跨河橋梁工程防洪評(píng)價(jià)研究

孟曉鳳 廣東華禹工程咨詢有限公司

過(guò)去的眾多實(shí)踐證明，優(yōu)質(zhì)的跨河橋梁工程可對(duì)當(dāng)?shù)厮こ唐鸬秸蛴绊懞洼o助作用，而規(guī)劃和施工缺乏科學(xué)性的該類工程則會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)胤篮楣ぷ髟斐韶?fù)面影響。我國(guó)早已意識(shí)到這一影響關(guān)系，故而制定了相關(guān)法律法規(guī)，督促該類工程進(jìn)行防洪評(píng)價(jià)，規(guī)范相關(guān)建設(shè)行為。

1.跨河橋梁工程防洪評(píng)價(jià)內(nèi)容

在跨河橋梁工程施工過(guò)程中，其必然會(huì)涉及架設(shè)橋墩等操作，架設(shè)橋墩以后，河流流經(jīng)橋下時(shí)，其所能流經(jīng)的河道與從前相比相對(duì)狹窄，且水流在流經(jīng)該處時(shí)，橋孔也會(huì)對(duì)其流速產(chǎn)生影響，造成擠壓。在進(jìn)行跨河橋梁施工時(shí)，在架設(shè)橋墩之外，其施工行為也需要一定的場(chǎng)所承載，而這部分施工場(chǎng)所將加重該影響。當(dāng)對(duì)跨河橋梁工程防洪影響進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考察該工程對(duì)河道原有防洪能力造成的影響，以及河流作用于橋梁時(shí)為其帶來(lái)的消極影響。

2.跨河橋梁工程防洪評(píng)價(jià)指標(biāo)

在研究跨河橋梁工程產(chǎn)生的防洪影響及其自身受到的影響時(shí)，應(yīng)將幾個(gè)方面的影響作為重點(diǎn)參考，將其作為該類工程防洪評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，從而做出具有高度參考性的防洪評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.1 泄洪標(biāo)準(zhǔn)

在進(jìn)行橋梁建造前的設(shè)計(jì)工作時(shí)，該河段發(fā)生洪水時(shí)其洪水將對(duì)橋梁產(chǎn)生的沖擊作用與負(fù)向影響為其設(shè)計(jì)中必須考慮的因素，在設(shè)計(jì)圖紙中，這種因素也會(huì)被體現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)對(duì)。實(shí)施防洪評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)核查該設(shè)計(jì)中其洪水相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，和相關(guān)規(guī)定中的此類標(biāo)準(zhǔn)是否一致。

2.2 梁底高程

跨河橋梁工程中，其橋梁的梁底部分高程并非隨意定制，關(guān)于其具體高程，必須依照一定的標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行防洪評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)核對(duì)該項(xiàng)工程中的相關(guān)高程，對(duì)比其是否符合要求。

2.3 橋墩與橋長(zhǎng)

不同河道因?yàn)楹拥狼闆r和流速等因素影響，對(duì)于泄洪能力有不同要求，橋梁工程應(yīng)依據(jù)其要求，制定橋梁的具體長(zhǎng)度，以及布置橋梁的橋墩。防洪評(píng)價(jià)中，應(yīng)檢查該部分是否存在問(wèn)題。

2.4 壅水高度與曲線長(zhǎng)度

橋梁對(duì)河道水流造成阻礙，使其水位在流經(jīng)橋下時(shí)驟然升高，并且因?yàn)槔@過(guò)橋墩而出現(xiàn)繞流，其壅水高度應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。且應(yīng)測(cè)定其曲線長(zhǎng)度是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 局部水速、泄洪方向及沖刷作用

橋梁施工過(guò)程中，及其完工之后，其對(duì)局部水流速度造成的影響，以及當(dāng)洪水發(fā)生時(shí)，其泄洪方向是否會(huì)發(fā)生改變，對(duì)河道兩側(cè)的堤岸是否會(huì)造成沖刷影響，橋梁的橋墩是否會(huì)受到?jīng)_刷影響，也是需要考慮的因素。

