河流治理中漫水橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

□周志平　□楊書統(tǒng)　□趙一新（河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司）

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河流治理中漫水橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

□周志平□楊書統(tǒng)□趙一新（河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司）

摘要：漫水橋是在低等級(jí)公路上，出現(xiàn)河流洪水位漫過橋面，在交通允許有限度中斷時(shí)，修建的連接兩岸交通的構(gòu)筑物。漫水橋的橋下凈空應(yīng)根據(jù)容許阻斷交通的時(shí)間長短和河床的淤高及河流的設(shè)計(jì)洪水頻率等因素確定。文章以賈魯河干流尉氏縣下游河段治理工程中后馬立廂漫水橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，淺析其設(shè)計(jì)的基本思路，為以后河流治理中漫水橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：河流治理；漫水橋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1　引言

賈魯河是沙潁河的主要支流，也是河南省中部地區(qū)的一條骨干排水河道，流域北靠黃河，西與伊洛河接壤，東鄰渦河流域，跨越鄭州、開封、許昌、周口四地（市）13個(gè)縣（市），流域面積5.90×105hm2，流域內(nèi)人口460萬，耕地面積34.67萬hm2，是河南省工業(yè)、煤炭及糧棉生產(chǎn)的重要基地和交通要道。

賈魯河干流全長255.80 km，自鄭州市南陽壩以上屬山區(qū)深谷河床，南陽壩以下至周口市（長約205.30 km）屬平原河道，河道斷面寬淺，兩岸地形平坦，洪水期水面寬度達(dá)3 km，地表土質(zhì)多為輕粉質(zhì)壤土和砂壤土，且上游段局部存在沙崗，水土流失嚴(yán)重，加之上世紀(jì)50年代為了引黃灌溉在河道上修建的攔河閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，年久失修，阻水嚴(yán)重，因此造成河道嚴(yán)重淤積。80年代以來，隨著河道兩岸地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，當(dāng)?shù)卣殃懤m(xù)對(duì)賈魯河干流進(jìn)行了治理，擴(kuò)挖河槽、裁彎取直、修筑堤防。

尉氏縣位于賈魯河中下游平原區(qū)內(nèi)，是產(chǎn)糧大縣，也是國家糧食安全工程的重要基地，賈魯河干流穿越該縣長度達(dá)50 多km，由于河道一直未進(jìn)行系統(tǒng)治理，堤防殘缺不全，河槽淤積嚴(yán)重，跨河橋梁阻水，穿堤建筑物破損，河道防洪除澇能力逐年降低，致使兩岸洪澇災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》及《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，該段河道治理設(shè)計(jì)流量采用：5 a一遇除澇流量為406 m3/s，20 a一遇防洪流量為828 m3/s；設(shè)計(jì)河槽底寬70 m，邊坡系數(shù)1:3。

2　工程概況

后馬立廂漫水橋位于河南省開封市尉氏縣小陳鄉(xiāng)前馬立廂村西約500 m處的賈魯河河道上，橋位處設(shè)計(jì)樁號(hào)為1+900，原河道河槽寬約30 m，深約4 m，河道上現(xiàn)有一座漫水橋跨現(xiàn)狀河槽，橋長50 m，寬3.50 m，為鋼筋混凝土板式橋梁。2011年11月，在賈魯河干流尉氏縣下游河段治理工程項(xiàng)目中，對(duì)該段河道進(jìn)行了治理，治理后河道河槽底寬70 m，河槽深約5 m，河槽底高程58.62 m，5 a一遇除澇水位62.75 m，堤頂高程65.99 m。由于治理后的河槽寬度及深度均遠(yuǎn)大于原河槽設(shè)計(jì)參數(shù)，原橋已不能滿足交通要求，需拆除重建。

考慮河道兩岸群眾“村村通”的生產(chǎn)、生活要求，規(guī)劃將該橋改建成漫水公路橋。按照《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2014）表6.0.2的規(guī)定，確定橋梁荷載等級(jí)為：公路-Ⅱ級(jí)。橋面凈寬7m。橋上設(shè)警示柱，以保證洪水時(shí)行人能安全通過；橋板采用鋼筋混凝土空心板，跨徑10 m，下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式鋼筋混凝土灌注樁。橋型布置見圖1。

圖1　橋型布置圖

3　工程布置

工程處河道主槽開口寬為98.90 m，河槽灘地高程63.65～62.68 m。該河道無通航要求，根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》要求，橋下凈空應(yīng)根據(jù)5 a除澇水位加安全高度確定。橋面高程在滿足橋下凈空及兩岸的灘地高程條件下，設(shè)計(jì)橋面標(biāo)高為64.08 m。該橋采用跨徑10 m的預(yù)制鋼筋混凝土空心板結(jié)構(gòu)，共10跨，全橋長100 m。橋梁斜度按0°設(shè)計(jì)。

