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）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11 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。12 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：壅水曲线上任一断面G处的壅水高度计算公式为：(2)壅水曲线全长。壅水曲线全长按照下式计算：(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：方法2：按冲止流速建立的计算公式为：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、非粘性土河滩、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：河床土质不均匀条件下的计算公式为：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：13 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。14 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。21 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=1，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。22 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。23 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45 m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