2.6 其他因素

在橋梁建設(shè)時(shí)，其施工所用的總體時(shí)間，施工的各個(gè)階段安排，以及對(duì)該橋梁的保護(hù)等，也是防洪評(píng)價(jià)中應(yīng)該考慮的內(nèi)容。

3.防洪評(píng)價(jià)計(jì)算

3.1 設(shè)計(jì)水位

依照相關(guān)制度規(guī)定，實(shí)施防洪評(píng)價(jià)計(jì)算時(shí)，若評(píng)價(jià)目標(biāo)地點(diǎn)對(duì)水文成果方面早已制定相關(guān)計(jì)劃，則應(yīng)依照其執(zhí)行。應(yīng)先對(duì)計(jì)劃水位進(jìn)行預(yù)估，然后方可規(guī)劃其路線縱坡，選取橋梁架設(shè)以及涵洞規(guī)劃等方面的方案。試算法為其常用方法，通過(guò)試算法，可計(jì)算求得設(shè)計(jì)水位。試算法是以水力學(xué)理論為基礎(chǔ)而進(jìn)行設(shè)計(jì)水面計(jì)算。該方法適用于斷面所處河流的上游或者下游位置存在一些影響水流速度的建筑物、河道并不直順的情況。此外，也可通過(guò)繪制水位和水流量之間的關(guān)系曲線圖來(lái)計(jì)算計(jì)劃水位。曲線圖計(jì)算方法比較適合應(yīng)用于水文計(jì)算斷面和橋位斷面之間所構(gòu)成的形態(tài)斷面相對(duì)整齊而且并沒(méi)有出現(xiàn)許多突變點(diǎn)的情況，且應(yīng)用該種計(jì)算方法時(shí)，目標(biāo)所在河段應(yīng)為直順河道，且河道底部情況均衡。經(jīng)過(guò)該種方法計(jì)算后，即可參照水面比降的情況得出設(shè)計(jì)水位。

3.2 壅水高度

跨河橋梁工程在建設(shè)過(guò)程中以及建設(shè)完成之后，會(huì)對(duì)流經(jīng)水流造成一定的阻礙作用，而水流會(huì)受到這種影響，其水位會(huì)發(fā)生變化，出現(xiàn)水位增高的現(xiàn)象。尤其是其橋墩一般都是先修建渠槽，然后在渠槽之內(nèi)進(jìn)行橋墩安裝，也就導(dǎo)致其對(duì)水流的阻礙作用更加明顯。受到此種阻礙影響的水流在流經(jīng)該區(qū)域時(shí)，不僅水位會(huì)出現(xiàn)增高，而且其流速也會(huì)增長(zhǎng)，流經(jīng)該斷面的水流，其面積會(huì)減小，這就導(dǎo)致在發(fā)生洪水時(shí)，該處工程上游部分的洪水水位必然增長(zhǎng)，即為出現(xiàn)壅高。

在進(jìn)行該處壅水高度的最大值計(jì)算時(shí)，其計(jì)算公式為：最大壅水高度=系數(shù)X（橋下水流流經(jīng)平均速度-該處斷面的平均水流速度）。

在該公式內(nèi)，其系數(shù)取值應(yīng)由該處河灘的過(guò)水能力來(lái)確定。該處斷面水流的平均流速是經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)后的下泄水流流量與整個(gè)河道水流過(guò)水的斷面的面積相除所得出的商值。

3.3 壅水曲線長(zhǎng)度

在防洪計(jì)算中，無(wú)法精確地算出壅水曲線的長(zhǎng)度，而只能依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)及其關(guān)系對(duì)其進(jìn)行大致估算。在估算壅水曲線長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)將壅水高度乘以2，再除以計(jì)算河段天然河底比降，通過(guò)該計(jì)算所得出的值，即為防洪評(píng)價(jià)中所需要的壅水曲線長(zhǎng)度值。

