[发明专利]一种桥位河段纵断面最大冲刷深度及冲刷范围的测控方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁设计领域，尤其涉及一种桥位河段纵断面最大冲刷深度及冲刷范围的测控方法。

背景技术

通过天然河道观测和概化动床模型试验，桥位压缩后纵断面地形变化经过以下几个阶段：

①天然情况下，水流与河床相适应，在概化动床情况下，整个河段形成均匀紊流，水面线与河床面几乎平行。

②河道建桥后形成压缩断面，洪水在桥前区形成壅水，并在洪峰时刻形成最大壅水高度，同时在桥位上下游河段开始一般冲刷。

③由于桥位断面洪水单宽流量增加，引起桥位河段上下游河床的剧烈冲刷，在横向断面发生全河床冲刷，纵向形成冲刷坑，分别向上游和下游延伸至较远距离。由于冲刷坑的形成，致使水面有所回落，壅水高度减小。

④冲刷坑形成后，桥位上游河段河床比降变大，随着洪水流量增加或者持续以及在洪水退水过程，冲刷坑继续向上游发展，同时冲刷深度也不断增加直至达到平衡最大冲刷深度，而桥前区壅水也进一步减小甚至不产生壅水。

⑤随着流量的减小，压缩段单宽流量减小，壅水完全消失，水流挟砂冲刷能力下降，上游泥沙在冲刷坑内落淤，冲刷坑回淤，冲刷深度减小。当流量继续减小，河段内出现股流并且形成股流集中冲刷，使河床面继续处于变形之中，冲刷深度有可能继续增加。最后流量减小至洪水过程结束，河床处于无水或者水量很小的状态，桥下河床变形基本结束，最后的河床形态维持到下一次洪水过程的来临。

而现有的桥位河段纵断面最大冲刷深度及冲刷范围的测控方法，不能够有效地对桥位河段纵断面最大冲刷深度及冲刷范围进行研究，对桥位河段纵断面最大冲刷深度及冲刷范围的计算结果不能符合实际状况的问题。

发明内容

本发明提供了一种桥位河段纵断面最大冲刷深度及冲刷范围的测控方法，旨在解决现有的桥位河段纵断面最大冲刷深度及冲刷范围的测控方法，不能够有效地对桥位河段纵断面最大冲刷深度及冲刷范围进行研究，对桥位河段纵断面最大冲刷深度及冲刷范围的计算结果不能符合实际状况的问题。

本发明的目的在于提供一种桥位河段纵断面最大冲刷深度及冲刷范围的测控方法，所述测控方法包括以下步骤：

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，并根据桥长计算桥位压缩断面的单宽流量q；

第二步：通过钻机在桥位河段的河底钻孔取沙，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；

第三步：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最低点，沿主流河槽在两断面之间绘制深泓线，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；

第四步：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，区域流场用流场实时测量系统测量；

第五步：对单宽流量q、床面比降J、床沙中值粒径d₅₀进行统计分析，采用最小二乘法多参数拟合得出典型洪水过程河床纵断面最大冲刷深度h_b计算公式、纵向冲刷向上游影响范围L_S、纵向冲刷向下游影响范围L_X、纵向冲刷坑总的影响范围L_Z计算公式。

进一步，所述计算桥位河段纵向冲刷坑最大深度的实现方法为：

桥位压缩引起河道的纵向冲刷与河床组成、比降、流量过程及压缩程度有关，采用最小二乘法多参数拟合试验数据，拟合出典型洪水过程河床纵断面最大冲刷深度公式：

hb=0.92q0.8d50-0.2J0.2]]>

式中：h_b-河床纵断面上最大冲刷深度，单位为m；

q-桥位压缩断面的单宽流量，m³/s.m；