公路橋涵水文計(jì)算方法及流程研究

摘 要：本文基于筆者多年從事水文水力計(jì)算的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以公路橋涵水文調(diào)查與計(jì)算為研究對(duì)象，論文首先分析了水文調(diào)查及測(cè)量的思路，進(jìn)而探討流量的確定方法，再次寄出上，給出了詳細(xì)水文計(jì)算思路，全文是筆者長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。橋涵水文調(diào)查是公路工程外業(yè)調(diào)查的基礎(chǔ)工作，是合理確定橋涵孔徑，控制工程規(guī)模的主要依據(jù)。本人就多年來(lái)多條高速公路調(diào)查經(jīng)驗(yàn)探討一下合理、適用的橋涵水文調(diào)查方法。

關(guān)鍵詞：公路 橋涵 水文 調(diào)查 計(jì)算

中圖分類號(hào)：U448 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（c）-0056-02

1 水文調(diào)查及測(cè)量

水文調(diào)查工作主要是在橋位上下游調(diào)查歷史上各次較大洪水的水位，確定河槽斷面、灘槽劃分、洪水比降和河床糙率，推算相應(yīng)的歷史洪水流量，作為水文分析和計(jì)算的依據(jù)；同時(shí)調(diào)查橋位附近河道的沖淤變形及河床演變，作為確定歷史洪水計(jì)算斷面的橋墩臺(tái)沖刷深度的依據(jù)。

1.1 資料收集

（1）收集路線范圍水系包含全部匯水面積的小比例地形圖，從地形圖量繪各橋涵位置的控制匯水面積、流域長(zhǎng)度、寬度、坡度等特征值。（2）收集地區(qū)水文手冊(cè)、水文水位站資料。（3）收集項(xiàng)目的防洪影響評(píng)價(jià)報(bào)告。（4）地質(zhì)報(bào)告中河床質(zhì)顆粒分析或塑、液限試驗(yàn)表。

1.2 水文調(diào)查及測(cè)量

（1）項(xiàng)目主要河流分布、特征，各河主要跨河工程的分布情況、運(yùn)用情況及對(duì)橋位河段流量、流向、沖淤變化情況的影響，水利規(guī)劃和河道整治方案。（2）項(xiàng)目區(qū)有無(wú)水文站或水位站及距各橋位的距離。（3）項(xiàng)目區(qū)有無(wú)水庫(kù)、分洪區(qū)和滯洪區(qū)，與之有關(guān)系的橋址及距離。（4）橋址區(qū)地形、地貌、植被情況、土壤類型等特征。（5）形態(tài)斷面選擇在洪痕分布較多、河岸穩(wěn)定、沖淤不大、泛濫寬度34c839bd00aad88ee3555e407f0ec7315104945464e073af51fedd63cf27b60e較小、無(wú)死水和回流、斷面比較規(guī)則順直河段上，宜與流向垂直。調(diào)查歷史洪水情況時(shí)，應(yīng)細(xì)心訪問(wèn)沿岸居民，查明歷史洪水痕跡以及發(fā)生的時(shí)間（包括年月日）、大小和頻遇程度。洪水痕跡是在歷史洪水位處的標(biāo)志。同一次洪水至少在兩岸上下游調(diào)查3～5個(gè)可靠的、有代表性的洪痕點(diǎn)，并應(yīng)考慮壅水及波浪的影響，以作必要的修正。對(duì)于每個(gè)洪水位，均應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記編號(hào)，測(cè)定其位置和高程，并根據(jù)調(diào)查情況詳細(xì)描述，作出可靠性評(píng)價(jià)。歷史洪水位相應(yīng)的洪水流量，可按明渠均勻流的方法進(jìn)行計(jì)算。（6）水文斷面應(yīng)在橋位上下游格測(cè)繪一個(gè)；對(duì)河面不寬的中橋，可只測(cè)繪一個(gè)；當(dāng)橋位斷面符合水文斷面條件時(shí)，橋位斷面可作為水文斷面。（7）測(cè)繪范圍：平原寬灘河流測(cè)至歷史最高洪水泛濫線以外50 m，山區(qū)河流測(cè)至歷史最高洪水位以上2～5 m以上。（8）繪制內(nèi)容：應(yīng)繪出河床地面線、灘槽分界線、植被和地質(zhì)情況、糙率、測(cè)時(shí)水位、施測(cè)時(shí)間、歷史洪水位及發(fā)生年份、其他特征水位等?，F(xiàn)場(chǎng)確定灘槽分界線、植被和地質(zhì)情況。（9）河床比降的測(cè)量，水文斷面上游不小于2倍河寬，下游不小于1倍河寬。

2 設(shè)計(jì)流量確定

2.1 有資料地區(qū)

（1）防洪評(píng)價(jià)報(bào)告中摘取。（2）上下游水庫(kù)資料引用。（3）地區(qū)水文手冊(cè)中摘取。

青海清水河6#大橋設(shè)計(jì)流量，由《青海省湟中-水文水利計(jì)算手冊(cè)》某調(diào)查點(diǎn)：清水河F=2379 km2，長(zhǎng)度106 km，坡度0.85%，n=0.040～0.045，重現(xiàn)期100年的流量為2780方/s（見(jiàn)手冊(cè)P223）。

2.2 無(wú)資料地區(qū)

我們?cè)O(shè)計(jì)的項(xiàng)目大部分橋涵均為無(wú)現(xiàn)成資料可利用的，需要我們?cè)O(shè)計(jì)工作者選用相應(yīng)的方法自行計(jì)算。

