簡述公路橋梁水文計算過程

郭豐振

（佳木斯市恒興公路勘察設計有限責任公司）

公路橋梁水文計算是公路橋梁進行結構和墩臺基礎設計的前提和基礎性工作。在公路橋梁勘測設計中也是一項重要組成部分。只有水文計算完畢，才能根據(jù)計算結果進行橋梁下一步的設計工作。當橋梁含在路線設計中時，往往在路線外業(yè)勘測結束進行內業(yè)設計前必須完成橋梁的水文計算，將橋面最低設計標高提供給路線拉坡人員以供參考，以免耽誤路線設計工作的進行，由此可見，橋梁水文計算無論是在公路設計中還是在橋梁設計中均起到至關重要的作用。

下面通過一個工程實例來闡述橋梁水文計算的過程。

1 工程概況

本橋梁位于黑洛公路十八站至洛古河段，樁號為K620+194，名稱為額木爾河大橋，原橋為鋼筋混凝土雙曲拱橋，橋墩上游側面有破冰體，橋梁與河流交角為90°。該橋跨越額木爾河，屬于黑龍江最大支流。該流域地處山前區(qū)，匯水區(qū)形狀呈“扇形”，橋位處的流域面積F=13 544.21 km2，流域長度L=408.69 km，流域平均坡度i=0.002 3，流域面積多為森林植被覆蓋，河流整體蜿蜒曲折，在橋位附近河道較順直、穩(wěn)定，河流斷面規(guī)整，灘槽分界明顯，河床地質較好，為卵石、砂礫石，該橋無倒灌現(xiàn)象。

2 設計流量的計算

經水文調查額木爾河橋位下游有二十五站水文站。二十五站水文站位于橋位下游30.3 km，且在此區(qū)間內無其它較大河流匯入，故橋位處設計流量可利用二十五站水文站的資料（包括從1957年～1990年歷年來最大洪水流量，洪水比降，河槽糙率，冰凌情況），進行頻率分析采用面積比擬法進行計算。

表1 額木爾河廿五站前30位洪水排序

表2 廿五站有實測比降、糟率資料年份

表3 廿五站自建站以來出現(xiàn)冰壩年份

首先利用《大中橋水文計算軟件》進行頻率分析計算得出水文站處百年一遇洪水流量為Q1％=2 457 m3/s采用《公路工程水文勘測設計規(guī)范》中的流域面積比擬法對橋位處的額木爾河大橋進行設計流量計算（見圖1、圖2）。

圖1 經驗頻率曲線與理論頻率曲線

圖2 頻率分析法計算設計流量

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 設計水位推算

根據(jù)實測水文斷面并根據(jù)河道具體情況及水文站提供的河床糙率、洪水比降（從系列中選取三個較大洪水流量對應的糙率、洪水比降來試算，取大者。1958年糙率為0.08，洪水比降為 0.006 1，1960年糙率為 0.051，洪水比降為0.005 5，1963 年糙率為 0.027，洪水比降為 0.004 5）邊灘取mt=10。并根據(jù)設計流量結合《大中橋水文計算軟件》進行計算推算設計水位分別為295.54 m，294.72m，293.58m，故取設計水位為295.54 m。設計水位、灘槽流量及過水面積和平槽流量及過水面積。

4 橋長計算

使用《大中橋水文計算軟件》進行計算，采用壅水沖刷分析橋長方法進行孔徑計算。

壅水沖刷分析橋長Lj=201.2 m，考慮橋墩寬度及橋臺溜坡的影響孔徑采用8～30 m。綜合考慮沖刷和雍水的影響，計算結果表明采用8～30 m簡支轉連續(xù)預應力混凝土箱梁橋滿足洪水頻率1/100的泄洪要求，孔徑合理。

5 壅水計算

使用《大中橋水文計算軟件》進行計算，ΔZ=0.21 m。

6 沖刷計算

一般沖刷計算hp=0.944 m，局部沖刷計算hj=2.3m，一般沖刷線標高Hp=289.377 m，局部沖刷線標高Hb=287.077m。

7 橋面最低標高的確定

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

8 確定破冰體上下最低標高

通過查詢水文站的資料得知最大流冰塊長：100m，寬80m，冰速：2.22 m/s，最大冰厚 1.38 m（1960 年），歷年最小冰厚0.92m，最高流冰水位為99.96 m，最低流冰水位為95.80 m，最高流冰水位距河底4.78m。故此橋需要設置破冰體。

則推算到設計橋位處的破冰體上面最低標高為

H'=290.321+4.78+1.38=296.481 m；

則推算到設計橋位處的破冰體底面最高標高為

H'=290.321+0.62+0.92=291.861 m；

根據(jù)最高流冰水位確定橋面最低標高

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

9 調治構造物設計

根據(jù)設計計算結果按河槽中泓線分配流量如下：設計水位時流量 Qs=2 277 m3/s，Q灘左=21 m3/s，Q灘右=122 m3/s，Q左=1 025.5 m3/s，Q右=1 126.5 m3/s，由于 Q灘左/Q左=21/1 025.5=2.05％，Q灘右/Q右=122/1 126.5=10.83％。

左側分配流量由于占總流量分配的2.05％，故左側不必設置導流堤，僅做錐溜坡防護即可。

右側分配流量由于占總流量分配的10.83％故考慮采用設置梨型堤。

包爾達可夫線型導流堤計算：由于本橋雙側河灘不對稱：故：R=a·λ·L，引道及墩臺阻斷流量 Qga=216.76，天然狀態(tài)本橋通過的流量 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之間，取 a=0.872。

R=0.872 ×0.1 ×228.2=19.9 m，取 R=20 m。

確定梨型堤頂面的最低標高：

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

下游側H下=295.54+0.25=295.79 m。

［1］高冬光.橋位勘測設計.

［2］葉鎮(zhèn)國.水力學及橋涵水文.

［3］公路工程水文勘測設計規(guī)范（JTG C30－2002）.

［4］許承錚，陳輝.黑龍江省小流域橋涵洪水流量計算方法的研究.