形態(tài)勘測(cè)法在中小型河流橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

拜 杰，孟靈鑫

(1.新疆交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830006；2.溫州信達(dá)交通工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，浙江 溫州 325105)

0 引 言

形態(tài)勘探的時(shí)候，人為主觀性的參與影響比較大，這就需要對(duì)所搜集到的中小型河流橋梁設(shè)計(jì)位置的多方面資料進(jìn)行全面、仔細(xì)分析，合理選擇相應(yīng)的參考取值，確定不同水文、河流路線等情況的真實(shí)性與可性，保證中小型橋梁設(shè)計(jì)的完整性與符合實(shí)際需求，能夠滿足當(dāng)?shù)貙?shí)際需求。

1 所選線路地質(zhì)水文情況

錦江干流路段的地貌為丘陵與河谷平原相間分布，河床上主要有鵝卵石、粗砂以及細(xì)砂。錦江干流的河床較為古老，穩(wěn)定性還可以，流域內(nèi)河系縱橫交錯(cuò)、水系豐沛，流域內(nèi)達(dá)到200 km2的河流多大11條，宜豐河的水量最大，多年的降水量平均值高達(dá)1 679 mm，設(shè)有牛頭山、石市以及上高等7處水文觀測(cè)站點(diǎn)以及白水等近46處雨量觀測(cè)站點(diǎn)。

2 運(yùn)動(dòng)形態(tài)勘測(cè)法調(diào)查并分析歷史洪水發(fā)生情況

2.1 調(diào)查洪湖水發(fā)生的年份與水位

收集當(dāng)時(shí)相關(guān)報(bào)刊資料，例如《上高水利志》中明確指出1983年7月6日～9日期間，宜春區(qū)域北部出現(xiàn)大面積降雨，宜豐縣洪水水位最高水位達(dá)到68.33 m，超出洪水水位警戒線2.23?？h城內(nèi)城東、城西以及南街的街道被洪水淹沒(méi)，水深到2 m高?！兑素S水利志》1993年7月2日～5日，豐新連續(xù)三日降水高達(dá)324 ml，宜豐、萬(wàn)載、靖安以及銅鼓等地的降雨量均超過(guò)200 ml，錦河流域的降水量達(dá)到289 ml。

2.2 選定流量斷開(kāi)面并明確比降

選取河床流量斷面在形態(tài)勘測(cè)法中國(guó)特別重要，需要全面調(diào)查與分析，盡可能的選取河道斷面較為順直、斷面變化極小或者是變化比較均勻、河底非常穩(wěn)定的河床斷面。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探可靠的洪水位置，選取河流橋址附近JJH1以及JJH2附近區(qū)域的兩個(gè)河床橫斷面作為測(cè)試的流量斷面。錦江特大橋工點(diǎn)如下圖1所示，JJH1作為主要斷面用來(lái)測(cè)算河水流量，JJH2作為輔助性斷面用于符合首次計(jì)算結(jié)果。

歷史性洪水的水平面線，應(yīng)該依據(jù)可靠的洪水痕跡，合理參考河底線、中水線、高水線以及近期特大洪水的水平面進(jìn)行繪制，并合理考量河段地形等多方因素的影響，洪水水位坡的擬合線為у=50.292 8+0.000 9х，經(jīng)過(guò)細(xì)致計(jì)算，1983年特大洪水的水面比降采用0.000 9。

圖1 錦江特大橋梁水文觀測(cè)平面

2.3 明確主槽河灘的粗糙率值

主槽以及河灘需要依據(jù)勘測(cè)的JJH1河床的橫斷面進(jìn)行劃分，有確定的主槽以及河灘的分界線，加之河道上下游較長(zhǎng)這一具體情況，主要通過(guò)有沒(méi)有底沙運(yùn)動(dòng)、河床地質(zhì)、植被以及水面深度等方面綜合考慮，確定采用復(fù)式河槽。在進(jìn)行復(fù)式河槽斷面計(jì)算的時(shí)候，需要將主槽跟河灘分開(kāi)對(duì)待。

依據(jù)河床的具體情況，實(shí)際形態(tài)同時(shí)結(jié)合并收集相關(guān)的水文資料，全面考慮并確定1983年與1993年兩次歷史性洪水時(shí)期河槽糙率系數(shù)分別是1/n=30，1/15。

3 根據(jù)歷史洪水有歸案調(diào)查資料計(jì)算并設(shè)計(jì)頻率流量

3.1 計(jì)算歷史洪水洪峰流量

錦江特大橋所處的河道位置比較順直，各段內(nèi)部的斷面變化率很小，所調(diào)查出來(lái)的相關(guān)資料可信度較高，本文采用曼寧計(jì)算公式，計(jì)算洪水的洪峰流量，公式為