2.2.1 設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式取用的原則

（1）匯水面積小于1 km2處可不計(jì)算流量，按構(gòu)造涵洞尺寸設(shè)置涵洞。（2）匯水面積小于30 km2的橋位，采用小橋涵設(shè)計(jì)暴雨洪水流量計(jì)算方法徑流厚度法應(yīng)用文件確定其設(shè)計(jì)流量。用其他公式或洪水資料做校對(duì)。（3）匯水面積在30～100 km2的橋位，采用小橋涵設(shè)計(jì)暴雨洪水流量計(jì)算方法推理公式設(shè)計(jì)，暴雨洪水流量計(jì)算方法經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算其流量。應(yīng)用范圍可延伸至300 km2。用其他公式或洪水資料做校對(duì)，若有洪水調(diào)查資料，以形態(tài)斷面調(diào)查為主。（4）匯水面積大于100 km2的橋位，上下游均無(wú)水文觀察資料情況下，可通過(guò)水文調(diào)查，采用形態(tài)斷面法確定流量，用分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式做驗(yàn)算。（5）匯水面積較大時(shí)，最好用多種方法相互驗(yàn)證。

2.2.2 討論形態(tài)斷面法

所謂形態(tài)調(diào)查法即實(shí)地考察歷史上發(fā)生過(guò)的洪痕，并通過(guò)河道地形、縱、橫斷面、洪痕高程及位置等形態(tài)資料的測(cè)量，在按水力學(xué)方法推算歷史洪峰流量。目前，主要通過(guò)建立形態(tài)斷面，并繪制形態(tài)斷面圖，確定主河溝的糙率，主河溝平均坡度。有條件時(shí)實(shí)測(cè)水位和流速。結(jié)合形態(tài)斷面進(jìn)行洪水調(diào)查，確定比較可靠的某一歷史洪水位及相應(yīng)的頻率。同時(shí)確定歷史洪水位在形態(tài)斷面上的過(guò)水面積和相應(yīng)的比降等資料。推算形態(tài)斷面上的歷史洪峰流量，進(jìn)而求得規(guī)定的頻率的設(shè)計(jì)流量。

3 設(shè)計(jì)水位確定

根據(jù)確定的流量利用形態(tài)斷面法根據(jù)謝才-曼寧公式計(jì)算水位標(biāo)高。

4 橋梁孔徑的確定

（1）橋孔最小凈長(zhǎng)度按《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》中6.2.1-1、6.2.1-2和6.2.1-4式計(jì)算。橋孔不宜壓縮河槽，可適當(dāng)壓縮河灘。（2）橋孔布設(shè)還應(yīng)結(jié)合上下游已建橋梁的孔徑布設(shè)以及發(fā)生較大洪水特征年份的行洪狀況確定。（3）河床的灘、槽劃分準(zhǔn)確與否，對(duì)橋孔長(zhǎng)度計(jì)算影響極大，應(yīng)根據(jù)河段平面形態(tài)、植被分布情況在橋位現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真調(diào)查研究合理劃分河床灘、槽。（4）河灘、河槽的洪水糙率系數(shù)應(yīng)按規(guī)范規(guī)定合理確定。

5 橋面最小標(biāo)高的確定

橋面設(shè)計(jì)高程按《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》中6.4.1-1式計(jì)算。不通航的內(nèi)陸地區(qū)橋面最低高程計(jì)算，全面考慮設(shè)計(jì)水位、壅水高度、橋下凈空、橋梁上部構(gòu)造建筑高度。特別注意一點(diǎn)：橋下行洪高度為蓋梁底面以下，應(yīng)為蓋梁為與水流方向相交的，是一個(gè)阻水面。

6 沖刷計(jì)算

墩臺(tái)沖刷按5公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范6中7.3.1-1、7.3.1-4、7.3.1-5、7.3.2-1、7.3.2-2式計(jì)算。注意區(qū)分粘性土河槽和非性土河河槽，計(jì)算結(jié)果并以沖刷線的形式反映在橋型布置圖中。

7 調(diào)整構(gòu)造物設(shè)置調(diào)查

調(diào)治構(gòu)造物是橋梁工程的重要組成部分，常見(jiàn)的形式有導(dǎo)流壩、丁壩及其他橋頭防護(hù)工程。調(diào)治構(gòu)造物的主要作用在于調(diào)節(jié)水流，使水流均勻暢順地通過(guò)橋孔，防止橋位附近的河床和河岸發(fā)生不利的變形，以保證橋梁墩臺(tái)和橋頭引道的正常使用。是否設(shè)置導(dǎo)流工程，應(yīng)根據(jù)河灘流量占總流量的比例來(lái)確定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)單側(cè)河灘的河道，橋梁引道阻斷的流量占設(shè)計(jì)總流量的15%，或雙側(cè)河灘，以中中泓線將設(shè)計(jì)流量分為兩部分，橋梁一側(cè)引道阻斷的流量占該側(cè)流量的15%時(shí)，可設(shè)置導(dǎo)流堤；小于上列數(shù)值時(shí)可修建梨形壩；小于5%時(shí)， 加固橋頭錐坡即可。

8 結(jié)語(yǔ)

以上內(nèi)容也是一個(gè)橋涵水文調(diào)查的流程，調(diào)查工作可循此過(guò)程進(jìn)行。望本文對(duì)同行的工作有所借鑒。

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