橋梁設計中的水文問題探析

姜鵬

橋梁設計中的水文問題探析

姜鵬

Qiao liang she ji zhong de shui wen wen ti tan xi

橋梁是線路跨越河流的一個重要形式，橋梁規劃設計過程中，需要對工程規模大小進行科學合理的確定，主要是對洪水量大小、水文計算來對橋梁河段設計進行評估，從而計算得出準確的數據，完成有效設計操作，正確合理地評估橋位設計非常關鍵，在橋位設計時，需要進行橋位選擇、水位計算、橋梁孔徑、墩臺基底埋置深度確定和考慮，進一步獲取準確的水文資料，對其洪水量大小、水位高低、流速等加以確定，保證橋梁設計的安全、高效。

一、橋梁水毀原因

第一，橋位選擇不當，橋位位置在河灣處，凹岸沖刷比較嚴重，或者是其他方面的影響作用，都容易沖刷橋頭引道，另外河灘橋孔分配不合理，橋位在游蕩變遷性河段，主流擺動、侵蝕等，會使得河床逐漸變寬，從而引起橋梁水毀情況。

第二，水文計算時設計流量過小，造成橋孔設計過小，進一步排洪水能力降低，引起橋梁水毀。

第三，墩臺不牢固，墩臺長時間受到沖刷而發生了倒塌情況，造成水毀情況。

第四，橋孔設計沒有設置相應的防沖刷裝置。橋孔設計時，對橋臺、橋頭引道沖刷，從而使得橋梁結構局部遭到破壞，進一步造成橋梁水毀情況。

上述這些情況下都容易引起橋梁水毀情況，因此在實際橋梁設計和高速公路施工建設過程中，一定要對上述問題引起高度重視，提前做好預防控制措施，加強防護管理。除此之外，還需要對其他方面的影響因素加以正確認識，保證橋梁設計的穩定性、安全性，提升橋梁設計的抗洪能力，延長橋梁使用壽命，提高橋梁結構的耐久性和使用性能。

二、水文資料搜集、調查、審核

第一，當前我國公路、鐵路設計洪水頻率要求。當前我國在公路、鐵路修建時，設定了相應的洪水頻率標準范圍，高速公路一級、二級汽車專用公路特大橋設計的洪水頻率大小為三百分之一，大中型橋梁設計的洪水頻率大小為百分之一，小橋梁設計的洪水頻率大小為五十分之一，三級、四級公路橋梁設計的洪水頻率大小也需要符合相應的具體規定和要求。

第二，水文資料搜集。搜集水文相關資料是開展水文分析計算工作的一個基礎階段，主要是通過水文手冊、圖集、年鑒、統計以及各個省市自己的水文圖冊、水文分布特征等加以分析和資料搜集。

第二，資料審查。水文資料收集后，需要對收集的資料進行嚴格的審查，這是確保整個成果質量的重要環節，

資料審查時，需要從多個方面加強認識和管理，對收集的水文資料嚴格進行審核，通過實地考察高速公路工程修建情況以及水流平衡情況、歷年的水文資料顯示情況等對照進行審核檢查，對歷史洪水數值加以詳細調查和分析，采用各種相關的計算方式完成計算過程，得出準確的計算結果，同時需要盡可能的采用各種途徑完成推算過程，將重點放在對設計洪水計算成果影響較大的年份資料研究和審核方面。

第三，外業調查。在外業調查時，主要從高速公路需要修建的橋址范圍和河道特性、洪水情況、洪水頻率、洪水比降等多個方面加以考察和分析，能夠確定工程河段的類型，對其洪水頻率以及洪水過后對河床的沖刷情況加以分析，對過往的洪水水位高低進行分析，能夠對其形態斷面準確確認，選擇河床表層的土樣進行篩選分析，準確確定河床表層的平均粒子直徑大小，從而完成準確的外業調查，保證調查工作開展的準確、高效率。