3.4 沖刷與淤積

河流河床的具體形態(tài)時(shí)刻都在發(fā)生變化，這是因?yàn)槠湟恢痹诔惺芩鳑_擊作用影響，水流在發(fā)揮這種影響時(shí)，會(huì)導(dǎo)致河床周圍發(fā)生沖淤變化。在水流流動(dòng)時(shí)，帶來(lái)的泥沙會(huì)改變河床的形態(tài)，塑造河床邊界的影響因素也處于變化之中。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，沖淤作用中的沖淤量將逐漸自我補(bǔ)償，維持河道的平衡狀態(tài)。但是跨河橋梁修建以后，這種固有的平衡模式被改變，因?yàn)闃蚨蔚臉蚨盏葧?huì)對(duì)流經(jīng)的水流造成壓縮影響，導(dǎo)致其流經(jīng)水速升高，其水流對(duì)河道中泥沙的攜帶能力也會(huì)增強(qiáng)，從而在流經(jīng)橋下時(shí)發(fā)生沖刷作用。沖刷作用不斷累積，使河床在橋下的河段變得更深，而過(guò)水面積在逐漸增大，使其水流發(fā)生減速現(xiàn)象，當(dāng)該部分水流速度低至一定限度時(shí)，該段河道則會(huì)出現(xiàn)輸沙平衡，這種沖刷作用也無(wú)法繼續(xù)，而是停止。

3.4.1 一般沖刷情況

依據(jù)相關(guān)資料，并結(jié)合相應(yīng)計(jì)算公式，可對(duì)一般沖刷進(jìn)行計(jì)算。在該計(jì)算中，經(jīng)常會(huì)應(yīng)用的公式為沖止流速公式。在運(yùn)用該公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，是假設(shè)在橋梁下方河槽斷面位置中，其中任何一個(gè)垂線所在位置的平均水流速度一旦達(dá)到?jīng)_止標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則這條垂線所在位置會(huì)停止沖刷作用。在這種情況下，一般沖刷所造成的沖刷深度，已經(jīng)抵達(dá)了其最高極限值，以其為依據(jù)可進(jìn)行河道的沖刷計(jì)算。

3.4.2 局部沖刷情況

當(dāng)河流流經(jīng)橋梁時(shí)，其水流會(huì)沖擊橋墩并被其阻擋。受到阻擋之后，水流繞過(guò)橋墩繼續(xù)前行，其繞流過(guò)程會(huì)導(dǎo)致水流流線驟然發(fā)生彎曲，從而對(duì)河道造成局部的沖刷作用，河道因?yàn)樵摲N作用，而形成沖刷坑。在這種沖刷作用發(fā)生時(shí)，沖刷坑的坑底部位水流速度會(huì)逐漸減緩，其沖刷坑內(nèi)的泥沙中細(xì)小的部分會(huì)被水流帶走，而留下的泥沙漸漸變得粗化。在這一過(guò)程中，水流會(huì)造成沖刷影響，而河床中的泥沙會(huì)產(chǎn)生一個(gè)抗擊沖刷的反作用力，兩種影響互相博弈，最后達(dá)到一個(gè)彼此間的平衡點(diǎn)，這時(shí)候，該處沖刷坑的深度已經(jīng)達(dá)到了極限。依據(jù)相關(guān)計(jì)算公式，可對(duì)其局部沖刷情況進(jìn)行計(jì)算。

4.結(jié)論

總而言之，當(dāng)前國(guó)家經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，跨河橋梁工程日益增多，其對(duì)所經(jīng)水域防洪水平會(huì)產(chǎn)生各異影響，對(duì)其防洪影響進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，可有效進(jìn)行工程管理，確保其建設(shè)符合防洪標(biāo)準(zhǔn)，有利于當(dāng)?shù)厮蚍篮榭節(jié)?，同時(shí)也可對(duì)橋梁抵抗水流沖擊作用的能力做出客觀評(píng)價(jià)。