涵的检定洪水频率标准时，检定流量需要考虑溃坝流量对桥涵的影响。 3.5.1 坝桥区间流量计算

当桥址距水库很近，中间无大的支流汇入，桥下检定流量可直接采用同洪水频率的水库下泄流量。水库下泄流量可从水力部门取得。

当桥址距水库较远，中间有较多支流汇入，桥下检定流量按下面的方法计算： ⑴ 流域面积比例法

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当水库控制汇水面积较大，坝桥区间面积较小，或水库下泄流量为主要洪水来时，采用此方法。

桥址上游有一个水库时：

Q1出QQp11Q1入/pF1 F桥址上游有两个水库时：

Q1出F1Q2出F2QQp11QF1QF

1入2入/p 其余类推。

/式中：Qp—考虑水库调蓄作用，桥址处检定流量（m3/s）；

Qp—不考虑水库调蓄作用，桥址处检定流量（m3/s）；

Q1出—与桥梁检定频率相同的，第一个水库的下泄流量（m3/s），其余

类推；

Q1入—与桥梁检定频率相同的，第一个水库的入库流量（m3/s），其余

类推；

F1—第一个水库控制汇水面积（m2），其余类推； F—桥址断面以上的汇水面积（m2）。 ⑵ 区间来水同频率控制法

但坝桥区间面积较大，或坝桥区间为洪水的主要来源时，采用本法。 桥址上游有一个水库时：

/QpQp区(QpQp区)Q1出 Q1入桥址上游有几个个水库控制时：

F1Q1出F2Q2出QQp区(QpQp区)(QpQp区)....

FiQ1入FiQ2入/p式中：Qp区—坝桥区间检定频率流量（m3/s）； Fi—各水库控制汇水面积之和（km2）；

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其余符号意义相同。 3.5.2 溃坝流量计算

见《检规》附录T第T.1节溃坝流量计算 4．孔径检算 4.1 大中桥孔径检算

不通航亦无流筏的桥梁，在通过检定频率洪水时，桥下净空高度应满足下式要求（如图4.1.1）：

HlHjhd

式中：Hl—梁底高程（m）；

hd—桥下净空高度(m)，按《检规》表9.3.2的规定采用 Hj—桥下检定水位（包括壅水等水位增高值） (m)，

Hjhjh

其中：hj—相应检定频率流量的桥下水位（不包括壅水等水位增高值）(m)，

h—桥下水位增高值（m）。

图4.1.1 桥下净空高度

⑴ hj的推求：

既有桥的检定水位，难以直接在桥址处绘制出水位流量关系曲线，一般是在桥址上游或下游顺直河段建立并测绘水文基线断面（也称水文形态断面），测出该区段的水面坡（或河底纵坡）i，调查确定出河床糙率n，根据谢才满宁公式

1QWR3I2，算出形态断面不同水位时的流量、流速、过水断面面积，然后绘

n21 15

制出水位～流量、水位～流速、水位～过水断面面积三关系曲线，根据水位～流量关系曲线找出水文形态断面相应检定流量时的水位Ht，再测出水文形态断面到桥址的距离L与比降i，即可推出桥址处的检定水位：

水文形态断面在桥址上游时：hjHtiL 水文形态断面在桥址上游时：hjHtiL

图4.1.2 大中桥桥下水流曲线

关于谢才满宁公式：

QWV

1VR3I2

n1QWR3I2

n2121式中：Q—流量（m3/s）； V—流速（m/s）；

W—过水断面面积（m2）；

1—糙率系数； nW； X I—水面坡（河底纵坡）；

R—水力半径，它是过水断面面积与湿周之比，RX—湿周（m），水和固体周边接触的长度。

16

表4.1.1(梅集线K127+270第一浑江桥)和表4.1.2(哈长线K88+309饮马河桥)，是根据谢才满宁公式进行水文形态断面流量流速计算的两个实例，其中，第一浑江桥河床断面为单式断面，饮马河桥河床断面为复式断面。图4.1.3和图4.1.4为第一浑江桥桥址下游0m处水文形态断面和三关系曲线图，图4.1.5和图4.1.6为饮马河桥桥址上游100m处水文形态断面和三关系曲线图。