同時對于河床變化較大的情況下，將其洪水痕跡盡量避開，加強水文計算工作開展和管理，計算并且完成準確的水文計算書，保證水文計算結果的準確性和有效性，能夠采用多種計算方式來準確分析和加以實踐論證，最后準確推算并且選出最終的計算值，提升計算結果的準確性和有效性。

三、設計流量計算

對于有流量監測資料的情況下，完成洪峰流量推算時，可以利用周圍附近的水文站來對橋梁的設計流量進行詳細的推算，得出比較準確的設計流量大小，通常要求選擇年份不低于20年的年最大流量值作為主要設計標準大小，利用水文統計法來完成推算過程，提升計算結果的準確性，保證設計的準確、有效。

將年份最大流量資料按照大小順序進行排列觀察，準確計算出不同流量大小的發生頻率，同時能夠繪制經驗頻率曲線圖，采用適線法來繪制相應的理論頻率曲線圖，選定三個統計參數，利用這選定的三個統計參數，能夠準確計算出洪水設計頻率大小，計算相應的設計流量，最后根據該地區的經驗值大小來進行推算，得出相對比較準確的設計值大小。

對于缺乏歷年流量資料的情況下，完成洪峰流量推算時，可以利用周圍附近的水文站來對橋梁的設計流量進行詳細的推算。當設計流域或者是設計斷面上下游沒有實測流量資料顯示時，可以對歷年的洪水資料以及相應的經驗性資料進行統籌分析，結合地區經驗曲線圖等相關參數值大小來加以確定，準確計算設計流量。當然也可以選擇水文比擬法進行設計流量推算，通常可以采用多種推算方式全部計算結果，之后對比分析的基礎上，選擇和歷年洪水資料比較接近的一種設計流量大小。

四、設計洪水位推求

第一，流量、水位關系曲線圖。在設計洪水位大小時，可以根據已經獲取的資料和信息，在詳細分析和計算的基礎上，繪制出斷面的流量、水位曲線圖，能夠從曲線圖上獲取相應流量的水位，也就是在對應流量基礎上選擇適合的設計水位，同時結合上游、下游調查的歷史洪水位大小等相關資料和信息，能夠對所推求的設計水位進行詳細的核對，當然也可以利用水文基線、水文站斷面的流量、水位曲線圖來獲取相應的洪水位大小，準確完成洪水坡度設計，采用比降法進行計算，準確推算出洪水斷面的設計水位大小。

第二，水位相關法。當水文站距離設計斷面距離較近時，流域面積相差不超過0.05，同時河道的水文條件差別較小，在斷面設計時有部分水位觀測資料的情況下，設計水位可以利用設計斷面、水文站的水位相關曲線進行獲取，以設計流量作為水文站觀察流量，從而能夠通過流量、水位關系曲線圖來獲取相應流量的水位，準確推算出洪水斷面的設計水位大小。當設計斷面、水文站流域面積大小相差超過0.05時，可以采用經驗公式法或者是其他方式來進行流量水位大小推求，準確完成洪水坡度設計，采用比降法進行計算，準確推算出洪水斷面的設計水位大小。

五、結語

高速公路在完成橋梁設計過程中，水文計算問題是一個非常重要的影響因素，水文計算過程是非常復雜的，同時其計算值大小是不確定的，這些都造成了其在橋梁設計過程中的重要作用和特殊地位。在高速公路橋梁設計工作開展時，需要根據相應的技術規范標準要求，能夠詳細準確地獲取水文資料，結合橋梁的實際情況，認真分析，對其所收集的資料進行反復核實和檢查，選取更加精確、真實的資料，采用適當的方式和相應的參數完成設計操作，從而保證推求結果的準確性和合理性，進一步在高速公路橋梁結構設計過程中加以充分利用，提升橋梁設計的高效性、穩定性和抗洪能力。

（作者單位：中國公路工程咨詢集團有限公司 ）