由于現(xiàn)狀道路的交通量比較大，為滿足當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活需要，確定橋梁總寬7.60 m，其中行車道凈寬7 m，兩側(cè)各設(shè)0.30 m寬的護(hù)欄，橋面雙向橫坡為1.50%。橋頭兩端按5%的縱度與河道灘地平順連接?？紤]漫水橋不能設(shè)置欄桿，在護(hù)欄上設(shè)混凝土警示柱。

漫水橋上部采用預(yù)制混凝土空心板結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)施工方法簡單，可以采用工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，工期較短，投資較省。該橋單孔跨徑10 m，共10跨，全橋長100 m。板梁頂面鋪設(shè)0.13 m（最薄處）厚的防水混凝土。下部墩（臺(tái)）均采用兩柱式排架結(jié)構(gòu)和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

4　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1上部結(jié)構(gòu)

主要依據(jù)交通部標(biāo)準(zhǔn)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。本規(guī)范采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，主要結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的計(jì)算。承載能力極限狀態(tài)計(jì)算以塑性理論為基礎(chǔ)，正常使用極限狀態(tài)以彈性理論或彈塑性理論為基礎(chǔ)。

按照以上理論，該橋上部結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算，需考慮橫向分布的影響，各塊板間按橫向鉸接考慮。參照交通部專家委員會(huì)編制的公路橋梁通用圖《裝配式鋼筋混凝土簡支板梁上部構(gòu)造（1 m板寬）》進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4.2下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下部結(jié)構(gòu)包括墩體和基礎(chǔ)，墩體采用結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算，按極限狀態(tài)和裂縫控制進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算和配筋設(shè)計(jì)。樁基礎(chǔ)按摩擦樁設(shè)計(jì)，采用“m”法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，按極限狀態(tài)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。

根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，在計(jì)算樁承載力時(shí)不考慮其撓曲的影響。該橋鉆孔灌注樁按摩擦樁公式計(jì)算。通過擬定的鉆孔灌注樁樁徑、樁長，根據(jù)單樁承載力設(shè)計(jì)值，來滿足上部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載的要求。參數(shù)采用值和計(jì)算樁長見表1。

表1　樁長計(jì)算表

4.3沖刷計(jì)算

由于治理為河道疏浚，對(duì)河道斷面沒有采取襯砌防滲措施，因此后馬立廂漫水橋需進(jìn)行橋下河槽的一般沖刷計(jì)算和橋墩的局部沖刷深度計(jì)算，沖刷計(jì)算洪水頻率為20 a一遇。橋臺(tái)局部考慮采用漿砌石護(hù)坡，不進(jìn)行橋臺(tái)沖刷計(jì)算。

橋位處河底位于第②層重粉質(zhì)壤土，按《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.3.2條粘性土河床的一般沖刷計(jì)算、第7.4.2條粘性土河床橋墩局部沖刷計(jì)算，河道20 a一遇設(shè)計(jì)流量828 m3/s，相應(yīng)洪水位64.49 m。

經(jīng)計(jì)算，不存在一般沖刷計(jì)算，局部沖刷深度為0.90 m。故總的沖刷深度為0.90 m，考慮一定的安全因素，取沖刷深度為2 m。

4.4橋面附屬設(shè)計(jì)

因?yàn)槁畼蛟试S河流洪水位時(shí)漫過橋面，在橋面附屬設(shè)計(jì)中要考慮一定的工程措施既便于水流通過，也要保證橋梁結(jié)構(gòu)及交通的安全。橋面兩側(cè)的警示柱一方面要引導(dǎo)車輛及行人安全通過，一方面又不能阻礙水流中的漂浮物，以免漂浮物在橋梁處擁堵對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，在設(shè)計(jì)中考慮間隔2 m設(shè)置警示柱，警示柱中預(yù)埋錨筋并懸掛鐵鏈，在正常情況下起到防護(hù)作用，在洪水漫過橋面時(shí)，即將鐵鏈取掉以方便水流通過；同時(shí)為保證橋梁結(jié)構(gòu)在河流洪水漫過橋面的整體穩(wěn)定性，在橋墩（臺(tái)）處設(shè)置抗震錨栓，通過錨栓將橋墩（臺(tái)）蓋梁與橋面板連接起來，增加整體的牢靠性。

5　結(jié)　語

河流治理中漫水橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與常規(guī)橋梁相比，因其在汛期洪水位時(shí)要考慮車輛和行人能安全通過，且在洪水漫過橋面時(shí)要考慮橋梁的結(jié)構(gòu)安全及整體的穩(wěn)定性，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采取一定的工程措施，以減少汛期水流對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，使漫水橋在河流治理工程中發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

［1］陳昌武，周康靜.漫水橋的設(shè)計(jì)［J］.交通科技，2010（6）.

（責(zé)任編輯：劉長垠韋詩佳）

中圖分類號(hào)：TV663

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-8853（2016）04-0074-02

收稿日期：2016-02-11