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(shè)計有限責任公司）

公路橋梁水文計算是公路橋梁進行結(jié)構(gòu)和墩臺基礎(chǔ)設(shè)計的前提和基礎(chǔ)性工作。在公路橋梁勘測設(shè)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(jié)果進行橋梁下一步的設(shè)計工作。當橋梁含在路線設(shè)計中時，往往在路線外業(yè)勘測結(jié)束進行內(nèi)業(yè)設(shè)計前必須完成橋梁的水文計算，將橋面最低設(shè)計標高提供給路線拉坡人員以供參考，以免耽誤路線設(shè)計工作的進行，由此可見，橋梁水文計算無論是在公路設(shè)計中還是在橋梁設(shè)計中均起到至關(guān)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(cè)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(zhì)較好，為卵石、砂礫石，該橋無倒灌現(xiàn)象。

2 設(shè)計流量的計算

經(jīng)水文調(diào)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(nèi)無其它較大河流匯入，故橋位處設(shè)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(shè)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(shè)計流量計算（見圖1、圖2）。

圖1 經(jīng)驗頻率曲線與理論頻率曲線

圖2 頻率分析法計算設(shè)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(shè)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(shè)計流量結(jié)合《大中橋水文計算軟件》進行計算推算設(shè)計水位分別為295.54 m，294.72m，293.58m，故取設(shè)計水位為295.54 m。設(shè)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(jié)果表明采用8～30 m簡支轉(zhuǎn)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(shè)置破冰體。

則推算到設(shè)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(shè)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(diào)治構(gòu)造物設(shè)計

根據(jù)設(shè)計計算結(jié)果按河槽中泓線分配流量如下：設(shè)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(cè)分配流量由于占總流量分配的2.05％，故左側(cè)不必設(shè)置導流堤，僅做錐溜坡防護即可。

右側(cè)分配流量由于占總流量分配的10.83％故考慮采用設(shè)置梨型堤。

包爾達可夫線型導流堤計算：由于本橋雙側(cè)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(cè)H上=295.54+0.21+20 × 0.0061+0.25=296.122 m；

下游側(cè)H下=295.54+0.25=295.79 m。

［1］高冬光.橋位勘測設(shè)計.

［2］葉鎮(zhèn)國.水力學及橋涵水文.

［3］公路工程水文勘測設(shè)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.