跨河桥梁对河道行洪的影响分析

跨河桥梁对河道行洪的影响分析（李森焱 朱晓燕）时间：2008-04-17 15:08:31来源：海河水利2007.4放大缩小打印摘要：针对跨河桥粱对河道行洪产生不利影响的情况，通过建桥河段水文分析及 冲淤分析计算，提出了跨河桥粱对河道堤防行洪影响分析的方法路线，并用实例进行 了影响分析，为河道堤防保护及管理提供了科学依据。关键词：桥粱；河道堤防；影响分析中圈分类号：TV879 文献标识码：A文章编号：1004-7328（2007）04-0053-03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，有必要进行拟建桥梁对河道行洪的影响分析， 以便水利部门采取有效措施对河道堤防保护和管理。1建桥河段水文分析计算及冲淤分析计算1. 1水文分析计算及桥梁设计流量复核计算水文分析计算及桥梁设计流量复核计算采用流量资料系列（或暴雨资料系列或两 种系列都用）计算，计算方法步骤为：资料的审查、插补延长、特大值处理、根据水文 适线法求取不同频率桥梁设计流量，然后与桥梁设计部门所定的进行比较，分析确定 桥梁设计部门选定的设计流量及桥孔长度的合理性。1. 2壅水、冲刷分析计算建桥后。水流通过桥孔，由于桥梁墩台和桥头引道对过水面积的压缩，从而形成 桥前壅水，壅水河段水位抬高，流速降低，河床发生淤积。壅水值的大小不仅与桥梁 的安全关系密切，而且与堤坝、两岸农田、村镇的安全关系密切，所以壅水、冲淤分析计算是很重要的。(1)桥前壅水高度计算。桥前最大壅水高度，可按下式计算:呵勺；)武中询为系数，与水流进入桥孔的阻力有炭4为 桥下平均流速(说訂；为桥前河流全断面平均流速 (m/s ) P壅水曲线上任一断面G处的壅水高度计算公式为:武中！込为任意断面G处的離水高度；仏为任意断面G至疑大耋水断面的距离让为洪水比降，以小数计;其他德号意义同前。壅水曲线全长。壅水曲线全长按照下式计算:式中:L为缠水曲线全长(偕)；其他符号意义同前。(3)桥位河段冲刷计算。建桥后，桥位河段的冲刷过程十分复杂，河床的最大冲刷深度是各种冲刷综合作用的结果。由于目前国内外对建桥后桥位河段水流和泥沙运动的客观规律认识还不够充分，仍是一个有待研究的课题，所以在计算桥位河段冲刷计算时，可选用几个公式同时计算，相互比较，然后确定采用值。目前，桥位河段冲刷计算可采用以下几种方法:一般冲刷深度计算有3种方法：方法1：根据输沙量平衡法建立的计算公式为:3眄Z箔硬给d心 式中:hip分别为桥下河槽最大忒深和一般神刷 后的最大水深（丽）点为综合系数；分粥为桥位 上游夭然河槽瞬面的桥下河槽麟面的流量； 场，民分别为天然河槽宽度和桥下河槽宽度汩为单 宽流量集中家数其取值小于等于1.8；为随相对 糙率而变的指数口方法2：按冲止流速建立的计算公式为:5)式中Tw为桥下断面最大单宽流 桥下河床的神止流速（mA；）。滩、根据河流泥沙运动的特点，应按不同情况分别计算出非粘性土河槽、非粘性土河 粘性土河床的一般冲刷深度。方法3：按包尔达柯夫公式计算，分两种情况:河槽土质均匀条件下的计算公式为：h 产ph（6）式中:如为一般冲刷后的垂线水深fin）山为冲刷前 相应的垂线水深（in汐为冲剃系数。河床土质不均匀条件下的计算公式为:式申为河床中易冲部分沖刷后的水深（阳）;岛 为冲刷前桥下毛过水面积（廿）为冲剧前易冲部 分的毛过水面积为冲刷前不可冲部分（表 层可冲土壤被冲去话的毛过水面积（讦）；其他符号 意义同削。局部冲刷深度计算又分两种情况：第一，非粘性土河床的局部冲刷计算公式为：仏扎奏严h严1 %丿3W 臨)(8)式中晶为局部冲刷深度（m）,从一般冲刷后床面算 起值丰为桥墩墩形系数;$为桥墩计算宽度 为河庆颗粒影响系数；毎为一般冲刷后的堆大水深（m）；v为一般冲刷后桥墩前疔近流速为河床 泥沙起动流速（m/小；吨为嫩前泥沙起冲流速（m/容）；加 为指数&gKg严(兔厂阳(v0) (ii) 武中：K创为河床顆粒影响系数沖力墩前泥沙起冲流 速(m/$)；他为指数;其他符号意义同前。第二，粘性土河床的局部神刷计算公式为密k 跨(U3KQ 叫匸哲($ 孑 2.5)(12)hpO出K占严h； 1；寫(如2 ”(B)式中山为冲刷坑范围内粘性土液性指数，适用范围 为016朮；其他符号邀义同前和1. 3桥梁对河道堤防行洪影响分析跨河建筑物对河道堤防行洪的影响应主要从以下三方面进行分析：对水利规 划、防洪标准的适应性分析；对河势稳定及行洪安全的影响分析；对堤防及防汛 抢险的影响分析。1. 