新立堡跨河桥水文计算

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摘要：在桥梁设计中水文计算是一项重要内容，其主要任务是用来衡量桥梁设计是否能通畅的排泄河流的洪峰流量，从而判断桥梁设计的合理性。水文计算中包括设计洪水位的分析与计算、桥孔设计、墩台冲刷计算及墩台基础最小埋置深度的确定等。

关键词：桥梁设计、水文计算、局部冲刷、一般冲刷、墩台基础最小埋置深度

Abstract: in the design of bridge hydrology calculation is an important content, its main task is used to measure the peak flow of bridge design is to smooth the excretion of the river, so as to determine the reasonableness of bridge design. The calculation of hydrology including design flood level of analysis and calculation, the design of pier scour, pier foundation calculation and determination of minimum embedment depth.

Keywords: bridge design, the hydrological calculation, local scour, general scour, pier foundation of minimum embedment depth

中图分类号：K928.78

引言

在桥梁设计中水文计算是一项重要内容，其主要任务是用来衡量桥梁设计是否能通畅的排泄河流的洪峰流量，从而判断桥梁设计的合理性。水文计算中包括设计洪水位的分析与计算、桥孔设计、墩台冲刷计算及墩台基础最小埋置深度的确定等。现以新立堡跨河桥为例，介绍水文计算的过程。

工程概况

新立堡跨河桥位于沈阳市市区东南部，跨越浑河。浑河是辽河的支流，古称辽水，又称小辽河。浑河，辽宁省东部河流。源于清原县滚马岭，流经抚顺、沈阳等市县，在海城古城子附近纳太子河，向南流至营口市附近入辽东湾，全长415公里。新立堡跨河桥桥位处现状浑河主河道宽度608m。本工程总长1337.75米，由主桥、引桥、引道三部分组成，桥梁宽度为40m，引道宽度为41m。桥梁的引桥及主桥跨径布置为6x35（引桥）+（47+80+116+80+47）（主桥）+6x35（引桥）=790米，主桥结构形式为变截面预应力混凝土连续箱梁，主桥梁底最低处标高为56.76米，引桥结构形式为等截面预应力混凝土连续箱梁。北引道长235m，南引道长312.75m。

水文及地质情况概述

新立堡跨河桥桥跨越浑河沈阳城市段，桥跨与河道正交。浑河流域沈阳段的水文条件有几个特点：一是由于降雨量集中，河流水量随季节而呈显著变化；二是由于暴雨集中且年际间变化大，洪水最大洪峰主要出现在7、8月份，且流量年际变化较大；三是含沙量较少，多年平均含沙量为0.477kg/m3，汛期为0.592 kg/m3 ，实测最大含沙量为10kg/m3。本工程河段桥址处不同洪水频率的水位和洪峰流量为：

50年一遇时，洪峰流量4074m3/s，洪水水位49.16m。

100年一遇时，洪峰流量4939m3/s，洪水水位49.71m。

300年一遇时，洪峰流量6294m3/s，洪水水位50.45m。

新立堡跨河桥处河道现状主河槽宽608米，河槽底平均高程为38.610米，现状河床断面附图一。该处河道的规划河槽断面宽度由辽宁省水利水电科学研究院提供，规划河槽断面上口宽405米，下口宽355米，根据辽宁省水文水资源勘测局沈阳分局提供的《浑河新立堡桥处水文、地质情况及设计洪水位分析和野外勘测综合报告》，本文中对其简称《综合报告》中提供该处河槽底高程为43.99米，规划河床断面附图一。

新立堡跨河桥按照300年一遇的防洪标准进行设计，根据《综合报告》中提供，300年一遇的洪水规划设计水位为50.45米，设计流量为6294m3/s,断面平均最大流速为2.24m/s，桥位处河段规划河底比降为1/2288。

由于缺乏拟建桥位处河槽内的钻孔资料，故结合现有两侧滩地上的两个钻孔处的地质资料分析，河槽底为中砂层分布，颗粒均匀。

水文计算

本次水文计算的内容包括桥孔长度的验算、壅水高度的计算、一般冲刷的计算及局部冲刷的计算四部分。由于大规模的河道采砂及95年洪水冲刷的原因，导致现状河槽宽度为608米，河槽底平均高程为38.61米，而规划河床宽度为405米，规划河槽底高程为43.99米，《综合报告》中所提供的流量及洪水水位标高均参照规划河床所定，所以在计算中考虑了现状河床情况并结合远期河床规划，在计算滩、槽流速及流量的时候均采用规划河槽宽度及河底高程，其余的计算中河槽宽度均采用现状河槽宽度。下面将列出计算中采用的公式及其中参数的选取，具体计算结果详见附表。

桥孔长度验算

新立堡桥位处河段属于滩、槽分明、能够确定河槽宽度的河段，所以按照《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30-2002最小桥孔净长度按下式计算：

式中：为设计流量，取300年一遇的洪水设计流量为6294m3/s；

为河槽流量，为河槽流速与河槽过水面积求得：；

河槽及河滩由谢才-满宁公式计算：

其中：为水利半径，当河槽（河滩）的宽深比大于10时，可用平均水深代替，本次计算中取用平均水深。

为水面比降，取1/2288。

为河槽宽度，取现状河槽宽608米；

为系数和指数，由《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30-2002查得。

计算所得：米，实际桥梁净跨径为735米>533米。

表1：桥孔设计数据取值与计算结果（采用经验公式计算）

结论：新立堡桥跨径布置满足规范的泄洪要求。

桥下壅水高度的计算

计算桥前最大壅水高度

采用《桥涵水文》中的近似公式计算：

式中：为系数，与水流进入桥孔的阻力有关，取0.05；

为桥下断面的平均流速，这里取；

为桥前河流全断面的平均流速，这里取2.24m/s。

表2：壅水高度计算时数据取值与计算结果

计算桥下壅水高度

按照《桥涵水文》中所述可近似认为：

=0.02米

结论：新立堡桥桥下壅水高度为0.02米。

桥梁墩台冲刷计算

桥梁墩台的冲刷包括河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷三部分。其中由于缺乏河床自然演变冲刷数据资料，因此，本次水文计算暂不考虑此项冲刷，基础埋置深度按一般冲刷与局部冲刷计算所得结果适当加深。一般冲刷及局部冲刷按照《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30-2002计算。

桥下一般冲刷的计算

桥位处河槽底为中砂层分布，属于非粘性土河床，分别对河槽及河滩处的桥墩进行一般冲刷的计算。