桥梁设计中的水文问题探析新

1、桥梁设计中的水文问题探析摘要：水文问题在桥梁设计中占据重要地位。在公路工程中，桥梁是跨河构造 物，由于桥梁直接遭遇洪水的冲击，发生水毁的概率较高，造成的损失更严 重。桥梁一旦发生水毁，轻者使墩台发生沉陷、裂缝；重者冲断引道，冲垮 全桥，使交通中断，给公路运输造成严重损失。为了避免桥梁水毁，保证标准 洪水频率下桥梁的安全运营，需要对桥梁设计中的水文问题引起充分的重视。本 文分析了桥梁水毁的主要影响因素及防治措施并对桥梁设计屮的水文问题进行 分析。关键词：桥梁设计 桥梁水毁 水文问题 成因 防治 综合治理一、桥梁水毁的主要影响因素1. 桥址冲刷导致墩台基础埋深不足河床冲刷下切使墩台基础埋深不足是导

2、致桥梁水毁的重要原因。加剧墩台基 础冲刷的因素主要在以下几方面。(1) 桥孔过多压缩河床过水断面，导致桥下泄洪流速增大。(2) 河道变迁改变了进桥水流流态，造成洪水斜向冲击桥梁墩台，并在墩台基础 附近形成漩流。(3) 河道下游大量取砂挖土，使河床比降增大。2. 桥孔不能满足排洪与输沙需求桥孔设计过小，不能通畅泄洪，造成洪水漫过桥面或桥位上游水位壅高， 加剧了桥址冲刷，使桥梁墩台、锥坡被冲毁，或冲断桥头引道；若洪水中有大 量泥沙或漂浮物，易使桥孔淤塞，导致桥梁被洪水冲垮。3. 河道变迁河道变迁造成洪水对河床冲此淤彼，改变了进桥水流流态，加剧了墩台局 部冲刷。典型的桥梁水毁形式是冲断桥头引道，冲毁

3、桥梁锥坡等调治与防护 设施。4 桥梁调治与防护设施不完善桥梁调治构造物 的功能是调治水流，使桥孔通畅泄洪。如果桥梁缺乏必要的调治与防护设施，洪水主流摆动往往偏离桥孔屮心，使桥下有效泄洪面积减 小，加剧了墩台的局部冲刷。5. 工程质量因素桥梁施t质量直接影响到桥梁的耐久性与使用寿命。若墩台施丁质量低劣, 在冻融、冲刷及洪水小飘浮物的撞击作用下，桥梁墩台往往发生裂缝、局部破 损。因此，桥梁施工必须严格按设计质量标准控制，确保桥梁坚固耐久而不发 生水毁。6. 生态环境影响生态环境恶化导致气候异常:干旱少雨使河流干涸、草木枯萎；暴雨骤降 常常超出历史洪水位而使桥梁冲垮。良好的生态环境增大了地表糙率，延

4、长了 地表径流汇集时间，使流域内拦蓄的降水量增加，从而消减了洪峰，有效扼制水 土流失，并从根木上解决桥梁遭受泥石流等水毁灾害。桥梁水毁的防治措施1 正确进行桥位选择及桥孔设计桥位选择不合理，洪水不能顺利渲泄，易导致桥梁水毁。以下是桥位选择中 常出现的问题，应引起重视。(1) 桥位选择在易变迁的河段。(2) 桥位选择在河湾河段，或将桥位布置在洪水股流位置，使洪水主流偏离了 桥孔中心。(3) 桥位上游(一般指35倍河槽宽度)的河段有支流汇入或流出。(4) 忽视桥位勘察，直接按选线确定的路线跨河位置确定桥位，导致桥位与河 流斜交。(5) 桥位选择在泥石流易沉积的宽滩漫流河段，桥孔因泥石流淤塞导致水毁

