桥梁行洪论证的计算与注意要点

桥梁行洪论证的计算与注意要点摘要：近年来，随着社会经济建设加快发展，涉河工程越来越多，如修建河堤， 临河建筑物等，此类项目的行洪论证，只需要分析项目是否满足防洪标准及对上 下游的行洪影响，而跨河桥梁的行洪考虑的因素较多，不仅分析项目建成后的行 洪影响还要分析桥梁建成后自身是否安全。本文重点分析桥梁建成后产生的壅水、 桥梁冲刷深度、桥面中心最低高程等特性，并分析桥梁行洪论证过程中需要注意 的要点。关键词：桥梁行洪；壅水高度引言桥梁构筑物目前是人类克服自然水体阻隔、扩大人类活动范围的最经济、最有效的方法。 建桥后，桥孔对水流压缩，从桥位上游相当远处水面就开始壅高，在桥前某一断面达到最大 壅水高度，壅水河段水位升高，流速降低，河床发生淤积；接近桥孔时，水流急剧收缩而呈 “漏斗”状，形成收缩段，收缩段的水流流速变大，对河床产生严重的冲刷；由于水流的分离 现象，在桥位上下游两侧又形成回水区，所以建桥后使得桥位河段的水沙运动及河床演变变 得非常复杂。为了建桥后不对两岸河堤、农田、村镇造成威胁，建设大、中型桥梁时，有必 要进行拟建对桥梁行洪论证进行分析，以便水利部门采取有效措施对河道堤防保护和管理。1. 壅水计算1.1壅水计算方法涉河桥梁修建后，断面形状、糙率系数及河道底坡沿程都有变化，其水力因素十分复杂。 壅水计算思路为先通过水文分析计算出桥梁下游控制断面的各频率设计洪水位，再以该断面 为起算位置，分别推算项目建设前后评价河段各断面的水面线，从而求得该工程建设后对各 断面行洪影响的壅水高度。水面线计算采用天然河道水位沿程变化的伯努利能量方程式：式中：等式左边两项为上断面的势能和动能；z1、z2分别代表下、上断面水位；a为流 速分布系数；g为重力加速度；hf沿程水头损失；hj局部水头损失；v断面平均流速；对于 沿程损失项，目前一般采用下述公式求解：式中：R上上断面水力半径，R下下断面水力半径，A上上断面面积，A下下断面面积， Q河道流量，L上下断面间距，n上下断面间河道平均糙率，为局部水头损失系数。1.2回水长度计算为了分析壅水对上游两岸产生的影响范围必须进行回水计算，根据桥涵水力水文一 书推荐的壅水曲线长度的近似公式为：L=2AZ/I式中：L壅水曲线长度；AZ壅水高度；I河床 比降1.3桥面中心最低高程分析从大桥自身安全角度考虑，应计算大桥中心最低高程是否满足设计洪水频率和其它综合 因素要求的安全高度。桥孔压缩水流后的桥下壅水、浪高、河湾超高、河床淤积等引起的桥 下水位增高，还要考虑设计最高通航水位及通航净空高度。根据人民交通出版社桥涵水力 水文（第三版）中对于通航河流桥面中心最低高程计算，通航河流桥面中心最低高程除应 满足不通航河流的要求外，同时还应满足下式要求：式中：桥面中心最低高程（m）；设计最高通航水位（m）；通航净空高度（m）；桥 梁上部结构建筑高度（m），设计最高通航水位。2. 桥梁行洪论证的注意要点2.1野外工作（1）测量行洪论证测量工作的内容包括:桥址断面、桥址断面上下游局部地形、桥址以上受建桥影 响产生回水范围内布设的断面、桥址以下受建桥影响产生冲刷范围内布设的断面。一般说来， 测量工作断面为:桥址断面1个、桥址以上断面至少3个、桥址以下断面至少1个，另外测量 桥下局部地形及水边线。其中，需要注意的是评价河段范围:横河距离为建设项目对应的防洪 标准水面宽度以外各10m ；顺河距离为建设项目及其对上下游河道产生影响以外各300m。（2）桥址文字描述报告编制人员应该现场查勘每座桥梁，记录尽量详细，以便形成直观印象，在报告编制 时做到心中有数。