4桥梁工程影响河道堤防的防治措施及要求通过前面的水文分析计算和建筑物对河道堤防影响分析后，提出建筑物对河道堤 防影响的防治措施及要求。防治措施和要求主要包括：建筑物与河道堤防的布置关系； 防止桥前壅水对堤防不利影响的措施；桥梁高程与堤顶高程相适应的要求及防汛交通 要求；桥梁建筑物施工及运营管理期间的要求；其他相关的措施及要求。2高家庄大桥对河道堤防的影响分析高家庄大桥为威海一乳山高速沿线跨越母猪河的大桥之一。现根据该桥及所处河 道基础资料分析对河道堤防行洪的影响。2. 1水文分析计算根据上述规范标准，定出桥梁和河道的水文分析计算洪水标准，然后由道路及河 流的具体情况确定出应采用的洪水频率为：P=l%, P=5% , P=10%。分别根据暴雨 资料及流量资料，经资料审查、处理后，计算得出桥位处的设计流量见表1。从表1可以看出，由暴雨资料和流量资料计算出的结果不相同，考虑到水文系统 具有未确知性特点，根据暴雨系列法和流量系列法的结果，采用未确知数学理论根据 文献的方法最后确定的桥梁设计流量见表1。髙累徑桥的设计流方法-桥位断面的役常峰蜀/(呻也T%10%暴薄系列迭2 7591 S801 6W流就系列注2 6501 772i 415燉馬确窓的桥架设计流址2 7W1测1 5502. 2壅水、冲刷计算根据前述的计算公式，桥前壅水最高高度和壅水长度计算结果见表2。表宠高家庄大桥堕水算结舉(P)商度ai水长疫壬槽净冲剧探度加河渡净冲刷探度心局部 冲刷合计一般局部 冲剧卷计5%Odd1961,89L983.871.171.712.8950%0.07177L661-923.570-94L622.562. 3高家庄大桥对河道堤防的影响分析(1) 与现有水利规划、防洪标准的应性分析：根据桥梁设计部门提供的资料及山 东半岛防洪规划报告，发现桥梁的原设计流量偏小，桥孔长度小于河流规划设计堤 顶中心距，不符合要求，公路设计部门应根据河道规划部门资料修改设计，加大桥梁 长度，使桥梁两端桥台布置在设计堤脚以外，并留出防汛抢险通道的宽度，以便和水 利规划相适应。根据防洪标准、堤防工程设计规范、公路工程水文勘测设 计规范，发现高家庄大桥的设计洪水标准与河道近期、远期的防洪标准相适应，所以桥梁的设计洪水标准不用改变。(2) 对河势稳定及河道行洪安全的影响分析：建桥后，由于桥墩和桥台的影响， 桥位处河流段面的有效行洪面积减小了，并且桥前发生壅水，桥下及桥位上下游一定 范围内发生不均匀的冲刷、淤积，深槽、浅滩可能在桥位河段发生移动，为确保河道 的行洪安全，高家庄大桥上、下游河堤迎水坡应进行浆砌块石护坡工程，护坡长度为 桥 前 开 始 壅 水 处 至 桥 下 游 水 流 恢 复 天 然 状 态 的 位 置 ， 堤 顶 高 度 应 根 据 表 2 中 的 壅 水 高 度适当加高。(3) 对防汛抢险的影响分析：根据防洪规划，河道整治规划工程实施后，河 道堤顶作为一般防汛交通通道使用。按桥梁现有设计及河道规划断面分别计算左右堤 顶净空高度，发现桥下堤顶净空均达不到规范所规定的 45m 的要求，建议桥梁设计 部门调整桥面标高。(4) 其他要求：高家庄大桥在施工期间均应尽量避免破堤施工，如对堤防有损坏， 汛期来临以前要修复受损伤堤防，并清理河道及滩地施工区一切临时建筑物、施工器 材、料场，拆除施工围堰、平整滩地，以恢复河道原来的过水断面。3 结 语随着我国国民经济的持续发展，国内外用于交通基础设施建设的投入逐年加大， 桥梁建设日新月异。建桥以后，河流受到桥头引道的压缩和墩台阻水的影响改变了 水流和泥沙运动的天然状况，引起河床的冲淤变形，危及河道堤防的安全。所以，应 对拟建桥梁作对水利规划、防洪标准的适应性分析；对行洪安全的影响分析；对堤防 及防汛抢险的影响分析；对河势稳定的影响分析，分析后应提供相应的防治措施。另外，对于特殊地区(如水库地区、感潮河段、泥石流地区等)的新建桥梁，水文 分析及冲淤计算应按特殊地区的具体情况进行分析与计算。在水流对河岸冲刷剧烈、 副流强度大的地方应根据具体情况设置调制构造物，如导流堤、丁坝、顺水坝等，以 改善桥位及其上下游河段的水流条件，使桥孔通畅排水输沙、减少对河床及堤防的冲 刷、稳定桥位河段。实践表明，进行拟建桥梁对河道堤防的影响分析，不仅为河道管 理部门提出堤防保护和治理措施提供科学依据，同时对桥梁及桥头引道路基的安全与 保护也具有积极的作用。作 者 简 介 ： 李 森 焱 (1970-) ， 男 ， 硕 士 ， 高 级 工 程 师 ， 主 要 从 事 流 域 水 利 管 理 工 作。来源：海河水利2007.4