橋梁設(shè)計(jì)中的水文問題分析

左自偉 袁智（中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430013）

橋梁設(shè)計(jì)中的水文問題分析

左自偉 袁智
（中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430013）

橋梁設(shè)計(jì)中的重要參考因素就是水文問題。橋梁建設(shè)屬于公路建設(shè)的一部分，是跨越河流的建設(shè)物，但是由于橋梁直接位于河流之上，因此會(huì)受到洪水的擊打與會(huì)沖擊，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)較多的水毀現(xiàn)象，帶來了極大的經(jīng)濟(jì)損失與安全損失。一旦發(fā)生橋梁水毀，就會(huì)使橋墩出現(xiàn)裂縫以及沉陷，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)引道以及橋梁都被水沖斷，中斷了交通，影響了公路的正常交通與運(yùn)輸。為了保證橋梁的質(zhì)量，使其滿足基本的運(yùn)營安全，因此要重視橋梁設(shè)計(jì)中的水文問題。本文主要分析導(dǎo)致橋梁水毀的原因，對橋梁設(shè)計(jì)中的水文問題進(jìn)行研究。

橋梁設(shè)計(jì) 水文問題 水毀 治理措施

1 引言

橋梁是跨越河流的公路形式，橋梁工程的建設(shè)比較復(fù)雜，并且在施工中占據(jù)著較大的造價(jià)比重，在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)與規(guī)劃的時(shí)候，不僅要確定工程的實(shí)際規(guī)模，還要重視水文問題，橋梁的施工規(guī)模決定了洪水通過的大小，因此了解橋梁設(shè)計(jì)中的水文問題對橋梁建設(shè)具有重要意義，以下進(jìn)行簡單的分析。

2 導(dǎo)致橋梁發(fā)生水毀的主要原因分析

2.1 洪水橋址沖刷導(dǎo)致橋墩基礎(chǔ)埋設(shè)不足

橋梁水毀的一個(gè)重要原因就是由于橋址的不斷沖刷，導(dǎo)致橋墩墩臺(tái)的基礎(chǔ)埋設(shè)深度不足。造成橋墩墩臺(tái)受到?jīng)_刷不都拿的主要原因有：橋梁設(shè)計(jì)的橋孔較多，極大的縮小了河床的過水?dāng)嗝?，?dǎo)致橋梁洪水泄流的速度增大；有時(shí)候河道的變遷還會(huì)影響著水流過橋的基本流態(tài)，水流流態(tài)的改變會(huì)造成洪水對橋墩墩臺(tái)的斜向沖擊，沖擊的過程中會(huì)在橋墩墩臺(tái)基礎(chǔ)的周圍形成一個(gè)水流的漩渦；現(xiàn)在河道下游出現(xiàn)了較多挖土取沙現(xiàn)象，導(dǎo)致整體河床的比降增大了許多。

2.2 橋孔的設(shè)計(jì)不能滿足基礎(chǔ)的輸沙以及排洪需求

橋孔的設(shè)計(jì)也會(huì)影響到橋梁的整體質(zhì)量，當(dāng)橋孔設(shè)計(jì)較小時(shí)，就不能滿足基礎(chǔ)的泄洪要求，一旦洪水排泄不通暢，就會(huì)導(dǎo)致橋梁上游的水位增高，或者還會(huì)漫過橋面，加劇了橋址沖刷的力度，導(dǎo)致橋梁的錐坡以及墩臺(tái)很容易被沖毀，橋梁的引道也可能被沖斷。當(dāng)洪水中含有較多的漂浮物以及泥沙時(shí)，經(jīng)常會(huì)堵塞橋孔，一旦橋孔堵塞不能及時(shí)洪泄，洪水就會(huì)直接作用到橋梁本身，導(dǎo)致橋梁被沖垮。

2.3 橋梁下河道的變遷

一旦河道變遷，就會(huì)導(dǎo)致洪水對河床沖擊的流態(tài)發(fā)生改變，這樣就會(huì)加劇對橋梁局部墩臺(tái)的沖刷。橋梁水毀的典型形式就是橋頭被沖斷，橋梁的錐坡等防護(hù)與調(diào)治設(shè)施被沖毀。

2.4 橋梁的防護(hù)設(shè)施以及調(diào)治不完善

橋梁防護(hù)與調(diào)治設(shè)施的主要功能就調(diào)節(jié)與治理水流，保證橋孔泄洪的通暢。若是橋梁沒有建設(shè)防護(hù)以及調(diào)治的構(gòu)造設(shè)施，就會(huì)導(dǎo)致洪水排泄的方向偏離橋孔，減少了橋下的泄洪面積，更加加劇了對橋墩墩臺(tái)的沖刷力度。

