跨河橋梁對(duì)河道行洪的影響分析

1、跨河橋梁對(duì)河道行洪的影響分析（李森焱 朱曉燕）摘要：針對(duì)跨河橋粱對(duì)河道行洪產(chǎn)生不利影響的情況，通過(guò)建橋河段水文分析及沖淤分析計(jì)算，提出了跨河橋粱對(duì)河道堤防行洪影響分析的方法路線，并用實(shí)例進(jìn)行了影響分析，為河道堤防保護(hù)及管理提供了科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞：橋粱；河道堤防；影響分析中圈分類號(hào)：TV879 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7328(2007)04-0053-03橋梁構(gòu)筑物目前是人類克服自然水體阻隔、擴(kuò)大人類活動(dòng)范圍的最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法。建橋后，橋孔對(duì)水流壓縮，從橋位上游相當(dāng)遠(yuǎn)處水面就開始壅高，在橋前某一斷面達(dá)到最大壅水高度，壅水河段水位升高，流速降低，河床發(fā)生淤積；接近橋孔時(shí)，水流急劇

2、收縮而呈“漏斗”狀，形成收縮段，收縮段的水流流速變大，對(duì)河床產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷；由于水流的分離現(xiàn)象，在橋位上下游兩側(cè)又形成回水區(qū)，所以建橋后使得橋位河段的水沙運(yùn)動(dòng)及河床演變變得非常復(fù)雜。為了建橋后不對(duì)兩岸河堤、農(nóng)田、村鎮(zhèn)造成威脅，建設(shè)大、中型橋梁時(shí)，有必要進(jìn)行擬建橋梁對(duì)河道行洪的影響分析，以便水利部門采取有效措施對(duì)河道堤防保護(hù)和管理。1 建橋河段水文分析計(jì)算及沖淤分析計(jì)算11 水文分析計(jì)算及橋梁設(shè)計(jì)流量復(fù)核計(jì)算水文分析計(jì)算及橋梁設(shè)計(jì)流量復(fù)核計(jì)算采用流量資料系列(或暴雨資料系列或兩種系列都用)計(jì)算，計(jì)算方法步驟為：資料的審查、插補(bǔ)延長(zhǎng)、特大值處理、根據(jù)水文適線法求取不同頻率橋梁設(shè)計(jì)流量，然后與橋梁設(shè)

3、計(jì)部門所定的進(jìn)行比較，分析確定橋梁設(shè)計(jì)部門選定的設(shè)計(jì)流量及橋孔長(zhǎng)度的合理性。12 壅水、沖刷分析計(jì)算建橋后。水流通過(guò)橋孔，由于橋梁墩臺(tái)和橋頭引道對(duì)過(guò)水面積的壓縮，從而形成橋前壅水，壅水河段水位抬高，流速降低，河床發(fā)生淤積。壅水值的大小不僅與橋梁的安全關(guān)系密切，而且與堤壩、兩岸農(nóng)田、村鎮(zhèn)的安全關(guān)系密切，所以壅水、沖淤分析計(jì)算是很重要的。(1)橋前壅水高度計(jì)算。橋前最大壅水高度，可按下式計(jì)算：壅水曲線上任一斷面G處的壅水高度計(jì)算公式為：(2)壅水曲線全長(zhǎng)。壅水曲線全長(zhǎng)按照下式計(jì)算：(3)橋位河段沖刷計(jì)算。建橋后，橋位河段的沖刷過(guò)程十分復(fù)雜，河床的最大沖刷深度是各種沖刷綜合作用的結(jié)果。由于目前國(guó)內(nèi)外

4、對(duì)建橋后橋位河段水流和泥沙運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律認(rèn)識(shí)還不夠充分，仍是一個(gè)有待研究的課題，所以在計(jì)算橋位河段沖刷計(jì)算時(shí)，可選用幾個(gè)公式同時(shí)計(jì)算，相互比較，然后確定采用值。目前，橋位河段沖刷計(jì)算可采用以下幾種方法：一般沖刷深度計(jì)算有3種方法：方法1： 根據(jù)輸沙量平衡法建立的計(jì)算公式為：方法2：按沖止流速建立的計(jì)算公式為：根據(jù)河流泥沙運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，應(yīng)按不同情況分別計(jì)算出非粘性土河槽、非粘性土河灘、粘性土河床的一般沖刷深度。方法3：按包爾達(dá)柯夫公式計(jì)算，分兩種情況：河槽土質(zhì)均勻條件下的計(jì)算公式為：河床土質(zhì)不均勻條件下的計(jì)算公式為：局部沖刷深度計(jì)算又分兩種情況：第一，非粘性土河床的局部沖刷計(jì)算公式為：13 橋梁對(duì)

5、河道堤防行洪影響分析跨河建筑物對(duì)河道堤防行洪的影響應(yīng)主要從以下三方面進(jìn)行分析：對(duì)水利規(guī)劃、防洪標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性分析；對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定及行洪安全的影響分析；對(duì)堤防及防汛搶險(xiǎn)的影響分析。14 橋梁工程影響河道堤防的防治措施及要求通過(guò)前面的水文分析計(jì)算和建筑物對(duì)河道堤防影響分析后，提出建筑物對(duì)河道堤防影響的防治措施及要求。防治措施和要求主要包括：建筑物與河道堤防的布置關(guān)系；防止橋前壅水對(duì)堤防不利影響的措施；橋梁高程與堤頂高程相適應(yīng)的要求及防汛交通要求；橋梁建筑物施工及運(yùn)營(yíng)管理期間的要求；其他相關(guān)的措施及要求。2 高家莊大橋?qū)拥赖谭赖挠绊懛治龈呒仪f大橋?yàn)橥Ｈ樯礁咚傺鼐€跨越母豬河的大橋之一?，F(xiàn)根據(jù)該橋及所處河