表4.1.1 第一浑江桥形态断面流量及流速计算表

水位 H （m） 373 374 375 376 377 378 379 380 断面面积 W (m2) 237 486 750 1023 1301 1580 1867 2157 湿周 X (m) 245.0 256.2 270.4 278.9 281.3 2.1 293.2 297.7 水力半径 R (m) 0.97 1.90 2.77 3.67 4.62 5.47 6.37 7.25 坡降 I (‰) 1.35 1.35 1.35 1.35 1.35 1.35 1.35 1.35 糙率 n 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 流速 V (m/s) 1.20 1.88 2.42 2.91 3.40 3.80 4.21 4.59 流量 Q (m3/s) 284 914 1815 2977 4423 6004 7860 9901 17

表4.1.2 饮马河桥形态断面流量及流速计算表

水位 H （m） 主槽 151.0 全断面 主槽 152.0 全断面 主槽 153.0 全断面 主槽 1.0 全断面 主槽 155.0 河滩 全断面 主槽 156.0 河滩 全断面 主槽 157.0 河滩 全断面 主槽 158.0 河滩 全断面 293 408 150 558 523 424 947 638 765 1403 753 1111 18 115 212 115 315 115 335 115 365 3.55 0.7 4.55 1.34 5.55 2.28 6.55 3.12 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 30 15 30 15 30 15 30 1.37 1.71 0.30 1.33 2.02 0.45 1.32 2.30 0. 1.40 2.57 0.79 1.51 402 698 45 743 1055 190 1245 1470 488 1958 1937 874 2811 186 293 115 2.55 0.6 30 1.13 1.37 210 402 97 186 98 1.9 0.6 30 0.84 1.13 82 210 46 97 79 1.23 0.6 30 0.79 0.84 37 82 部分名称 断面面积 W (m2) 46 湿周 X (m) 41 水力半径 R (m) 1.12 坡降 I (‰) 0.6 30 糙率 n 流速 V (m/s) 0.79 流量 Q (m3/s) 37 18

图4.1.3 第一浑江桥桥址下游0m处水文形态断面

19

图4.1.4 第一浑江桥桥址下游0m处水文形态断面三关系曲线

图4.1.5 饮马河桥桥址上游100m处水文形态断面

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图4.1.5 饮马河桥桥址上游100m处水文形态断面三关系曲线

⑵ 桥下水位增高值h确定

桥下水位增高值h：是指根据河流具体情况，考虑桥下壅水、浪高、局部股流涌高、河床淤积等影响的高度。

浪高—《铁路桥梁检定规范》规定：在水库、湖泊或洪水持续时间很长的河流上，因考虑波浪高度。此高度可根据调查取得。如调查有困难，按《铁路桥梁检定规范》给出的公式进行近似计算，取计算值的2/3。

局部股流涌高—在我国西北山前区河流上，洪水主流多股奔放，在集中处水流恒较两侧为高的一种现象，称为局部股流涌高。其成因很复杂，需在勘测时，通过调查加以考虑。

在河床逐年淤积的河流上，需要考虑淤积的影响，通过调查加以考虑。 桥下壅水高度z—最大壅水高度发生在桥前，桥下壅水高度不易精确计算。《铁路桥梁检定规范》规定：桥下壅水高度可采用桥前壅水高度的一半。对于山区和山前区河流，洪水涨落急骤，历时短促，且河床质坚实不易冲刷时，桥下壅水高度可采用桥前最大壅水值。对于平原洪水涨落很缓慢的河流，且河床质松软，易于造成一般冲刷时，桥下壅水高度可不计。桥前壅水高度可按下式计算：