2.5 橋梁工程施工的質(zhì)量影響

橋梁工程的施工質(zhì)量也會(huì)影響到橋梁的使用壽命以及耐久性。由于常見的水毀情況大多都是洪水對墩臺(tái)的持續(xù)沖刷，因此，若是橋墩墩臺(tái)施工的質(zhì)量難以控制，那樣在長期洪水漂浮物、沖刷、凍融的撞擊與沖擊作用下很容易導(dǎo)致橋墩的墩臺(tái)出現(xiàn)質(zhì)量裂縫現(xiàn)象，一旦墩臺(tái)局部被毀，很容易加劇后期的水毀事故。所以在進(jìn)行橋梁工程施工的時(shí)候，要按照規(guī)范的質(zhì)量操作標(biāo)準(zhǔn)，做好質(zhì)量驗(yàn)收工作，從而保證橋梁的質(zhì)量那就堅(jiān)固。

2.6 生態(tài)環(huán)境的作用

現(xiàn)在隨著全球變暖，生態(tài)環(huán)境也逐漸變得惡劣起來，干旱以及洪澇現(xiàn)象嚴(yán)重，一旦發(fā)生強(qiáng)降雨很容易導(dǎo)致洪水的發(fā)生，橋梁被沖毀的事故增多。生態(tài)環(huán)境的優(yōu)良會(huì)提高地表的糙率程度，降低了水土流失的現(xiàn)象發(fā)生，這是從根本思路上避免橋梁被洪水沖毀。

3 針對橋梁設(shè)計(jì)中水文問題的措施研究

3.1 要合理的選擇橋位，做好橋孔的規(guī)范設(shè)計(jì)

橋位選擇的不合理也會(huì)造成洪水排泄的不通暢，繼而導(dǎo)致橋梁被毀，橋位選擇的常見的水文方面問題：橋位選擇在經(jīng)常發(fā)生變遷的河段內(nèi)；將橋位確定在洪水湍急部分，很容易導(dǎo)致洪水排泄偏離橋孔方向；橋位選擇在有直流流出或匯入的河段；沒有進(jìn)行橋位的實(shí)際勘查，在確定橋位時(shí)直接按照路線的跨越位置，這樣容易導(dǎo)致河流與橋位的斜交；將橋位確定在容易發(fā)生泥石流的河段，這樣很容易的堵塞橋孔，導(dǎo)致橋梁被洪水沖毀。橋位的選擇會(huì)極大的影響著橋梁工程的質(zhì)量，因此在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)要做好橋梁工程的地質(zhì)勘查以及水文調(diào)查，從而選擇合適的橋位，保證河道順直、河流穩(wěn)定，橋位的水文地質(zhì)狀況良好，只有這樣才能夠滿足洪水泄流的要求。水文的詳細(xì)調(diào)查可以獲得河流的基本特點(diǎn)，掌握河道供水的比降、洪水最高位、糙率、流域面積等水文資料，再通過水文設(shè)計(jì)，從而確定橋孔的大小、長度、橋墩墩臺(tái)的埋設(shè)深度等，使其滿足基礎(chǔ)的質(zhì)量要求。

3.2 橋墩墩臺(tái)的結(jié)構(gòu)要合理，設(shè)計(jì)好埋設(shè)的深度

橋梁墩臺(tái)的結(jié)構(gòu)會(huì)直接影響到被洪水沖刷的局部深度。通常重力結(jié)構(gòu)的墩臺(tái)在抗沖刷方面比柱式的墩臺(tái)要弱，因此在設(shè)計(jì)墩臺(tái)時(shí)要盡量考慮使用柱式或者樁基礎(chǔ)的墩臺(tái)。墩臺(tái)基礎(chǔ)埋設(shè)的深度不夠?qū)е聵蛄喊l(fā)生水毀的現(xiàn)象比較頻繁。現(xiàn)今，我國中型以及大型的橋梁施工一般都采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的墩臺(tái)，避免了以往因?yàn)榛A(chǔ)埋設(shè)不深導(dǎo)致的橋梁水毀現(xiàn)象。橋梁基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)埋設(shè)深度時(shí)要嚴(yán)格按照水溫水利進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合橋梁工程的實(shí)際水文地質(zhì)狀況保證橋梁墩臺(tái)的安全埋設(shè)深度符合質(zhì)量的安全要求，避免在遇到洪水時(shí)發(fā)生水毀事故。橋梁設(shè)計(jì)時(shí)要預(yù)測計(jì)算，考慮到實(shí)際最大洪水沖刷的最不利水利條件，將這些因素考慮到橋梁的設(shè)計(jì)中，從而保證橋梁工程在遇到任何情況下的洪水問題都不會(huì)發(fā)生安全事故。

3.3 完善橋梁工程的防護(hù)與調(diào)治

橋梁的防護(hù)與調(diào)治是保證橋梁安全、降低水流沖刷、改善水流流態(tài)、穩(wěn)定河岸的重要措施。在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到橋梁的防護(hù)以及調(diào)治要素，重點(diǎn)做好工程的防護(hù)施工，從而保證橋梁的質(zhì)量。