5、。综上所述，桥位选择不合理将为桥梁水毁埋下隐患。因此,桥位选择必须 经过详细的水文调查及工程地质勘察，选择滩槽稳定、河道顺直、桥位地质条 件良好，且有利于通畅泄洪的桥位河段。桥孔设计应准确把握桥位河流特性，河道历史最高洪水位、洪水比降、流 域面积及糙率等水文要索，通过水力设计确定合理的桥孔长度:还要对桥孔大 小、墩台基础埋深、桥头引道及桥梁调治构造物布设进行综合考虑,使桥孔 不过多压缩河床，尽可能保持桥位水流的自然状态。2 确定合理的墩台结构型式及具埋置深度墩台型式直接彩响到墩台的局部冲刷深度。一般情况下，由于柱式墩台在 抗冲刷方而较重力式墩台更优越，所以应优先选择钻孔灌注桩基础及柱式墩台。

6、过去，低等级公路修建的桥梁多为浅基桥梁，因基础埋深不足发生水毁的频率 较高；日前，新建大屮型桥梁一般采用灌注桩基础，有效解决了墩台埋深不 足使桥梁遭受水毁问题。因此，桥梁基础埋深应根据水文水力计算，并结合桥 位工程地质，确定桥梁在通过设计洪水流量时的墩台基础安全埋置深度，保证 桥梁在遭遇设计洪水时不发生水毁。再者，在桥梁设计屮应验算桥梁在可能遇到的最不利水力条件下的冲刷情 况。漫水桥的冲刷试验表明，桥梁遇到的水力条件（墩台冲刷、动水压力及浮 力等）在洪水位与桥面齐平时最不利，若洪水继续上涨淹没桥面，桥梁遭遇的 水力条件一般不比水位与桥面齐平时更不利。因此，在桥梁设计中，如果将洪 水与桥面齐平时

7、的水力条件考虑进去，则桥梁在遭遇任何洪水条件下的安全问 题就得到了保障。3. 完善桥梁的调治与防护工程桥梁的调治与防护工程具有稳定河岸、改善水流流态、减轻水流冲刷、保 障桥梁安全的作用。特别是宽浅变迁性河流，应将桥梁的调治与防护工程视为 桥梁设计的重要组成部分。否则，河道变迁使洪水主流斜向冲击墩台及锥坡基 础，易造成桥梁水毁。4. 桥梁水毁的预防性养护与治理4. 1桥梁排洪能力检查汛期应根据河道上游汇水面积大小及气象部门的汛情预报，做好降雨量及 河道洪峰流量的预测，检验桥梁的排洪能力。若桥孔不能满足排洪需求，应采 取分流、导流、清淤等t程措施进行治理，确保桥梁安全渡汛。4. 2桥梁及其防护设施

8、的安全质量检查汛期应对桥梁及其调治与防护设施进行雨前、雨屮、雨后的“三雨”检 查o即检验桥梁墩台是否沉陷、开裂；墩台外表是否风化剥落；锥坡及翼墙 基础是否发生裂缝、倾斜;桥梁的其他调治与防护工程设施是否完好。女口有破 损应及时修补，防止桥梁因岀现安全质量问题发生水毁。4. 3墩台的防护与加固汛期应检查桥梁墩台及桥址河床的冲刷情况。因为很多桥梁水毁是河床冲 刷下切以及墩台局部冲刷加剧使桥梁基础埋深不足所致。刚匕，应及时采取措 施进行防护与加固。(1) 拦淤墙防冲刷。若河床持续冲刷下切，应在桥位下游50100m的河槽内修筑拦淤墙对桥 梁墩台进行冲刷防护。拦淤墙基础埋深应根据冲刷情况确定，其顶面标高