21

Zm1.82R1(Kvmv0m)221 2g式中：Zm—桥前最大壅水高度（m）；

vm—桥下断面平均流速（m/s），vm Qj—检定流量（m3/s）；

wj—桥址断面扣除路堤、桥墩和桥台阻水面积后的桥下净过水断面

面积（m2）；

v0m—天然河道在桥址断面桥跨范围内的平均流速（m/s），v0mQjwj；

Q0m； w0m Q0m—检定流量在天然河道从桥跨范围内通过的流量（m3/s）； w0m—检定流量在天然河道桥跨范围内的天然过水面积（m2）；

R—反映桥梁压缩程度（包括路堤、桥墩和桥台）的系数，Rvm； v0m K—考虑河床从刷影响的动能折减系数，对于不可冲河床：K1；

对于可冲河床：vm5m/s时，K0.9；vm7m/s时，K0.74；5m/svm7m/s时，K在0.9和0.74之间线性内插。

g—重力加速度（m/s2），g9.81 m/s2。 4.2 小桥孔径检算

小桥净孔高度，在通过检定频率洪水时，应满足下式要求：

HlHjhd

式中：Hl—梁底高程（m）；

hd—桥下净空高度(m)，按《检规》表9.3.2的规定采用 Hj—桥下检定水位(m)，

对于小桥，桥下检定水位Hj桥下河床标高H0

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H0—桥前壅水深度（m）。

小桥孔径检算与洪水通过桥下的水流状态有关，小桥过桥流水状态按表4.2.1判别。

表4.2.1 小桥过桥流水状态判别式

判别式 水流通过桥孔的流态 自由出流过水状态 淹没处流过水状态 hkh01.3hk； vtvk h01.3hk； vtvk 表中：h0—检定流量Qj时，桥址上、下游天然河道的水深（m）； vt—检定流量Qj时，桥址上、下游天然河道的流速（m/s）； vk—桥下临界流速（m/s），

vk3QjgB

； Qj—检定流量（m3/s）

g—重力加速度，g9.81m/s2； B—桥孔净孔宽度（m）；

—桥孔侧收缩系数，见表4.2.2；

表4.2.2 小桥水力系数表

小桥孔别 有锥体护坡的单孔桥 有锥体护坡的多孔桥 桥孔侧缩系数0.90 0.80  流速系数 0.90 0.85 ； hk—桥下临界水深（m）

2vk hkg小桥通过检定流量时，桥下流速vj和桥前壅水深度H0按洪水通过桥下的不同过水状态选用下列公式计算：

⑴ 自由出流过水状态（矩形断面）

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① 桥下流速vj

vj式中符号意义同前。 ② 桥前积水深H0

QjBhk

2v0H0hk 22g2gv2j式中：—流速系数，见表4.2.2；

v0—桥前行近流速（m/s），可用桥前积水断面积除检定流量求得，

2v0当v01.0m/s时，行近流速水头可忽略不计；

2g其他符号意义同前。

⑵ 淹没出流过水状态（矩形断面） ① 桥下流速vj

vj式中符号意义同前。 ② 桥前积水深H0

QjBh0

2v0H0h0 22g2gv2j式中：—流速系数，见表4.2.2；

v0—桥前行近流速（m/s），可用桥前积水断面积除检定流量求得，

2v0当v01.0m/s时，行近流速水头可忽略不计；

2g其他符号意义同前。 关于桥前行近流速v0，v0QjW积水，W积水B积水H0

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式中：W积水—小桥桥前积水断面面积（m2）；

； B积水—小桥桥前积水宽度，如图所示（m）

2v0。 H0—桥前积水深，不考虑2g

图4.2.1 小桥桥前积水宽度和积水高度

4.3 涵洞孔径检算

涵洞孔径一般按无压状态检算，故洞内需满足净空的要求。 净空要求：Hh0 式中：H—涵洞净高（m）；

—涵内允许净空高度（m），按《检规》表9.3.10取值； h0—检定洪水时涵内正常水深（m）。

关于涵内正常水深h0的求法：对于涵洞，因断面形状固定，糙率一致（一般取n0.017），且有一定的坡度i和长度L，洞内水流一般为均匀流，所以已知检定流量的洞内正常水深h0可由谢才—满宁公式作出洞内的流量～水深关系曲线求得。

