跨河桥梁工程防洪评价研究

2020-11-28孟晓凤广东华禹工程咨询有限公司

珠江水运 2020年15期

孟晓凤广东华禹工程咨询有限公司

过去的众多实践证明，优质的跨河桥梁工程可对当地水利工程起到正向影响和辅助作用，而规划和施工缺乏科学性的该类工程则会对当地防洪工作造成负面影响。我国早已意识到这一影响关系，故而制定了相关法律法规，督促该类工程进行防洪评价，规范相关建设行为。

1.跨河桥梁工程防洪评价内容

在跨河桥梁工程施工过程中，其必然会涉及架设桥墩等操作，架设桥墩以后，河流流经桥下时，其所能流经的河道与从前相比相对狭窄，且水流在流经该处时，桥孔也会对其流速产生影响，造成挤压。在进行跨河桥梁施工时，在架设桥墩之外，其施工行为也需要一定的场所承载，而这部分施工场所将加重该影响。当对跨河桥梁工程防洪影响进行评价时，应重点考察该工程对河道原有防洪能力造成的影响，以及河流作用于桥梁时为其带来的消极影响。

2.跨河桥梁工程防洪评价指标

在研究跨河桥梁工程产生的防洪影响及其自身受到的影响时，应将几个方面的影响作为重点参考，将其作为该类工程防洪评价的重要指标，从而做出具有高度参考性的防洪评价结果。

2.1 泄洪标准

在进行桥梁建造前的设计工作时，该河段发生洪水时其洪水将对桥梁产生的冲击作用与负向影响为其设计中必须考虑的因素，在设计图纸中，这种因素也会被体现出来，进行相应的应对。实施防洪评价时，应核查该设计中其洪水相关标准，和相关规定中的此类标准是否一致。

2.2 梁底高程

跨河桥梁工程中，其桥梁的梁底部分高程并非随意定制，关于其具体高程，必须依照一定的标准。在进行防洪评价时，应核对该项工程中的相关高程，对比其是否符合要求。

2.3 桥墩与桥长

不同河道因为河道情况和流速等因素影响，对于泄洪能力有不同要求，桥梁工程应依据其要求，制定桥梁的具体长度，以及布置桥梁的桥墩。防洪评价中，应检查该部分是否存在问题。

2.4 壅水高度与曲线长度

桥梁对河道水流造成阻碍，使其水位在流经桥下时骤然升高，并且因为绕过桥墩而出现绕流，其壅水高度应符合相关标准要求。且应测定其曲线长度是否符合标准。

2.5 局部水速、泄洪方向及冲刷作用

桥梁施工过程中，及其完工之后，其对局部水流速度造成的影响，以及当洪水发生时，其泄洪方向是否会发生改变，对河道两侧的堤岸是否会造成冲刷影响，桥梁的桥墩是否会受到冲刷影响，也是需要考虑的因素。

2.6 其他因素

在桥梁建设时，其施工所用的总体时间，施工的各个阶段安排，以及对该桥梁的保护等，也是防洪评价中应该考虑的内容。

3.防洪评价计算

3.1 设计水位

依照相关制度规定，实施防洪评价计算时，若评价目标地点对水文成果方面早已制定相关计划，则应依照其执行。应先对计划水位进行预估，然后方可规划其路线纵坡，选取桥梁架设以及涵洞规划等方面的方案。试算法为其常用方法，通过试算法，可计算求得设计水位。试算法是以水力学理论为基础而进行设计水面计算。该方法适用于断面所处河流的上游或者下游位置存在一些影响水流速度的建筑物、河道并不直顺的情况。此外，也可通过绘制水位和水流量之间的关系曲线图来计算计划水位。曲线图计算方法比较适合应用于水文计算断面和桥位断面之间所构成的形态断面相对整齐而且并没有出现许多突变点的情况，且应用该种计算方法时，目标所在河段应为直顺河道，且河道底部情况均衡。经过该种方法计算后，即可参照水面比降的情况得出设计水位。

3.2 壅水高度

跨河桥梁工程在建设过程中以及建设完成之后，会对流经水流造成一定的阻碍作用，而水流会受到这种影响，其水位会发生变化，出现水位增高的现象。尤其是其桥墩一般都是先修建渠槽，然后在渠槽之内进行桥墩安装，也就导致其对水流的阻碍作用更加明显。受到此种阻碍影响的水流在流经该区域时，不仅水位会出现增高，而且其流速也会增长，流经该断面的水流，其面积会减小，这就导致在发生洪水时，该处工程上游部分的洪水水位必然增长，即为出现壅高。

在进行该处壅水高度的最大值计算时，其计算公式为：最大壅水高度=系数X（桥下水流流经平均速度-该处断面的平均水流速度）。

在该公式内，其系数取值应由该处河滩的过水能力来确定。该处断面水流的平均流速是经过设计后的下泄水流流量与整个河道水流过水的断面的面积相除所得出的商值。

3.3 壅水曲线长度

在防洪计算中，无法精确地算出壅水曲线的长度，而只能依据相关数据及其关系对其进行大致估算。在估算壅水曲线长度时，应将壅水高度乘以2，再除以计算河段天然河底比降，通过该计算所得出的值，即为防洪评价中所需要的壅水曲线长度值。

3.4 冲刷与淤积

河流河床的具体形态时刻都在发生变化，这是因为其一直在承受水流冲击作用影响，水流在发挥这种影响时，会导致河床周围发生冲淤变化。在水流流动时，带来的泥沙会改变河床的形态，塑造河床边界的影响因素也处于变化之中。从长远来看，冲淤作用中的冲淤量将逐渐自我补偿，维持河道的平衡状态。但是跨河桥梁修建以后，这种固有的平衡模式被改变，因为桥段的桥墩等会对流经的水流造成压缩影响，导致其流经水速升高，其水流对河道中泥沙的携带能力也会增强，从而在流经桥下时发生冲刷作用。冲刷作用不断累积，使河床在桥下的河段变得更深，而过水面积在逐渐增大，使其水流发生减速现象，当该部分水流速度低至一定限度时，该段河道则会出现输沙平衡，这种冲刷作用也无法继续，而是停止。

3.4.1 一般冲刷情况

依据相关资料，并结合相应计算公式，可对一般冲刷进行计算。在该计算中，经常会应用的公式为冲止流速公式。在运用该公式进行计算时，是假设在桥梁下方河槽断面位置中，其中任何一个垂线所在位置的平均水流速度一旦达到冲止标准时，则这条垂线所在位置会停止冲刷作用。在这种情况下，一般冲刷所造成的冲刷深度，已经抵达了其最高极限值，以其为依据可进行河道的冲刷计算。

3.4.2 局部冲刷情况

当河流流经桥梁时，其水流会冲击桥墩并被其阻挡。受到阻挡之后，水流绕过桥墩继续前行，其绕流过程会导致水流流线骤然发生弯曲，从而对河道造成局部的冲刷作用，河道因为该种作用，而形成冲刷坑。在这种冲刷作用发生时，冲刷坑的坑底部位水流速度会逐渐减缓，其冲刷坑内的泥沙中细小的部分会被水流带走，而留下的泥沙渐渐变得粗化。在这一过程中，水流会造成冲刷影响，而河床中的泥沙会产生一个抗击冲刷的反作用力，两种影响互相博弈，最后达到一个彼此间的平衡点，这时候，该处冲刷坑的深度已经达到了极限。依据相关计算公式，可对其局部冲刷情况进行计算。