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論橋渡設(shè)計的影響因素摘要:橋渡是跨越河流的橋涵建筑物和為了引導(dǎo)水流順暢通過橋涵而修建的導(dǎo)治建筑物以及與橋涵一起受水流沖擊的河灘路堤,不僅在國民經(jīng)濟生活中發(fā)揮著積極的交通功能,在防洪、搶險與救災(zāi)的緊要關(guān)頭也顯示強大的支撐作用。在跨河橋梁的工程設(shè)計、維護、管理中,需要研究橋梁結(jié)構(gòu)與河流的相互作用關(guān)系,以保證橋梁設(shè)計的經(jīng)濟性和運用的安全性。在另外各種情況下也有各種情況對于橋渡設(shè)計產(chǎn)生了很多不能忽略的影響。橋渡設(shè)計內(nèi)容:橋位選擇,計算橋位河段的設(shè)計流量,最合理的橋梁孔徑和分跨布設(shè),墩臺最小埋置深度,布設(shè)橋位上下游合理的導(dǎo)治建筑物。橋渡設(shè)計的必要性:水害事故的發(fā)生不僅使橋渡本身遭受到直接的損失,而且由于道路中斷停運,是國家在政治經(jīng)濟各方面所蒙受的損失往往更為驚人。對這些水害事故的分析,不難看出,若能充分重視并處理好橋渡設(shè)計的各個環(huán)節(jié),一些事故可以避免,或可以減輕災(zāi)情。因此,從事道路及橋梁設(shè)計施工養(yǎng)護的技術(shù)人員都應(yīng)具備有關(guān)橋渡設(shè)計的基本知識,在設(shè)計施工養(yǎng)護過程中,充分重視河流及洪水的變化規(guī)律,做到精心設(shè)計施工養(yǎng)護維修,使橋梁始終在正常狀態(tài)下工作。首先橋位選擇可從以下三方面考慮橋位選擇和線路設(shè)計的關(guān)系。一般橋梁的橋位應(yīng)服從線路的走向,使線路順直,節(jié)省運營費用。但由于重大橋梁的工程數(shù)量、造價、工期以及建成后是否易遭水害等,往往同橋位有關(guān),所以在選線設(shè)計中必須選擇良好橋位。為此,往往要為不同橋位編制不同的選線方案,進行技術(shù)經(jīng)濟比較,從中選擇最佳方案。河流水文及地形條件。橋位應(yīng)選擇在河岸、河灘、主槽位置較為穩(wěn)定的地段,使橋在建成后少受水害。在作決定前應(yīng)充分聽取各方意見。對于通航河流,橋位應(yīng)選在上下游均有稍長的直段航道處,且洪水位和常水位流向要基本一致;在有鄰橋處,須使兩橋不要太靠近,且橋墩位置須彼此對齊;在有流冰、流木或可能有飄浮物的河流中,不可在河灣處設(shè)橋,以免堵積壅水,將橋推倒;在兩河交會處,流向易變,沖淤難料,不宜設(shè)橋;在河中有沙洲處,河水總流量在各河叉內(nèi)的分配常有變化,每河叉均需按可能分配到的最大流量設(shè)置橋梁孔徑,與無分叉河段相比,設(shè)計孔徑加大;在水庫區(qū)內(nèi)設(shè)橋,將因水過深過大而增加造價,在水庫下游不遠(yuǎn)處設(shè)橋,應(yīng)注意清水所造成的沖刷,有時還應(yīng)考慮潰壩可能造成的災(zāi)害。為降低造價,避免水害,橋位應(yīng)選在河道較順直,主槽水深變化不大而位置穩(wěn)定,河灘較窄較高(使引線或引橋工程量較?。影遁^高,且較平坦(使橋的總長不致加大,線路工程較省,施工場地容易安排,且不受汛期洪水威脅)之處;橋軸和河的主要流向應(yīng)成正交。地質(zhì)條件。在滿足最大沖刷深度的前提下,若在離地表不深處就有可靠的持力層,則可使墩臺基礎(chǔ)工程數(shù)量較省,且使橋抗御洪水沖刷的潛力較大。應(yīng)盡量避免在各種不良地質(zhì)如斷層、滑坡、泥石流、軟土、溶洞等處設(shè)橋;在地震區(qū),橋位應(yīng)選在地基土不易液化處??讖接嬎銥楸苊鈽蛄罕谎雌诤樗疀_毀,需要對橋位處的洪水流量、流速、水流斷面積等進行推算,以確定橋梁孔徑。按照中國通例,重要線路上的橋梁孔徑,一般按百年一遇的洪水流量作為設(shè)計流量來計算。這需要搜集橋位所在河段的水文資料,進行水文計算,先將設(shè)計流量和主槽相應(yīng)的平均流速算出。假定在橋建成后的橋下水流斷面內(nèi)的平均流速,能等于河流天然狀態(tài)時的主槽平均流速,則可以從設(shè)計流量推算出所需要的橋下水流斷面積。如果允許河床稍有沖刷以擴大水流斷面積,或允許橋下平均流速稍大于天然狀態(tài)主槽平均流速,則所需的(在沖刷之前)橋下水流斷面積小于上述推算值。所謂橋下水流斷面積,是指沿橋軸線的天然河道斷面水流面積中,扣除被橋頭引線、橋墩臺所占的部分后所余留的面積。按此面積沿著設(shè)計洪水位的長度就是橋梁孔徑。