橋梁設(shè)計(jì)中的水文問題探析

姜鵬

橋梁設(shè)計(jì)中的水文問題探析

姜鵬

Qiao liang she ji zhong de shui wen wen ti tan xi

橋梁是線路跨越河流的一個(gè)重要形式，橋梁規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)工程規(guī)模大小進(jìn)行科學(xué)合理的確定，主要是對(duì)洪水量大小、水文計(jì)算來對(duì)橋梁河段設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，從而計(jì)算得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，完成有效設(shè)計(jì)操作，正確合理地評(píng)估橋位設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，在橋位設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行橋位選擇、水位計(jì)算、橋梁孔徑、墩臺(tái)基底埋置深度確定和考慮，進(jìn)一步獲取準(zhǔn)確的水文資料，對(duì)其洪水量大小、水位高低、流速等加以確定，保證橋梁設(shè)計(jì)的安全、高效。

一、橋梁水毀原因

第一，橋位選擇不當(dāng)，橋位位置在河灣處，凹岸沖刷比較嚴(yán)重，或者是其他方面的影響作用，都容易沖刷橋頭引道，另外河灘橋孔分配不合理，橋位在游蕩變遷性河段，主流擺動(dòng)、侵蝕等，會(huì)使得河床逐漸變寬，從而引起橋梁水毀情況。

第二，水文計(jì)算時(shí)設(shè)計(jì)流量過小，造成橋孔設(shè)計(jì)過小，進(jìn)一步排洪水能力降低，引起橋梁水毀。

第三，墩臺(tái)不牢固，墩臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間受到?jīng)_刷而發(fā)生了倒塌情況，造成水毀情況。

第四，橋孔設(shè)計(jì)沒有設(shè)置相應(yīng)的防沖刷裝置。橋孔設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)橋臺(tái)、橋頭引道沖刷，從而使得橋梁結(jié)構(gòu)局部遭到破壞，進(jìn)一步造成橋梁水毀情況。

上述這些情況下都容易引起橋梁水毀情況，因此在實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)和高速公路施工建設(shè)過程中，一定要對(duì)上述問題引起高度重視，提前做好預(yù)防控制措施，加強(qiáng)防護(hù)管理。除此之外，還需要對(duì)其他方面的影響因素加以正確認(rèn)識(shí)，保證橋梁設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性、安全性，提升橋梁設(shè)計(jì)的抗洪能力，延長(zhǎng)橋梁使用壽命，提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和使用性能。

二、水文資料搜集、調(diào)查、審核

第一，當(dāng)前我國(guó)公路、鐵路設(shè)計(jì)洪水頻率要求。當(dāng)前我國(guó)在公路、鐵路修建時(shí)，設(shè)定了相應(yīng)的洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)范圍，高速公路一級(jí)、二級(jí)汽車專用公路特大橋設(shè)計(jì)的洪水頻率大小為三百分之一，大中型橋梁設(shè)計(jì)的洪水頻率大小為百分之一，小橋梁設(shè)計(jì)的洪水頻率大小為五十分之一，三級(jí)、四級(jí)公路橋梁設(shè)計(jì)的洪水頻率大小也需要符合相應(yīng)的具體規(guī)定和要求。

第二，水文資料搜集。搜集水文相關(guān)資料是開展水文分析計(jì)算工作的一個(gè)基礎(chǔ)階段，主要是通過水文手冊(cè)、圖集、年鑒、統(tǒng)計(jì)以及各個(gè)省市自己的水文圖冊(cè)、水文分布特征等加以分析和資料搜集。

第二，資料審查。水文資料收集后，需要對(duì)收集的資料進(jìn)行嚴(yán)格的審查，這是確保整個(gè)成果質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，

資料審查時(shí)，需要從多個(gè)方面加強(qiáng)認(rèn)識(shí)和管理，對(duì)收集的水文資料嚴(yán)格進(jìn)行審核，通過實(shí)地考察高速公路工程修建情況以及水流平衡情況、歷年的水文資料顯示情況等對(duì)照進(jìn)行審核檢查，對(duì)歷史洪水?dāng)?shù)值加以詳細(xì)調(diào)查和分析，采用各種相關(guān)的計(jì)算方式完成計(jì)算過程，得出準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)需要盡可能的采用各種途徑完成推算過程，將重點(diǎn)放在對(duì)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果影響較大的年份資料研究和審核方面。

第三，外業(yè)調(diào)查。在外業(yè)調(diào)查時(shí)，主要從高速公路需要修建的橋址范圍和河道特性、洪水情況、洪水頻率、洪水比降等多個(gè)方面加以考察和分析，能夠確定工程河段的類型，對(duì)其洪水頻率以及洪水過后對(duì)河床的沖刷情況加以分析，對(duì)過往的洪水水位高低進(jìn)行分析，能夠?qū)ζ湫螒B(tài)斷面準(zhǔn)確確認(rèn)，選擇河床表層的土樣進(jìn)行篩選分析，準(zhǔn)確確定河床表層的平均粒子直徑大小，從而完成準(zhǔn)確的外業(yè)調(diào)查，保證調(diào)查工作開展的準(zhǔn)確、高效率。

同時(shí)對(duì)于河床變化較大的情況下，將其洪水痕跡盡量避開，加強(qiáng)水文計(jì)算工作開展和管理，計(jì)算并且完成準(zhǔn)確的水文計(jì)算書，保證水文計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性，能夠采用多種計(jì)算方式來準(zhǔn)確分析和加以實(shí)踐論證，最后準(zhǔn)確推算并且選出最終的計(jì)算值，提升計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。

