預應力小箱梁水文計算分析

張 蕊

(河北省交通規劃設計院，河北 石家莊 050011)

預應力小箱梁水文計算分析

張 蕊

(河北省交通規劃設計院，河北 石家莊 050011)

結合灤河鎮大橋工程概況，簡述了橋梁截面形式及截面尺寸，根據設計流量進行了小箱梁水文計算，包括沖刷計算及橋孔長度計算，從而為確定橋梁跨徑是否合理提供了參考。

小箱梁，水文計算，一般沖刷，局部沖刷

1 工程概況

灤河鎮大橋中心樁號AK0+401，按正橋設計，上部結構為4-25 m預應力連續箱梁，下部結構為樁柱式橋臺和肋板式橋臺，雙柱式墩，鉆孔灌注樁基礎。

京承公路灤河鎮大橋百年一遇流量5 786 m3/sec，最高水位(考慮灤河水位倒灌)309.78 m，平均流速4.45 m/s，水文計算為4孔25 m，從路線考慮采用4孔25 m箱梁，全橋分1聯，橋全長106.62 m。

橋面凈寬為雙幅12 m+2×0.5 m，由4片小箱梁組成斷面，邊梁2.55 m，中梁2.1 m。橋梁立面圖見圖1。

2 截面形式及截面尺寸的擬定

每幅橋面全寬為12 m。由于采用簡支轉連續的施工方法，主梁先預支再運輸、吊裝就位，因此橫截面布置時應考慮到施工中的

吊運能力，將每幅橋做成四個單箱單室的組合截面。其中，預制中梁頂板寬210 cm，底板寬100 cm；預制邊梁頂板寬255 cm，底板寬100 cm；預制主梁間采用90 cm的濕接縫，從而減少主梁的吊裝質量。邊、中梁均采用斜腹板，以減輕主梁自重。為滿足頂板負彎矩鋼束、普通鋼筋的布置及倫載的局部作用，箱梁頂板取等厚度15 cm。同時為防止應力集中和便于脫模，在腹板與頂板交界處設置20 cm×10 cm的承托。

主梁橫斷構造如圖2所示。

3 根據設計流量推算設計水位和流量

因橋位處在河岸穩定、沖淤不大，泛濫寬度較小，無死水和回流，斷面比較規則的順直河段上。故取橋位處斷面為水文斷面。根據當地提供的水文資料，設計流量取Qs=72 m3/s，河床比降取1/10 000。河槽處采用謝才—滿寧公式：V=R2/3i1/2/n,試算水位和流速。河床斷面為單式。糙率系數根據水文資料，河槽取0.025，試算結果見表1。由試算結果可知，當水位H=8.85 m時，Q=72.267 m3/s，與設計流量72 m3/s相近，故取H=8.85 m為設計水位，相應河槽設計流速Vc=0.7 m3/s。

3.1 沖刷計算

1)一般沖刷。

河槽：該河床為粘性土，一般沖刷計算公式采用式(1)：

(1)

其中，Hp為橋下一般沖刷后的最大水深，m；Ad為單寬流量集中系數，計算公式見式(2)，取1.0～1.2；

(2)

其中，Bz為造床流量下的河槽寬度，Bz=176 m；Hz為取平灘水位時河槽平均水深，Hz=1 071.8/176=6.09 m；Q2為橋下河槽部分通過的設計流量，Q2=83.446 3 m3/s(見表2);μ為橋墩水流側向壓縮系數,按JTG C30-2002中表7.3.1-1：取0.98；Bcj為河槽部分過水凈寬，Bcj=175-6×1.5=166 m;Hcm為橋下河槽最大水深，Hcm=2.63 m；Hcq為橋下河槽平均水深，Hcq=6.09 m；IL為沖刷范圍內的粘性土指數，0.73。

一般沖刷后最大水深Hp=3.157 m大于橋下河槽最大水深2.6 m。

2)局部沖刷。

河槽部分：

(3)

(4)

(5)

其中，Kξ為墩形系數，按JTG C30-2002附錄中選用1.0(見表3)；B1為橋墩計算寬度，B1=1.5 m;V為一般沖刷后墩前行近流速，m/s，按JTG C30-2002中7.4.4中規定采用公式：

(6)

其中，IL為沖刷坑范圍內粘性土液型指數，適用范圍為0.16～1.48。

3.2 橋孔長度計算

因為本橋位于無灘河段，因此應采用JTG C30-2002中公式6.2.1-1計算：

Lj=Kq(Qs/Qc)N3Bc

(7)

其中，Kq，N3分別為系數和指數；Lj為橋孔最小凈長度，m；Qs為設計流量，m3/s，Qs=83.138 4 m3/s；Qc為河灘流量，83.446 3 m3/s；Bc為河槽寬度，176 m;Lj=90.1 m，小于兩堤之間距離99.8 m。

故橋孔長度應按兩岸堤頂間距控制。

表1 水文計算

表2 一般沖刷計算

表3 局部沖刷計算

4 設計體會

本設計通過水文進行分析計算，橋梁長度控制因素可能是水量大小，也可能是岸堤長度，最終長度確定需要計算和現場測量情況比較，北方實際情況比較多的是通過岸堤控制長度。

[1] JTJ 021-89，公路橋涵設計通用規范[S].

[2] 姚玲森.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3] 廖元裳.鋼筋混凝土橋[M].北京：中國鐵道出版社，1997.

[4] 李 儉.橋梁墩臺與基礎工程[D].石家莊：石家莊鐵道學院，1993.

[5] 徐 岳，王亞君，萬振江.預應力混凝土連續梁橋設計[M].北京：人民交通出版社，2000.

[6] JTG C30-2002，公路工程水文勘測設計規范[S].

[7] JTG B01-2003，公路工程技術標準[S].

Hydrologic calculation analysis of prestressed small box girder

ZHANG Rui

(HebeiTrafficPlanning&DesignInstitute,Shijiazhuang050011,China)

Combining with Luanhe town bridge engineering conditions, the paper describes bridge section forms and section size. According to design flow, it carries out the hydrologic calculation of the small box girder including scour calculation and bridge hole length calculation. As a result, it has provided some guidance for determine the rationality of bridge span.

small box girder, hydrologic calculation, general scour, local scour

1009-6825(2014)07-0184-02

2014-01-09

張 蕊(1980- )，女，工程師

U442

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