在計(jì)算公式中，Q表示洪水的洪峰流量(m3/s)；ω代表洪水?dāng)嗝娴拿娣e(m2/s)，n代表河道的粗糙率；R代表水力的半徑(m)；I表示洪水水面比降。

根據(jù)JJH1河流斷面并結(jié)合JJH2河流斷面，明確綜合參數(shù)，帶入上述計(jì)算公式，可以得出1983年特大洪水的洪峰流量是4 827.2 m3。1993年大洪水的洪峰流量是4 433.9 m3。在明確河道流水?dāng)嗝婷娣e的時(shí)候，需要將有流水受到阻礙的面積減出來(lái)，采取洪水流暢順利的有效過(guò)水?dāng)嗟拿娣e進(jìn)行計(jì)算。

3.2 推算錦江歷史特大洪水重現(xiàn)期

依據(jù)錦江特大橋橋址段，錦江歷史洪水考證相關(guān)資料以及洪水有關(guān)資料的調(diào)查結(jié)果來(lái)看，調(diào)研與實(shí)際測(cè)量的錦江特大洪水在長(zhǎng)時(shí)間當(dāng)中的排序?yàn)?983年、1993年，實(shí)際不構(gòu)成連續(xù)性排序，所以采用的是年最大值的方法從所調(diào)查的資料當(dāng)中選出洪水流量，調(diào)查年線之間N年當(dāng)中的前多項(xiàng)特大以及最大洪水，再?zèng)]有遺漏的情況下，序位為M的經(jīng)驗(yàn)頻率PM公式如下

M代表的歷史時(shí)期特大洪水依照遞減次序排位的序位；N代表的是調(diào)查考證期。通常來(lái)講，調(diào)查考證時(shí)間與發(fā)生遺漏的可能性的關(guān)系為正相關(guān)，所以對(duì)于調(diào)查研究出來(lái)的結(jié)果我們必須進(jìn)行細(xì)致剖析，同時(shí)與所收集到的洪水相關(guān)治療以及考證推理得出的結(jié)果進(jìn)行探討，最終得出錦江1983最大洪水重現(xiàn)期為60年，經(jīng)驗(yàn)頻率1.67，1993年的特大洪水的重現(xiàn)期為20年，經(jīng)驗(yàn)頻率為5。

4 面積比擬法對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證

4.1 河流流域面積比擬法推求橋址處設(shè)計(jì)洪水流量

(1)明確洪水匯集的面積

依據(jù)錦江1∶50 000的平面圖來(lái)看，錦江特大橋的地址所在處的匯水面積F1=2.2 723.98 km2，在特大橋橋址的上游、下游均有一處可靠性性較高的水文觀測(cè)站，就是牛頭山以及上高水文站。

(2)洪水洪峰流量推算

依據(jù)實(shí)際情況就推算所得，牛頭山水文站點(diǎn)的洪水匯水面積F2=2 710 km2，百年流量Q2=5 100 m3/s；上高水文站點(diǎn)洪水匯水面積F3=4 067 km2，百年流量Q3=5 300 m3/s。依據(jù)錦江流域面積直線內(nèi)插，推算特大橋橋址百年洪水流量Q1=5 102.1 m3/s，按照面積比擬法推算特大橋橋址百年洪水流量Q1=5 102.5 m3/s。

4.2 驗(yàn)證結(jié)果

由于牛頭山水文站以及橋址的流域面積之間的差別非常小，流域面積之間的差值僅為0.5%，所以采用河流流域面積比推法推理出錦江特大橋橋址的洪水流量較為可靠。依據(jù)形態(tài)勘測(cè)法來(lái)推算的錦江流域百年流量是4 996.5 m3/s，按照面積比擬法推算特大橋橋址百年洪水流量Q1=5 102.5 m3/s，兩者之間的差距僅僅只有2.1%，達(dá)到勘測(cè)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，依據(jù)上述相關(guān)數(shù)據(jù)處理以及驗(yàn)證工作的完成，進(jìn)一步論證了形態(tài)勘測(cè)法是一種推理準(zhǔn)確、計(jì)算精準(zhǔn)、可信度很高的勘探方法，在中小型河流橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用非常廣泛。形態(tài)勘測(cè)法在本文研究中得到了很好的運(yùn)用于驗(yàn)證，也給我們提供了更多可參考的依據(jù)，不斷完善橋梁設(shè)計(jì)勘探方法是橋梁設(shè)計(jì)工作者不朽的追求。