3.4 做好橋梁設(shè)計(jì)水文方面的預(yù)防與治理

（1）檢查橋梁的基礎(chǔ)排洪。汛期我們要根據(jù)氣象機(jī)構(gòu)的氣候預(yù)報(bào)以及橋梁河道上游的水量匯集面積，預(yù)測河道洪峰的流量以及降雨量，從而檢驗(yàn)橋梁的基礎(chǔ)排洪能力。橋梁的排洪能力決定著橋梁的安全質(zhì)量，我們要定期對橋梁排洪能力進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)氣候預(yù)測，及

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時(shí)做好防護(hù)措施，比如若是橋梁的排洪能力不足以滿足排洪的基本要求，就需要采取清淤、導(dǎo)流、分流等治理措施，保證橋梁的安全。（2）做好橋梁防護(hù)設(shè)施以及工程的安全質(zhì)量檢查。根據(jù)氣候預(yù)測要做好汛期橋梁的防護(hù)與調(diào)治，分別對下雨前、下雨時(shí)、下雨后進(jìn)行安全質(zhì)量的檢查工作，查看橋梁墩臺(tái)是否剝落風(fēng)化、是否開裂沉陷，橋梁錐坡是否發(fā)生傾斜與裂縫，橋梁防護(hù)與調(diào)治的設(shè)施是否完好無損。若是出現(xiàn)質(zhì)量問題就要及時(shí)修理，確保橋梁的安全質(zhì)量。（3）加固與防護(hù)橋梁墩臺(tái)。在汛期，還要及時(shí)的檢查橋址河床以及橋梁墩臺(tái)被洪水沖刷的情況，查看橋梁墩臺(tái)是否出現(xiàn)基礎(chǔ)埋設(shè)不足，河床是否下切等，及時(shí)的處理質(zhì)量安全問題，做好加固與防護(hù)的措施，保證橋梁的質(zhì)量。

若是橋梁下河床連續(xù)被沖刷下切，那么在橋位下游的河道槽內(nèi)，要設(shè)置攔截淤泥的防護(hù)墻體，從而保證橋梁墩臺(tái)不受到洪水的持續(xù)沖刷。一般攔截淤泥的防護(hù)墻體基礎(chǔ)埋設(shè)的深度要根據(jù)洪水實(shí)際沖刷的狀況確定，保證防護(hù)墻體的頂高要與河槽底標(biāo)高相同，假若橋梁墩臺(tái)的埋設(shè)比較淺，那攔截淤泥的防護(hù)墻體在設(shè)置高度時(shí)就可以超過河槽底標(biāo)高，這樣可以有效的避免河床被連續(xù)沖刷引發(fā)橋梁被沖毀的事故發(fā)生。河床連續(xù)被沖刷，這樣會(huì)導(dǎo)致橋梁墩臺(tái)的埋設(shè)不夠，為了避免河床出現(xiàn)持續(xù)沖刷下切現(xiàn)象，要對的橋梁下的河床采取加固防護(hù)措施。

橋梁墩臺(tái)的局部會(huì)受到洪水的持續(xù)沖刷，因此要做好橋梁墩臺(tái)的沖刷防護(hù)，一般采取的防護(hù)措施有立面防護(hù)以及平面防護(hù)，立面的沖刷防護(hù)就是要建立防護(hù)的帷幕，而平面沖刷防護(hù)就是根據(jù)沖刷的大小采取漿砌片石、干砌、拋石等防護(hù)，不論采取哪一種防護(hù)措施都需要將防護(hù)的頂面位于墩臺(tái)沖刷的底部，從而保證橋梁的質(zhì)量。

3.5 采用工程與生物防護(hù)治理橋梁設(shè)計(jì)中的水文問題

橋梁設(shè)計(jì)還要考慮到工程防護(hù)以及生物防護(hù)兩大手段，在橋梁河道的兩旁種植樹木可以有效的溫度河岸、攔洪落淤、降低河水流速，從而避免出現(xiàn)河道的變遷致使橋梁被沖毀。將橋梁的工程防護(hù)以及生物防護(hù)結(jié)合應(yīng)用，提高了橋梁安全防護(hù)的效果。生物以及工程防護(hù)可以針對橋位河灣、橋位河段以及橋位流域，做好橋梁的綜合防治工程，公路建設(shè)部門要與各個(gè)水文相關(guān)部門進(jìn)行配合，做好橋梁的安全防護(hù)與治理工作，從而改善生態(tài)環(huán)境，避免出現(xiàn)橋梁災(zāi)害事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

總之，隨著我國公路橋梁建設(shè)的數(shù)量以及規(guī)模增加，橋梁設(shè)計(jì)中的水文問題就更加突出，如何協(xié)調(diào)好水文方面的問題，提高橋梁工程的質(zhì)量具有重要意義。我們要將水文方面的防治融入到橋梁設(shè)計(jì)中，從而提高橋梁的質(zhì)量。

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左自偉（1984—），男，湖北黃石人，本科，工程師，主要從事橋梁設(shè)計(jì)方向；袁智（1987—），男，湖南瀏陽人，本科，現(xiàn)任工程師，主要從事橋梁設(shè)計(jì)方向。