三、設(shè)計(jì)流量計(jì)算

對(duì)于有流量監(jiān)測(cè)資料的情況下，完成洪峰流量推算時(shí)，可以利用周圍附近的水文站來對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)流量進(jìn)行詳細(xì)的推算，得出比較準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)流量大小，通常要求選擇年份不低于20年的年最大流量值作為主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)大小，利用水文統(tǒng)計(jì)法來完成推算過程，提升計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確、有效。

將年份最大流量資料按照大小順序進(jìn)行排列觀察，準(zhǔn)確計(jì)算出不同流量大小的發(fā)生頻率，同時(shí)能夠繪制經(jīng)驗(yàn)頻率曲線圖，采用適線法來繪制相應(yīng)的理論頻率曲線圖，選定三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，利用這選定的三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，能夠準(zhǔn)確計(jì)算出洪水設(shè)計(jì)頻率大小，計(jì)算相應(yīng)的設(shè)計(jì)流量，最后根據(jù)該地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)值大小來進(jìn)行推算，得出相對(duì)比較準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)值大小。

對(duì)于缺乏歷年流量資料的情況下，完成洪峰流量推算時(shí)，可以利用周圍附近的水文站來對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)流量進(jìn)行詳細(xì)的推算。當(dāng)設(shè)計(jì)流域或者是設(shè)計(jì)斷面上下游沒有實(shí)測(cè)流量資料顯示時(shí)，可以對(duì)歷年的洪水資料以及相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)性資料進(jìn)行統(tǒng)籌分析，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)曲線圖等相關(guān)參數(shù)值大小來加以確定，準(zhǔn)確計(jì)算設(shè)計(jì)流量。當(dāng)然也可以選擇水文比擬法進(jìn)行設(shè)計(jì)流量推算，通?？梢圆捎枚喾N推算方式全部計(jì)算結(jié)果，之后對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，選擇和歷年洪水資料比較接近的一種設(shè)計(jì)流量大小。

四、設(shè)計(jì)洪水位推求

第一，流量、水位關(guān)系曲線圖。在設(shè)計(jì)洪水位大小時(shí)，可以根據(jù)已經(jīng)獲取的資料和信息，在詳細(xì)分析和計(jì)算的基礎(chǔ)上，繪制出斷面的流量、水位曲線圖，能夠從曲線圖上獲取相應(yīng)流量的水位，也就是在對(duì)應(yīng)流量基礎(chǔ)上選擇適合的設(shè)計(jì)水位，同時(shí)結(jié)合上游、下游調(diào)查的歷史洪水位大小等相關(guān)資料和信息，能夠?qū)λ魄蟮脑O(shè)計(jì)水位進(jìn)行詳細(xì)的核對(duì)，當(dāng)然也可以利用水文基線、水文站斷面的流量、水位曲線圖來獲取相應(yīng)的洪水位大小，準(zhǔn)確完成洪水坡度設(shè)計(jì)，采用比降法進(jìn)行計(jì)算，準(zhǔn)確推算出洪水?dāng)嗝娴脑O(shè)計(jì)水位大小。

第二，水位相關(guān)法。當(dāng)水文站距離設(shè)計(jì)斷面距離較近時(shí)，流域面積相差不超過0.05，同時(shí)河道的水文條件差別較小，在斷面設(shè)計(jì)時(shí)有部分水位觀測(cè)資料的情況下，設(shè)計(jì)水位可以利用設(shè)計(jì)斷面、水文站的水位相關(guān)曲線進(jìn)行獲取，以設(shè)計(jì)流量作為水文站觀察流量，從而能夠通過流量、水位關(guān)系曲線圖來獲取相應(yīng)流量的水位，準(zhǔn)確推算出洪水?dāng)嗝娴脑O(shè)計(jì)水位大小。當(dāng)設(shè)計(jì)斷面、水文站流域面積大小相差超過0.05時(shí)，可以采用經(jīng)驗(yàn)公式法或者是其他方式來進(jìn)行流量水位大小推求，準(zhǔn)確完成洪水坡度設(shè)計(jì)，采用比降法進(jìn)行計(jì)算，準(zhǔn)確推算出洪水?dāng)嗝娴脑O(shè)計(jì)水位大小。

五、結(jié)語

高速公路在完成橋梁設(shè)計(jì)過程中，水文計(jì)算問題是一個(gè)非常重要的影響因素，水文計(jì)算過程是非常復(fù)雜的，同時(shí)其計(jì)算值大小是不確定的，這些都造成了其在橋梁設(shè)計(jì)過程中的重要作用和特殊地位。在高速公路橋梁設(shè)計(jì)工作開展時(shí)，需要根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠詳細(xì)準(zhǔn)確地獲取水文資料，結(jié)合橋梁的實(shí)際情況，認(rèn)真分析，對(duì)其所收集的資料進(jìn)行反復(fù)核實(shí)和檢查，選取更加精確、真實(shí)的資料，采用適當(dāng)?shù)姆绞胶拖鄳?yīng)的參數(shù)完成設(shè)計(jì)操作，從而保證推求結(jié)果的準(zhǔn)確性和合理性，進(jìn)一步在高速公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中加以充分利用，提升橋梁設(shè)計(jì)的高效性、穩(wěn)定性和抗洪能力。

（作者單位：中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司 ）