9、一般 与现有河槽底而标高一致;若墩台埋深较浅，拦淤墙顶而可略高于主河槽底而 标高，这样更有利于拦洪落淤。实践证明，拦淤墙能有效遏制河床冲刷下切而 导致桥梁水毁。(2) 河床铺砌加固o河床持续冲刷使桥梁墩台基础埋深不足。为防止河床冲刷下切，应对桥下 河床进行铺砌加固。(3) 桥墩局部冲刷防护。桥墩局部冲刷 防护包括平面冲刷防护及立面冲刷 防护。平血防护主要是按 冲刷坑尺寸范围采用抛石防护、干砌或浆砌片石防护；立面防护是在冲刷坑内 按冲刷坑深度要求设置防护围幕。上述防护措施均应将其顶面设置于最大口然 冲刷水深床面以下。否则，若 防护设施顶面凸出河床顶面会加剧墩台局部冲 刷，引发更严重的桥梁水毁。5

10、. 生物防护与工程防护相结合综合治理桥梁水毁桥梁的生物防护为工程防护无法替代。在河两岸植树能降低河水流速、拦 洪落淤、稳固河岸，有效遏制河道变迁导致桥梁水毁。特别是将桥梁的生物防 护与工程防护完美结合，能使二者的防护作用和互完善、相互融合。(1) 桥位河湾的防护。洪水淘刷河岸易形成河湾，河湾引发洪水主流偏离 桥孔中心，对桥孔通 畅泄洪极为不利，应及时采取生物防护与工程防护相结合的综合措施进行治 理。具体做法：在河湾凹岸布设丁坝、顺坝等导流构造物，待丁坝、丿i顾 间 落淤稳定，再于其间配植树木进行生物防护;在易形成河湾的桥头引道两侧 及导流堤与锥坡附近植防水林，这样随着树木成长，河湾区域会逐年淤

11、积增 高，并形成稳定的新河岸，能有效防止因河道变迁导致桥梁水毁。(2) 桥位河段的防护。由于洪水泛滥，桥位河段往往是冲沟交错、滩石裸露，生态环境十分脆弱。 解决这一矛盾的有效措施就是结合公路绿化对桥位河段实施生物防护，这样不 仅能减少桥梁的防护工程规模，还能有效防护这类工程设施免遭水毁。(3) 桥位流域的综合治理。桥梁水毁的综合防治是一项系统工程，公路部门应与农牧林水等部门相配 合，搞好桥位上游流域的综合治理，改善生态环境，从根本上实现桥梁防灾减 灾。三、结语随着我国公路桥梁建设规模提高与数量增加，水文问题在桥梁设计中-i分突 岀，这一问题应引起广泛关注。诚然，由于不同地区桥梁所处的自然环境、

12、河 流特性、工程地质以及水文水力条件各不相同，这就需要在实践中不断总结规 律，并善于将水文问题的防治纳入桥梁设计、施丄与养护的全过程；标本兼治、 综合治理，这样才能是桥梁的质量更上一层楼。参考文献：1 王丽荣水力学与桥涵水文.人民交通,2007,(1).2 蒋焕章.关于根治我国公路水毁的儿点构想j公路,1995, (7).3 李海瑞.桥梁锥坡水毁的影响因素与防治措施j内蒙古公路与运输,1999, (1).4 王彦志，李海瑞山嘴桥水毁治理及加固j内蒙古公路与运输，2006, (2).5 河北工程大学学报桥梁设计中的水文问题探析摘要：水文问题在桥梁设计屮占据重要地位。在公路工程屮，桥梁是跨河构造

13、物，由于桥梁直接遭遇洪水的冲击，发生水毁的概率较高，造成的损失更严 重。桥梁一旦发生水毁，轻者使墩台发生沉陷、裂缝；重者冲断引道，冲垮 全桥，使交通屮断，给公路运输造成严重损失。为了避免桥梁水毁，保证标准 洪水频率下桥梁的安全运营，需要对桥梁设计中的水文问题引起充分的重视。本 文分析了桥梁水毁的主要彩响因素及防治措施并对桥梁设计中的水文问题进行 分析。关键词：桥梁设计 桥梁水毁 水文问题 成因 防治 综合治理桥梁水毁的主要影响因素1. 桥址冲刷导致墩台基础埋深不足河床冲刷下切使墩台基础埋深不足是导致桥梁水毁的重要原因。加剧墩台基 础冲刷的因素主要在以下几方面。(1) 桥孔过多压缩河床过水断面，

