大中型橋梁水文勘測(cè)設(shè)計(jì)中若干問題的探討

蔣玉珍

（婁底水文水資源勘測(cè)局婁底市417009）

1 概述

大中橋水文勘測(cè)設(shè)計(jì)是公路勘測(cè)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)基本工作，它直接影響橋梁建成后的使用安全。據(jù)1980～1984年的不完全統(tǒng)計(jì)，全國因各種原因水毀橋梁就達(dá)8 000余座，涵洞5 000余個(gè)，湖南省僅1960年大洪水就沖毀大橋16座（2 382.8延米），中小橋220座（51 995延米），數(shù)目是非常驚人的，給國家造成了不小的經(jīng)濟(jì)損失。

分析橋梁水毀的原因，除了部分橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低外，主要有如下幾個(gè)方面：

（1）橋位選擇不當(dāng)是主要原因，例如橋位位于河灣，凹岸沖刷嚴(yán)重，或橋位與洪水中泓線斜交，都可能沖毀橋頭引道。另外河灘橋孔分配不合理，橋位處于游蕩變遷性河段，或在水土流失和發(fā)生特大洪水時(shí)，主流擺動(dòng)、侵蝕等影響河床逐漸擴(kuò)寬，也能造成橋梁水毀。

（2）水文計(jì)算中推求的設(shè)計(jì)流量偏小，以致橋孔設(shè)計(jì)偏小，排洪能力不足而水毀。

（3）墩臺(tái)基礎(chǔ)埋深不夠，受到嚴(yán)重沖刷而倒塌，形成橋梁水毀，這主要是忽略了橋址地質(zhì)勘探。

（4）橋孔設(shè)計(jì)缺乏必要的調(diào)治構(gòu)造物及防沖刷措施，沖毀橋臺(tái)或橋頭引道，進(jìn)而使橋梁局部或全部遭到破壞。

（5）因大量漂浮物、流冰等情況造成主橋孔阻塞，洪水引入邊孔后，因邊孔過小而沖毀。

針對(duì)產(chǎn)生水毀的這些原因，筆者認(rèn)為除了加強(qiáng)橋位的選擇比較外，重點(diǎn)是提高水文勘測(cè)的深度和水文計(jì)算的精度，下面結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，提出幾個(gè)注意的方面，供大家參考。

2 水文勘測(cè)

2.1 收集資料

資料收集是水文勘測(cè)設(shè)計(jì)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，勘測(cè)設(shè)計(jì)人員通過文獻(xiàn)資料對(duì)水文、地形、地質(zhì)情況有整體的認(rèn)識(shí)和了解。一般情況下，首先應(yīng)根據(jù)資料將本流域內(nèi)的洪水資料、流域內(nèi)的洪水特點(diǎn)、河流變遷、水工建筑物情況等，為水文分析提供依據(jù)，還應(yīng)盡量收集本省或本流域的水文計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式，提高計(jì)算精確程度。文獻(xiàn)資料的出版時(shí)間代表著其所覆蓋的年代。

2.2 調(diào)查研究

野外調(diào)查與勘測(cè)是水文計(jì)算的基礎(chǔ)，即使有詳細(xì)的水文觀測(cè)資料，也應(yīng)進(jìn)行歷史洪水的調(diào)查和考證工作，這樣可以起到延長(zhǎng)提高系列代表性的作用，除了嚴(yán)格按《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG C30-2002（以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范”）執(zhí)行，還應(yīng)注意如下幾個(gè)問題：

（1）由于測(cè)繪年代的差異，一些新建的水工建筑物可能未反映在地形圖上，平原地區(qū)河流受堤壩等方面影響，都會(huì)造成匯水面積的差異，所以在地形圖上勾繪的匯水面積必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)。

（2）為便于設(shè)計(jì)流量的推求，洪水調(diào)查，一般應(yīng)選擇3～4個(gè)歷史上較大洪水的年份，其頻率應(yīng)結(jié)合水文資料使設(shè)計(jì)流量的推求可以相互驗(yàn)證，因此重現(xiàn)期確定時(shí)要慎重，但年代久遠(yuǎn)的歷史高洪水的洪水點(diǎn)過少時(shí)，可以用重現(xiàn)期低的洪水坡度代替年代久遠(yuǎn)的歷史高洪水的洪水坡度。

（3）進(jìn)行歷史年份的洪水調(diào)查時(shí)，要通過多數(shù)人的回憶，對(duì)當(dāng)時(shí)的地形、地貌全面了解，充分考慮河床、地貌變化，避免誤差，使還原的洪峰流量盡量可靠。

（4）調(diào)查過程中應(yīng)了解洪水的形成過程是上游下泄造成的，還是本區(qū)域強(qiáng)降雨造成的，便于與水文資料相互驗(yàn)證。調(diào)查時(shí)注意區(qū)分某些河段可能由于下游阻水等原因，造成高水位低流量的情況。

（5）應(yīng)盡量選擇有特殊標(biāo)記的洪水點(diǎn)作為計(jì)算的依據(jù)，才能保證準(zhǔn)確可靠。彎曲嚴(yán)重河流所調(diào)查的洪水點(diǎn)一定要多，并注意要投影到中泓線，防止洪水比降的較大誤差。

（6）調(diào)查時(shí)應(yīng)了解洪水的流速，便于建立流量與水位關(guān)系，提高還原計(jì)算的精度。

（7）上下游現(xiàn)有橋涵構(gòu)造物的洪痕標(biāo)記必須進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而推求設(shè)計(jì)流量與其它計(jì)算結(jié)果相互對(duì)照，有的橋涵還可能標(biāo)出歷史洪水位等數(shù)據(jù)，更是非常有價(jià)值的。另外為了更能反映實(shí)際情況，應(yīng)測(cè)量現(xiàn)有橋梁的沖刷情況，便于與計(jì)算結(jié)果對(duì)照。