同时，《铁路桥梁检定规范》又作了如下规定：对运营线上的涵洞，洪水期常被淹没，近多年考验确认洞内管节严密，且上下游防护坚固，技术状态良好者可按有压涵洞进行检定；有压涵洞的检定水位不能高出路肩下0.25m。如果检定水位影响农田、村镇安全时，以不影响农田、村镇安全的控制水位进行

25

检定。

按有压状态检算，就是要求有涵洞处路肩标高往下返0.25m，使涵洞的积水H积（H积H肩0.25m）淹没洞口，形成半压（圆涵）和有压（拱、板涵）状态，此时的流量可按半压和有压公式计算：

半压（圆涵）：Q半压c2g(H积eH) 有压（拱、板涵）：Q有压2g(H积iLH) 式中：c、e—挤压系数，见表4.3.1；

 —流速系数，矩形断面0.85，圆形或其他断面0.80；

H积—涵洞积水，H积H肩0.25m；

H—涵洞净高（m）；

—涵洞洞身断面积； i—涵洞底坡； L—涵洞长度（m）。

用以上公式计算出的流量，实际上就是有压状态时涵洞的最大泄洪量，如果检定流量小于此流量，表明涵洞排洪能力满足要求，反之，则涵洞排洪能力不满足要求。

表4.3.1 涵内水流收缩断面挤压系数

挤压系数 入口情况 断面挤压 垂线挤压e 矩形断面 0. 0.60 圆形断面 0.60 0.60 c 翼墙式 端墙式 0. 0.60 5.冲刷检算 5.1大中桥冲刷检算