14、导致桥下泄洪流速增大。(2) 河道变迁改变了进桥水流流态，造成洪水斜向冲击桥梁墩台，并在墩台基础 附近形成漩流。(3) 河道下游大量取砂挖土，使河床比降增大。2. 桥孔不能满足排洪与输沙需求桥孔设计过小，不能通畅泄洪，造成洪水漫过桥面或桥位上游水位壅高， 加剧了桥址冲刷，使桥梁墩台、锥坡被冲毁，或冲断桥头引道；若洪水中有大 量泥沙或漂浮物，易使桥孔淤塞，导致桥梁被洪水冲垮。3. 河道变迁河道变迁造成洪水对河床冲此淤彼，改变了进桥水流流态，加剧了墩台局 部冲刷。典型的桥梁水毁形式是冲断桥头引道，冲毁桥梁锥坡等调治与防护 设施。4 桥梁调治与防护设施不完善桥梁调治构造物 的功能是调治水流，使桥孔通

15、畅泄洪。如果桥梁缺乏必要 的调治与防护设施，洪水主流摆动往往偏离桥孔屮心，使桥下有效泄洪面积减 小，加剧了墩台的局部冲刷。5. 工程质量因索桥梁施工质量直接影响到桥梁的耐久性与使用寿命。若墩台施工质量低劣, 在冻融、冲刷及洪水屮飘浮物的撞击作用下，桥梁墩台往往发生裂缝、局部破 损。因此，桥梁施t必须严格按设计质量标准控制，确保桥梁坚固耐久而不发 生水毁。6. 生态环境影响生态环境恶化导致气候异常：干旱少雨使河流干涸、草木枯萎：暴雨骤降 常常超出历史洪水位而使桥梁冲垮。良好的生态环境增大了地表糙率，延长了地表径流汇集时间，使流域内拦蓄的降水量増加，从而消减了洪峰，有效扼制水 土流失，并从根木上解

16、决桥梁遭受泥石流等水毁灾害。桥梁水毁的防治措施1 正确进行桥位选择及桥孔设计桥位选择不合理，洪水不能顺利渲泄，易导致桥梁水毁。以下是桥位选择中 常出现的问题，应引起重视。(1) 桥位选择在易变迁的河段。(2) 桥位选择在河湾河段，或将桥位布置在洪水股流位置，使洪水主流偏离了 桥孔中心。(3) 桥位上游(一般指35倍河槽宽度)的河段有支流汇入或流出。(4) 忽视桥位勘察，直接按选线确定的路线跨河位置确定桥位，导致桥位与河 流斜交。(5) 桥位选择在泥石流易沉积的宽滩漫流河段，桥孔因泥石流淤塞导致水毁。综上所述，桥位选择不合理将为桥梁水毁埋下隐患。因此,桥位选择必须 经过详细的水文调查及工程地质勘

17、察，选择滩槽稳定、河道顺直、桥位地质条 件良好，且有利于通畅泄洪的桥位河段。桥孔设计应准确把握桥位河流特性，河道历史最高洪水位、洪水比降、流 域面积及糙率等水文要索，通过水力设计确定合理的桥孔长度:还要对桥孔大 小、墩台基础埋深、桥头引道及桥梁调治构造物布设进行综合考虑,使桥孔 不过多压缩河床，尽可能保持桥位水流的口然状态。2. 确定合理的墩台结构型式及其埋置深度墩台型式直接影响到墩台的局部冲刷深度。一般情况下，由于柱式墩台在 抗冲刷方面较重力式墩台更优越，所以应优先选择钻孔灌注桩基础及柱式墩台。 过去，低等级公路修建的桥梁多为浅基桥梁，因基础埋深不足发生水毁的频率 较高；目前，新建大中型桥梁

