简述公路桥梁水文计算过程

郭丰振

（佳木斯市恒兴公路勘察设计有限责任公司）

公路桥梁水文计算是公路桥梁进行结构和墩台基础设计的前提和基础性工作。在公路桥梁勘测设计中也是一项重要组成部分。只有水文计算完毕，才能根据计算结果进行桥梁下一步的设计工作。当桥梁含在路线设计中时，往往在路线外业勘测结束进行内业设计前必须完成桥梁的水文计算，将桥面最低设计标高提供给路线拉坡人员以供参考，以免耽误路线设计工作的进行，由此可见，桥梁水文计算无论是在公路设计中还是在桥梁设计中均起到至关重要的作用。

下面通过一个工程实例来阐述桥梁水文计算的过程。

1 工程概况

本桥梁位于黑洛公路十八站至洛古河段，桩号为K620+194，名称为额木尔河大桥，原桥为钢筋混凝土双曲拱桥，桥墩上游侧面有破冰体，桥梁与河流交角为90°。该桥跨越额木尔河，属于黑龙江最大支流。该流域地处山前区，汇水区形状呈“扇形”，桥位处的流域面积F=13 544.21 km2，流域长度L=408.69 km，流域平均坡度i=0.002 3，流域面积多为森林植被覆盖，河流整体蜿蜒曲折，在桥位附近河道较顺直、稳定，河流断面规整，滩槽分界明显，河床地质较好，为卵石、砂砾石，该桥无倒灌现象。

2 设计流量的计算

经水文调查额木尔河桥位下游有二十五站水文站。二十五站水文站位于桥位下游30.3 km，且在此区间内无其它较大河流汇入，故桥位处设计流量可利用二十五站水文站的资料（包括从1957年～1990年历年来最大洪水流量，洪水比降，河槽糙率，冰凌情况），进行频率分析采用面积比拟法进行计算。

表1 额木尔河廿五站前30位洪水排序

表2 廿五站有实测比降、糟率资料年份

表3 廿五站自建站以来出现冰坝年份

首先利用《大中桥水文计算软件》进行频率分析计算得出水文站处百年一遇洪水流量为Q1％=2 457 m3/s采用《公路工程水文勘测设计规范》中的流域面积比拟法对桥位处的额木尔河大桥进行设计流量计算（见图1、图2）。

图1 经验频率曲线与理论频率曲线

图2 频率分析法计算设计流量

Q1=（F1/F2）nQ2

其中：n=0.5；F1=13 544.21 km2；F2=15 921 km2。

Q1=（13 544.21/15 921）0.5 ×2 457=2 265.4 m3/s。

3 设计水位推算

根据实测水文断面并根据河道具体情况及水文站提供的河床糙率、洪水比降（从系列中选取三个较大洪水流量对应的糙率、洪水比降来试算，取大者。1958年糙率为0.08，洪水比降为 0.006 1，1960年糙率为 0.051，洪水比降为0.005 5，1963 年糙率为 0.027，洪水比降为 0.004 5）边滩取mt=10。并根据设计流量结合《大中桥水文计算软件》进行计算推算设计水位分别为295.54 m，294.72m，293.58m，故取设计水位为295.54 m。设计水位、滩槽流量及过水面积和平槽流量及过水面积。

4 桥长计算

使用《大中桥水文计算软件》进行计算，采用壅水冲刷分析桥长方法进行孔径计算。

壅水冲刷分析桥长Lj=201.2 m，考虑桥墩宽度及桥台溜坡的影响孔径采用8～30 m。综合考虑冲刷和雍水的影响，计算结果表明采用8～30 m简支转连续预应力混凝土箱梁桥满足洪水频率1/100的泄洪要求，孔径合理。

5 壅水计算

使用《大中桥水文计算软件》进行计算，ΔZ=0.21 m。

6 冲刷计算

一般冲刷计算hp=0.944 m，局部冲刷计算hj=2.3m，一般冲刷线标高Hp=289.377 m，局部冲刷线标高Hb=287.077m。

7 桥面最低标高的确定

Hmin=295.54+0.21/2+0.5+1.6+0.18+0.064=297.989m。

8 确定破冰体上下最低标高

通过查询水文站的资料得知最大流冰块长：100m，宽80m，冰速：2.22 m/s，最大冰厚 1.38 m（1960 年），历年最小冰厚0.92m，最高流冰水位为99.96 m，最低流冰水位为95.80 m，最高流冰水位距河底4.78m。故此桥需要设置破冰体。

则推算到设计桥位处的破冰体上面最低标高为

H'=290.321+4.78+1.38=296.481 m；

则推算到设计桥位处的破冰体底面最高标高为

H'=290.321+0.62+0.92=291.861 m；

根据最高流冰水位确定桥面最低标高

Hmin=295.101+0.5+1.6+0.18+0.064=297.445 m。

9 调治构造物设计

根据设计计算结果按河槽中泓线分配流量如下：设计水位时流量 Qs=2 277 m3/s，Q滩左=21 m3/s，Q滩右=122 m3/s，Q左=1 025.5 m3/s，Q右=1 126.5 m3/s，由于 Q滩左/Q左=21/1 025.5=2.05％，Q滩右/Q右=122/1 126.5=10.83％。

左侧分配流量由于占总流量分配的2.05％，故左侧不必设置导流堤，仅做锥溜坡防护即可。

右侧分配流量由于占总流量分配的10.83％故考虑采用设置梨型堤。

包尔达可夫线型导流堤计算：由于本桥双侧河滩不对称：故：R=a·λ·L，引道及墩台阻断流量 Qga=216.76，天然状态本桥通过的流量 Qom=2 048.64，Qom/Qs=2 048.64/2 277=90％，故 λ =0.1，Q左/Q右=21/122=0.172 位于0.1 ～0.2之间，取 a=0.872。

R=0.872 ×0.1 ×228.2=19.9 m，取 R=20 m。

确定梨型堤顶面的最低标高：

上游侧H上=295.54+0.21+20 × 0.0061+0.25=296.122 m；

下游侧H下=295.54+0.25=295.79 m。

［1］高冬光.桥位勘测设计.

［2］叶镇国.水力学及桥涵水文.

［3］公路工程水文勘测设计规范（JTG C30－2002）.

［4］许承铮，陈辉.黑龙江省小流域桥涵洪水流量计算方法的研究.