在橋渡設(shè)計中,在按上述原理將泄洪所需的水流斷面積算出后,將橋墩臺等所擋的面積考慮進去,即可從天然河道斷面圖上將所需的孔徑算出。進行橋式方案設(shè)計時,應(yīng)使橋梁實際提供的孔徑不小于這一數(shù)值。確定通航凈空及橋面高程 在通航的河流上設(shè)橋,橋下應(yīng)具有一定的高度和寬度(即所謂橋下凈空)以利通航,按河流通航級別的不同,橋下必須按航運主管部門的規(guī)定,選定一較高的水位做為通航水位,并應(yīng)使橋梁在航道上的橋跨跨度不小于航運部門對凈空寬度的規(guī)定;從通航水位到橋梁上部結(jié)構(gòu)底緣的凈高度應(yīng)不小于航運部門對凈空高度的規(guī)定。此外,橋下凈空還應(yīng)考慮木筏、船隊通過的要求。橋梁的通航水位及凈空高度確定后再將橋梁的建筑高度加上,即可確定橋面高程。對于非通航河流的橋面高程,或由設(shè)計洪水位,或由流冰水位各加規(guī)定的余量。此外,由于橋頭引線的路肩高程是和橋面高程緊密相連,一般還需在橋面高程確定后,將相應(yīng)的路肩高程算出,并要求路肩高程高出設(shè)計洪水位一規(guī)定值。上述推算中,對河流因設(shè)橋而引起的壅水,以及風(fēng)浪等高度,都應(yīng)考慮。河流對于橋渡設(shè)計的影響極大:河流對橋渡的影響主要表現(xiàn)在以下三方面:指定頻率的洪水大小、河型及河床演變的幅度和速度。由于流域內(nèi)降雨或融雪,短時間內(nèi)大量徑流匯入河道,導(dǎo)致流量激增、水位上漲的水文現(xiàn)象,稱為洪水。洪水多發(fā)生在每年的夏秋季,常以洪峰流量表示洪水的大小,它是年序列中的一個隨機變量,年際間變化很大。例如,長江中游的宜昌水文站過流斷面,2003年最大洪峰流量為2999m3/s,而歷史上的1870年為105000m3/s。每條河流的各斷面流量在年內(nèi)也是變化的,例如宜昌水文站年內(nèi)最小流量為20003000m3/s,而汛期流量可達(dá)數(shù)萬立方米每秒。洪水的大小對橋渡的影響完全不同,大洪水的動力作用強,在橋墩、橋臺等結(jié)構(gòu)周圍形成很強的繞流阻力,引起周圍河床的強烈沖刷,對橋梁基礎(chǔ)穩(wěn)定性造成威脅。洪水對橋墩的沖刷作用由于橋梁及其附屬建筑改變了原有河道的局部形態(tài),使橋梁所在河道局部變窄,河床由于橋梁建筑的修建開挖有所擾動。當(dāng)遭遇洪水季節(jié),大量洪水?dāng)y帶相當(dāng)量的泥沙以較快的速度自上而下,在橋梁所在處由于河道的突然變窄,過水?dāng)嗝娴拿娣e減小,一方面會在距橋址上游一定距離內(nèi)發(fā)生整體橫段面的壅水,橋前壅水隨來流量的增大而增加,且流量越大,比降越陡,壅水的影響范圍就越?。徊煌臉蛐驮谙嗤髁肯?,橋墩阻水面積比越大,水位變化就越大;在壅水的始發(fā)部位即臨界過渡區(qū),由于水流速的減小一部分泥沙會在重力作用下沉降,而在橋墩部位水流速增大,形成漩渦對橋墩基礎(chǔ)造成很大沖刷,帶走基石,久而久之使橋墩基礎(chǔ)不穩(wěn)固,有可能使橋墩受力不均或者下沉從而使橋梁橋面板受拉,由于鋼筋混凝土抗拉能力小,造成橋面有裂隙甚至開裂斷開造成嚴(yán)重危害。因此對于橋梁的維護就顯得至關(guān)重要,如武漢長江大橋,建成至今有五十多年,每年都需對橋墩的加固,向橋墩周圍拋填幾百噸的巖石。除此之外,洪水還會對鋼筋混凝土的產(chǎn)生氣蝕。當(dāng)很大的水流流速通過橋墩時,在橋墩表面處會產(chǎn)生真空壓使水體有一部分汽化產(chǎn)生氣泡與橋墩粗糙面接觸時破裂巨大瞬間氣壓使表面水泥剝落,減弱了橋墩的抗?jié)B性與抗侵蝕性,還會有一部分水體中有害物質(zhì)進入橋墩與其內(nèi)部的鋼筋反應(yīng),從而破壞橋墩。洪水漂浮物對橋梁的沖撞在有流水、漂木、泥石流等漂浮物的河流中,會增加橋墩額外的負(fù)擔(dān),對橋梁產(chǎn)生不利影響。在設(shè)計橋孔和布置橋墩時應(yīng)特別慎重,在橋墩上游端設(shè)破冰凌或其他防護設(shè)施,有時還應(yīng)考慮小型水庫潰決造成的影響。河型橫跨河流的橋渡或者渡槽等過河建筑物,由于臺墩和引堤對水流的束狹作用,使河道中的水流情況發(fā)生變化促使河床發(fā)生相應(yīng)的淤積變形。這種沖淤在許多情況下會嚴(yán)重影響橋渡的正常運轉(zhuǎn),橋渡設(shè)計時,必須事先作出預(yù)測,對附近河段的自然演變特點以及建橋后可能發(fā)生的變化必須有明確的認(rèn)識,并在經(jīng)濟

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