18、一般采用灌注桩基础，有效解决了墩台埋深不 足使桥梁遭受水毁问题。因此，桥梁基础埋深应根据水文水力计算，并结合桥 位工程地质，确定桥梁在通过设计洪水流量时的墩台基础安全埋置深度，保证 桥梁在遭遇设计洪水时不发生水毁。再者，在桥梁设计屮应验算桥梁在可能遇到的最不利水力条件下的冲刷情 况。漫水桥的冲刷试验表明，桥梁遇到的水力条件(墩台冲刷、动水压力及浮 力等)在洪水位与桥面齐平时最不利，若洪水继续上涨淹没桥面，桥梁遭遇的 水力条件一般不比水位与桥面齐平时更不利。因此，在桥梁设计中，如果将洪 水与桥而齐平时的水力条件考虑进去，则桥梁在遭遇任何洪水条件下的安全问 题就得到了保障。3. 完善桥梁的调治与防

19、护工程桥梁的调治与防护工程具有稳定河岸、改善水流流态、减轻水流冲刷、保 障桥梁安全的作用。特别是宽浅变迁性河流，应将桥梁的调治与防护工程视为 桥梁设计的重要组成部分。否则，河道变迁使洪水主流斜向冲击墩台及锥坡基 础，易造成桥梁水毁。4. 桥梁水毁的预防性养护与治理4. 1桥梁排洪能力检查汛期应根据河道上游汇水面积大小及气象部门的汛情预报，做好降雨量及 河道洪峰流量的预测，检验桥梁的排洪能力。若桥孔不能满足排洪需求，应采 取分流、导流、清淤等工程措施进行治理，确保桥梁安全渡汛。4. 2桥梁及其防护设施的安全质量检查汛期应对桥梁及其调治与防护设施进行雨前、雨屮、雨后的“三雨”检 查。即检验桥梁墩台

20、是否沉陷、开裂；墩台外表是否风化剥落:锥坡及翼墙 基础是否发生裂缝、倾斜；桥梁的其他调治与防护工程设施是否完好。女口有破 损应及时修补，防止桥梁因出现安全质量问题发生水毁。4. 3墩台的防护与加固汛期应检查桥梁墩台及桥址河床的冲刷情况。因为很多桥梁水毁是河床冲 刷下切以及墩台局部冲刷加剧使桥梁基础埠深不足所致。凶此，应及时采取措 施进行防护与加固。(1) 拦淤墙防冲刷。若河床持续冲刷下切，应在桥位下游50100m的河槽内修筑拦淤墙对桥 梁墩台进行冲刷防护。拦淤墙基础埋深应根据冲刷情况确定，其顶面标高-般 与现有河槽底面标高一致；若墩台埋深较浅，拦淤墙顶面可略高于主河槽底面 标高，这样更有利于拦

21、洪落淤。实践证明，拦淤墙能有效遏制河床冲刷下切而 导致桥梁水毁。(2) 河床铺砌加固。河床持续冲刷使桥梁墩台基础埋深不足。为防止河床冲刷下切，应对桥卞 河床进行铺砌加同。(3) 桥墩局部冲刷防护。桥墩局部冲刷防护包括平面冲刷防护及立面冲刷防护。平面防护主要是按 冲刷坑尺寸范用采用抛石防护、干砌或浆砌片石防护；立面防护是在冲刷坑内 按冲刷坑深度要求设置防护围幕。上述防护措施均应将其顶面设置于最大口然 冲刷水深床而以下。否则，若防护设施顶而凸岀河床顶而会加剧墩台局部冲 刷，引发更严重的桥梁水毁。5. 生物防护与工程防护相结合综合治理桥梁水毁桥梁的生物防护为工程防护无法替代。在河两岸植树能降低河水流速、拦 洪落淤、稳固河岸，有效遏制河道变迁导致桥梁水毁。特别是将桥梁的生物防 护与工程防护完美结合，能使二者的防护作用相互完善、相互融合。(1) 桥位河湾的防护。洪水淘刷河岸易形成