墩台基础在通过检定频率洪水时，经过一般冲刷和局部冲刷后，埋置深度应满足下式要求(如图5.1.1所示)：

hhjhphbHdhm

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式中：h—墩台基础实际埋置深度（m）；

hj—检定流量时桥下水位（不包括壅水）（m）； hp—桥下一般冲刷后的最大水深（m）； hb—桥墩局部冲刷坑深度（m）； Hd—基底标高（m）；

hm—基底埋置安全值（m），查《检规》表9.5.8。 不满足上式要求时，说明基础埋深不够，应列为浅基进行防护。 5.1.1 非黏性土河床的桥下一般冲刷

非黏性土河床桥下河槽一般冲刷，可按以下公式计算： ⑴ 河槽部分

QhAcmcBchchp 16Edc式中：hp—桥下一般冲刷后的最大水深（m）； hmc—桥下河槽部分最大水深（m）； hc—桥下河槽部分平均水深（m）；

Bc—桥下河槽部分桥孔过水净宽（m），当桥下河槽扩宽至全桥时，Bc5335 27

即为全桥桥孔过水净宽；

Qc—桥下河槽部分通过的检定流量（m3/s）：当桥下河槽扩宽至全桥

时，QcQj；当桥下河槽不能扩宽至全桥时，Qc按下式计算：

QccCchccCchctCthtQj

c—桥下河槽部分的过水断面积（m2）；

11 Cc—桥下河槽部分的谢才流速系数，CcRc6；

n t—桥下河滩部分的过水断面积（m2）； ht—桥下河滩部分平均水深（m）；

11 Ct—桥下河滩部分的谢才流速系数，CtRt6；

n Qj—检定频率相应流量（m3/s）；

E—于汛期含沙量有关的系数，按《检规》表9.5.2的规定取值； dc—河槽土平均粒径。

Bd A—单宽流量集中系数，AH0.15，其中Bd、H为造床流量时

的河宽和平均水深，可按平滩水位计算；对于河滩宽浅的游荡河段、变迁河段，当Bd值过大和平坦水位不易确定时，可采用

BdH50，计A1.8。

⑵ 河滩及人工渠道部分

QhAtmttBththp

vH1式中：hp—桥下河滩一般冲刷后的最大水深（m）； hmt—桥下河滩最大水深（m）；

28

5356

ht—桥下河滩平均水深（m）；

Btc—桥下河滩部分桥孔过水净宽（m）； Qt—桥下河滩部分通过的检定流量（m3/s）， QttCthtcCchctCthtQj

vH1—河滩水深1m时非粘性土不冲刷流速，可按《检规》附录T第

T.3节的规定取值；

At—河滩流量非均匀系数，At=1.0～1.15； 其余符号意义同前。 5.1.2 黏性土河床的桥下一般冲刷

黏性土河床桥下河槽一般冲刷，可按以下公式计算： ⑴ 河槽部分

hAQcmcBchchp10.33IL53 58 式中: A—单宽流量集中系数，A=1.0～1.2；

IL—冲刷范围内黏性土样的液性指数，IL的范围为0.16～1.19；

其余符号意义同前。

⑵ 河滩部分

hQtmcBhthpc10.33IL53 67式中符号意义同前。

5.1.3 对于稳定河段，桥下河床的一般冲刷可按下式计算 hpPhm

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式中：hp—桥下一般冲刷后的最大水深（m）； hm—检定流量时，桥下最大水深（m）； P—冲刷系数，Px； j j—桥下供给的过水断面积（m2），桥下实际供给的过水断面积的计

算，应先绘出，包括桥跨、墩宽、桥台或锥体、检定水位（不包括壅水）及桥中线处河床断面的孔跨布置图，从图上求算桥孔范围内的检定水位以下河床以上扣除墩台、锥体的档水部分的净过水面积，即为桥下供给的过水断面积。当桥址上、下游有阻水山包或其他档水建筑物时，桥下供给的过水断面积营扣除其影响。

， x—桥下需要的过水面积（m2）

xQjvjcos

Qj—检定流量（m3/s）；

vj—检定流速（m/s），对河滩较小，压缩不多的河段，可采用通过检

定流量时河槽（包括边滩）的天然平均流速；当河滩很大时，可按经验确定（一般采用桥长范围内的天然平均流速）；渠道或运河上的桥，可采用设计渠道或运河时的设计流速。

—水流方向与桥梁轴线之法线间的夹角（度）。 5.1.4非黏性土河床的桥墩局部冲刷计算

非黏性土河床的桥墩局部冲刷，可按下列公式计算： 当vv0时 hbKKB1当vv0时 hbKKB10.6/vv0

/0.6v0v0vv0/vv/00 n式中：hb—桥局部冲刷坑深度（m）；

K—墩形系数，可按《检规》附录T第T.4节的规定取值；

30

11 K—河床颗粒影响系数，K0.80.15； 0.45ddcc dc—河槽土平均粒径；

B1—桥计算宽度（m），可按《检规》附录T第T.4节的规定取值； v—一般冲刷后墩前行进流速（m/s）； v0—河床泥沙起动流速（m/s），

hv00.0246dc0.14332d10hdc0.72

d// v0—前始冲流速，v00.462B10.06v0

v n—指数，n0v0.25d0.19

其余符号意义同前。 5.1.5 黏性土河床的桥墩局部冲刷计算

黏性土河床的桥墩局部冲刷，可按下列公式计算： 当

hpB1hpB12.5时， hb0.83KB1IL0.60.61.25v

当

2.5时， hb0.55KB1hpILv

0.11.0式中：IL—冲刷范围内黏性土样的液性指数，IL的范围为0.16～1.48； 其余符号意义同前。 5.2小桥冲刷检算

在通过检定流量，桥下流速vj：对于有铺砌的小桥，vj不应超过各种防护类型的容许最大流速（查《检规》附录表T.5）；对于无铺砌的小桥， vj不应超过桥下河床土壤容许不冲刷流速（查《检规》附录表T.6—1～T.6—3）。

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