现场查勘需要记录的内容有:桥址处及其上下游的地形、地貌、地质情况、 土壤组成、农田种类（旱地或水田）、农作物种类、山区植被状况；涉河建筑物，如桥梁、港 口、水电站、堤防工程的断面形状、形式、种类、建设时间及防洪标准；河道形态、河床组 成、河势状况、历史洪水调查；周围城市及村庄、学校、工厂、矿山状况等。2.2报告编制（1）河流概述包括流域自然地理概况，流域与河道特性，桥梁上、下游水利和水土保持措施等。（2）桥梁情况描述内容有桥梁名称、桥址经纬度、桥址所在地的市县乡村详细地址；桥 梁的长度、防洪标准（校核洪水、设计洪水标准及相应洪峰流量、水位，施工期防洪标准与相 应洪峰流量、水位）；（3）桥梁的设计方案、施工方案、弃碴及碴场情况，是否影响行洪等。（4）桥梁所在评价河段的河道基本特征主要是水文、泥沙特性，现有防洪标准及相应的洪峰流量和水位。（5）防洪堤不论已建成的防洪堤的防洪标准是多少，只要桥梁修建后降低了他的防洪标准，就应该 采取措施补救。（6）各级洪水的冲刷计算一般情况下，河流的冲刷以2年一遇洪水（50%）的冲刷最大。（7）在报告编写时注意河宽”的概念不同季度、不同情况都可能有不同的河宽，使用河宽时，要注意加上限定条件。比如， 冬季枯水期河宽为60m； 50年一遇洪水为1000m3/s时，河宽为200m等。在报告中加强对河流情况、河道状况、桥梁设计、洪水情况、桥梁周围环境等的描述， 可以使报告更加清楚地反映建桥前后各种指标的变化，表现出工程对河道行洪及河势稳定的 影响。2.3补救措施（1）对桥梁设计要求对桥梁的设计要求主要体现一个主题，就是要减小桥梁修建对行洪产生的不利影响。其 中包括，增加跨度和减少河道中桥墩数量，桥墩墩形为扁圆形且顺水流布置，桥梁与河流尽 量正交，桥墩布置尽量远离河岸和防洪堤，以减少水流对河岸和防洪堤的冲刷，更不能将桥 墩布置在已建防洪堤上，因为桥墩的震动会危害防洪堤的安全。当桥梁跨越防洪堤，若防洪堤上允许防洪抢险车辆、物资、人员通行的，桥梁与防洪堤 顶面应保持足够高度；桥梁施工布置不能对防洪抢险带来影响。（2）主要补救措施桥梁的修建改变了原河道形态的，需要采取补救措施。补救措施应针对不同的情况进行。第一，桥墩壅水抬高水位。若两岸为一般农田和修建在较高处的零星农舍，则不须防护; 若修建有防洪堤，则加高防洪堤至达到原防洪标准。第二，修建桥梁减小行洪断面。若桥址上游有重要乡镇等，可采取扩挖河道、清淤等措 施以扩大行洪断面。第三，对河岸、坡脚有冲刷的则对河岸或坡脚进行防护，修建护岸工程。对于正在进行 初步设计的桥梁，护岸工程可在报告中写明请设计部门设计。2.4附图附图应简单明确，桥梁很长而跨越的过水段很短，则不能将全部桥梁置于图上，这样图 幅太大，而主要要反映的内容又太小，仅需将过水段桥梁情况在图上表示，使之一目了然。附图注意河流水流流向、枯季河流水边线、汛期河流水边线、河流主槽等的标注，除用 相关符号标注外，可辅助以文字标注。3.结束语跨河桥梁是交通工程建设的重要渡河建筑物，桥梁一般跨越河流，侵占行洪面积，壅高 上游水位，改变局部流态，给河道行洪和两岸堤防安全造成影响；洪水在桥墩及桥梁防护部 位产生局部冲刷，危及桥梁自身安全。为保障河道行洪安全和桥梁安全运行，对桥梁行洪进 行计算与分析，是保证河道行洪和堤防安全以及桥梁安全运行的关键，也是水行政主管部门 对桥梁建设审查的重点。参考文献：1 刘福田.河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制问题探讨J.江淮水利科技，2012（1）.2 董珍林.桥梁的水文调查与外业勘测J.青海交通科技.2011（06）.3 水利办公厅.河道管理范围内建设项目防洪评价报告编写导则（试行）S.北京：水利部办 公厅，2014.