（8）河流縱斷面是確定洪水點(diǎn)的位置、洪水比降的基礎(chǔ)，可以通過地形圖完成，如果采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，不能沿著低水位的水面測(cè)量，因?yàn)椴环虾樗飨?，?huì)造成洪水比降偏小。

野外調(diào)查不僅是獲取測(cè)量結(jié)果，還要對(duì)河床變化、冰情、沖刷、淤積情況與水文資料對(duì)照驗(yàn)證，并加以詳細(xì)記錄，特別注意對(duì)調(diào)查歷史洪水的可靠程度進(jìn)行分析比較。另外在形成水文計(jì)算書時(shí)對(duì)橋孔設(shè)計(jì)中考慮的細(xì)節(jié)問題同樣列出，為設(shè)計(jì)提供詳細(xì)的基礎(chǔ)。

3 水文計(jì)算

（1）有堤壩河流設(shè)計(jì)流量的選取。

有堤壩的平原地區(qū)河流的設(shè)計(jì)流量Qs應(yīng)根據(jù)堤壩規(guī)劃調(diào)整。當(dāng)橋梁使用年限內(nèi)，堤壩遠(yuǎn)景規(guī)劃最大安全泄量Q小于Qs，則堤壩內(nèi)設(shè)計(jì)流量即采用Q，但Q不能小于現(xiàn)狀平堤時(shí)的流量，同時(shí)堤壩外的橋涵的設(shè)計(jì)流量應(yīng)增加，其總流量為Qw=Qs-Q′（Q′為現(xiàn)狀河流的安全泄量），分配到泛濫寬度范圍內(nèi)各橋涵構(gòu)造物。若Q大于Qs，則橋梁設(shè)計(jì)流量仍采用Qs，但梁底高程必須高出遠(yuǎn)期規(guī)劃的堤壩高程。但大多數(shù)的堤壩遠(yuǎn)景規(guī)劃年限達(dá)不到橋梁設(shè)計(jì)年限，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有堤壩情況與設(shè)計(jì)流量的差距，選擇堤壩無限加高等其他方法計(jì)算。洪水的泛濫寬度一般根據(jù)洪水調(diào)查確定，但要注意有些區(qū)域雖然能過水，但由于地形條件影響而流速較小，計(jì)算時(shí)可以不考慮。

（2）河道糙率系數(shù)的選擇。

根據(jù)野外調(diào)查的水文斷面上河槽、河灘狀況，可以按表查取糙率系數(shù)，也可以根據(jù)較可靠的水位及流量反推，該方法更能接近實(shí)際。

（3）繪制水文關(guān)系曲線。

通過繪制水位-流量、水位-流速等關(guān)系曲線，不僅可以驗(yàn)證上、下游斷面的流量，也可以驗(yàn)證流速，檢驗(yàn)計(jì)算的合理性，所以一般應(yīng)繪制水文關(guān)系曲線。

（4）橋孔長(zhǎng)度計(jì)算。

橋長(zhǎng)計(jì)算應(yīng)按不同的河段分類，選擇不同的計(jì)算公式，若利用舊規(guī)范公式，要注意河段分類標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行規(guī)范的不同。

由于橋孔長(zhǎng)度計(jì)算公式是根據(jù)1976年實(shí)測(cè)132座橋梁樣本回歸分析出來，設(shè)計(jì)時(shí)可以將結(jié)果作為橋孔凈長(zhǎng)度的最小值，根據(jù)各回歸公式的標(biāo)準(zhǔn)誤差予以調(diào)整。大致如下：穩(wěn)定河段增加15%；次穩(wěn)定河段增加20%；不穩(wěn)定河段增加25%。

平原水田區(qū)的河道一般經(jīng)過整治，水利設(shè)施星羅棋布，河流多引水灌溉，加之平原區(qū)的地面徑流大大減少，洪峰流量與橋下設(shè)計(jì)流量有折減系數(shù)，橋長(zhǎng)計(jì)算應(yīng)予以考慮，而且河道還有蓄水作用，不能完全以堤壩為準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。

（5）沖刷計(jì)算。

“規(guī)范”中的沖刷計(jì)算公式是在20世紀(jì)60年代的公式基礎(chǔ)上修訂的，當(dāng)時(shí)河段分五類：平原穩(wěn)定河段、平原次穩(wěn)定河段、平原游蕩性河段、山區(qū)穩(wěn)定性河段、半山前變遷性河段。一般沖刷64-1式對(duì)游蕩性、變遷性河段較為適用，對(duì)穩(wěn)定河段計(jì)算偏大，而64-2式對(duì)各類河段普遍適用。但64-2式簡(jiǎn)化式將河段分類以及河床粒徑等內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)化，不能進(jìn)行分層計(jì)算。

4 其他

從橋梁水毀的情況看，主體工程毀的少，往往是附屬工程出問題，所以水文勘測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)要注意路基的穩(wěn)定性及安全性，采取必要的防護(hù)措施，但也不能只注意公路的安全，而忽略河堤安全以及泄洪的影響。

5 結(jié)語

水文勘測(cè)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)，所以一定要有針對(duì)性，詳細(xì)了解，認(rèn)真記錄，盡可能接近實(shí)際情況，才可能得到較為可靠的結(jié)果。實(shí)踐中應(yīng)注意新技術(shù)的應(yīng)用，比如采用GPS實(shí)測(cè)洪水點(diǎn)的高程和坐標(biāo)是非常方便準(zhǔn)確的，比如斷面流量計(jì)算采用電算等等，效率會(huì)大大提高。

1 高冬光.公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)橋位設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2000.

2 JTG C30—2002.公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2002.