6、道基礎(chǔ)資料分析對(duì)河道堤防行洪的影響。21 水文分析計(jì)算根據(jù)上述規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，定出橋梁和河道的水文分析計(jì)算洪水標(biāo)準(zhǔn)，然后由道路及河流的具體情況確定出應(yīng)采用的洪水頻率為：P=1，P=5 ，P=10 。分別根據(jù)暴雨資料及流量資料，經(jīng)資料審查、處理后，計(jì)算得出橋位處的設(shè)計(jì)流量見表1。從表1可以看出，由暴雨資料和流量資料計(jì)算出的結(jié)果不相同，考慮到水文系統(tǒng)具有未確知性特點(diǎn)，根據(jù)暴雨系列法和流量系列法的結(jié)果，采用未確知數(shù)學(xué)理論根據(jù)文獻(xiàn)的方法最后確定的橋梁設(shè)計(jì)流量見表1。22 壅水、沖刷計(jì)算根據(jù)前述的計(jì)算公式，橋前壅水最高高度和壅水長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果見表2。23 高家莊大橋?qū)拥赖谭赖挠绊懛治?1)與現(xiàn)有水利規(guī)劃、防洪

7、標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)性分析：根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)部門提供的資料及山東半島防洪規(guī)劃報(bào)告，發(fā)現(xiàn)橋梁的原設(shè)計(jì)流量偏小，橋孔長(zhǎng)度小于河流規(guī)劃設(shè)計(jì)堤頂中心距，不符合要求，公路設(shè)計(jì)部門應(yīng)根據(jù)河道規(guī)劃部門資料修改設(shè)計(jì)，加大橋梁長(zhǎng)度，使橋梁兩端橋臺(tái)布置在設(shè)計(jì)堤腳以外，并留出防汛搶險(xiǎn)通道的寬度，以便和水利規(guī)劃相適應(yīng)。根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)、堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范、公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范，發(fā)現(xiàn)高家莊大橋的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)與河道近期、遠(yuǎn)期的防洪標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，所以橋梁的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)不用改變。(2)對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定及河道行洪安全的影響分析：建橋后，由于橋墩和橋臺(tái)的影響，橋位處河流段面的有效行洪面積減小了，并且橋前發(fā)生壅水，橋下及橋位上下游一定范圍內(nèi)發(fā)生不均勻的沖刷

8、、淤積，深槽、淺灘可能在橋位河段發(fā)生移動(dòng)，為確保河道的行洪安全，高家莊大橋上、下游河堤迎水坡應(yīng)進(jìn)行漿砌塊石護(hù)坡工程，護(hù)坡長(zhǎng)度為橋前開始壅水處至橋下游水流恢復(fù)天然狀態(tài)的位置，堤頂高度應(yīng)根據(jù)表2中的壅水高度適當(dāng)加高。(3)對(duì)防汛搶險(xiǎn)的影響分析：根據(jù)防洪規(guī)劃，河道整治規(guī)劃工程實(shí)施后，河道堤頂作為一般防汛交通通道使用。按橋梁現(xiàn)有設(shè)計(jì)及河道規(guī)劃斷面分別計(jì)算左右堤頂凈空高度，發(fā)現(xiàn)橋下堤頂凈空均達(dá)不到規(guī)范所規(guī)定的45 m的要求，建議橋梁設(shè)計(jì)部門調(diào)整橋面標(biāo)高。(4)其他要求：高家莊大橋在施工期間均應(yīng)盡量避免破堤施工，如對(duì)堤防有損壞，汛期來(lái)臨以前要修復(fù)受損傷堤防，并清理河道及灘地施工區(qū)一切臨時(shí)建筑物、施工器材、

9、料場(chǎng)，拆除施工圍堰、平整灘地，以恢復(fù)河道原來(lái)的過(guò)水?dāng)嗝妗? 結(jié)語(yǔ)隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，國(guó)內(nèi)外用于交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入逐年加大，橋梁建設(shè)日新月異。建橋以后，河流受到橋頭引道的壓縮和墩臺(tái)阻水的影響改變了水流和泥沙運(yùn)動(dòng)的天然狀況，引起河床的沖淤變形，危及河道堤防的安全。所以，應(yīng)對(duì)擬建橋梁作對(duì)水利規(guī)劃、防洪標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性分析；對(duì)行洪安全的影響分析；對(duì)堤防及防汛搶險(xiǎn)的影響分析；對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定的影響分析，分析后應(yīng)提供相應(yīng)的防治措施。另外，對(duì)于特殊地區(qū)(如水庫(kù)地區(qū)、感潮河段、泥石流地區(qū)等)的新建橋梁，水文分析及沖淤計(jì)算應(yīng)按特殊地區(qū)的具體情況進(jìn)行分析與計(jì)算。在水流對(duì)河岸沖刷劇烈、副流強(qiáng)度大的地方應(yīng)根據(jù)具體情況設(shè)置調(diào)制構(gòu)造物，如導(dǎo)流堤、丁壩、順?biāo)畨蔚龋愿纳茦蛭患捌渖舷掠魏佣蔚乃鳁l件，使橋孔通暢排水輸沙、減少對(duì)河