跨越通航内河桥梁净空尺寸选取探析

梁楠

（中咨华科交通建设技术有限公司，北京 100195）

1 引言

随着我国交通建设的不断发展，跨越有通航要求内河的桥梁工程越来越多。由于桥梁工程的建设成本高，建成后不易扩建改建，所以在很多通航内河中桥梁处成为影响河道水运发展的瓶颈。例如，在长江上早期建设的桥梁由于跨度计算偏小，随着通航船舶流密度逐年增大已经严重影响了长江船舶的通航，个别桥梁的桥墩甚至频繁遭到船舶的碰撞。又如，南京长江大桥由于设计标高较低无法通航大型海船，对长江南京上游水运业的发展产生了负面影响[1]。由此可见，在设计阶段充分考虑航道的规划等级及通航船只要求，合理确定桥梁通航孔跨度和标高意义重大。

本文通过对广西某高速公路项目跨越桂林市永福县洛清江桥梁跨度及设计标高的计算过程，探讨桥梁净空尺寸的选取过程。

2 通航净宽的选取

2.1 通航规划

洛清江河道规划为Ⅲ级航道、通航500 t级船队、兼顾通航1 000 t级单船。本项目设计采用变高连续预应力混凝土现浇箱梁一孔跨越航道。

2.2 通航船型、船队的确定

根据GB 50139—2014《内河通航标准》船型尺度[2]，选取本桥梁通航设计代表船型见表1。

表1 通航设计代表船型

2.3 通航净宽的选取

2.3.1 通航净宽

根据GB 50139—2014《内河通航标准》5.2.2条规定，当水上过河建筑物轴线的法线方向与水流流向的交角不大于5°时，其通航净空尺度应符合下列规定：“天然和渠化河流上水上过河建筑物通航净宽可按本标准附录C的方法计算且不应小于表5.2.2-1所列最小净宽值。”根据桥梁设计代表船型及内河通航净宽的计算公式，交角不大于5°情况下通航净宽计算见表2。

表2 交角不大于5°情况下通航净宽计算

正交情况下所需的通航孔柱内缘净宽根据GB 50139—2014《内河通航标准》附录C计算结果如表3所示。

表3 正交情况下通航净宽计算成果

因此，选取96.78 m作为正交情况下的计算净宽值。

2.3.2 横流加宽

根据GB 50139—2014《内河通航标准》5.2.3规定，当水上过河建筑物轴线的法线方向与水流流向的交角大于5°，且横向流速大于0.3 m/s时，通航净宽必须在本标准第5.2.2条规定的通航净宽基础上加大，增加值应符合本标准附录C的规定。当水流横向流速大于0.8 m/s时，应一跨过河或在通航水域中不得设置墩柱。必要时，应通过模拟试验研究确定。本项目路线走向与河流流向夹角87°，不同时满足桥轴线的法线方向与水流流向的交角大于5°且横向流速大于0.3 m/s，因此，不考虑横向流速的加宽。

2.3.3 斜交加宽

根据标准及实际通航要求，需进行斜交加宽。关于桥轴线法线与水流夹角加宽值的考虑，在不同的工程实践中一般做法是加大桥梁通航孔的净宽值，加大到垂直水流方向上的投影不小于等级航道标准要求的最小净宽值。根据斜交时的几何关系如图1所示，斜交加宽可按式（1）计算：

式中，B′m2为斜交加宽后通航净宽，m；Bm2为正交情况下通航净宽，m；L为桥墩宽度，m；θ为桥梁轴线的法线方向与水流流向的交角，（°）。

图1 通航孔桥柱内缘净宽示意

2.3.4 紊流加宽

根据GB 50139—2014《内河通航标准》5.2.4条规定，当水上过河建筑物在墩柱附近可能出现碍航紊流时，其通航孔的净宽应在本标准第5.2.2条规定的通航净宽基础上加大，增加值宜通过模拟试验研究确定。

桥墩紊流区是一个复杂的综合水流结构，包括桥墩迎水面向下水流和两侧绕流在床面附近形成的马蹄形漩涡和桥墩两侧边界层分离形成的尾流漩涡以及在墩两侧和墩后由床面附近释放的小漩涡[3]。研究表明，在相同的流速下，随着桥墩与水流的夹角增大，桥墩两侧紊流总宽度基本保持不变，而紊流区长度增大；在相同的角度下，随着墩前水流流速的增大，桥墩紊流区宽度和长度均增大；在相同的流速和角度下，随着桥墩尺寸的增加，桥墩紊流区参数均有所增大。另外，在其他条件不变时，桥墩紊流宽度随着桥墩处水深的增大而增大；桥墩紊流宽度还与桥墩形状有关，阻水作用越强，紊流宽度越大。上述研究成果说明，影响桥墩紊流总宽度的因素为墩前水流流速、桥墩附近水深、桥墩宽度以及桥墩形状。

根据调研下游已建桥梁桥墩两侧紊流宽度情况，取值26.5 m。

本工程单孔双向通航，综合正交通航净宽、横流加宽、斜交加宽和紊流加宽，最小通航孔净宽值为123.9 m。

3 通航净高的选取

3.1 最高通航水位的选取

GB 50139—2014《内河通航标准》的6.2.1条规定：不受潮汐影响和潮汐影响不明显的河段，设计最高通航水位采用规定的各级洪水重现期的水位。桥梁所在河道航净空尺度按照Ⅲ级航道建设，通航500 t级船队、兼顾1 000 t级单船考虑，属于山区型河流，且洛清江河段不受潮汐影响，因此，取10年一遇洪水重现期作为拟建桥梁最高通航水位。

根据上游水电站水文资料推得桥址10年一遇洪水时水位为133.95 m。

3.2 工程通航净高的要求

根据GB 50139—2014《内河通航标准》5.2.2条规定，拟建桥梁通航净空尺度按照Ⅲ级航道建设，通航500 t级船队、兼顾1 000 t级单船考虑，因此，Ⅲ级航道的通航净高要求不小于10 m。

3.3 相关行业对通航净高的要求

根据调查，在拟建桥梁桥区河段附近无大型工矿企业，如海军、石油、水产、造船厂等工程和相应配套的码头设施，因此，其他军事、船舶工业等相关行业对本桥的通航净空尺寸没有特殊要求。

3.4 通航净高的选取

结合各种工况，通航净高选取为10 m。桥梁梁底最低标高应大于设计最高通航水位133.95 m+1 000 t级单船航道的通航净高10 m=143.95 m，才能满足规范要求。

4 结语

根据计算通航净空最低要求为123.9 m×10 m（净宽×净高），设计跨河主桥为70 m+130 m+70 m变高连续箱梁，采用130 m主跨一孔双向通航，避免了航道中立墩对通航船只的影响。桥梁梁底最低设计标高应大于143.95 m。

对洛青江上跨桥梁通航净空的计算过程是一种满足国家规范要求的有效计算方法，对类似项目起到了参考作用，也可作为初步设计阶段预估桥梁规模的方法。但对于一些重要河道如长江、珠江等，还需进行更严格的实船实验及数值模拟等手段，以保证桥区的船舶安全和快速通航。