桥梁通航净空尺度探讨剖析

1、桥梁通航尺度 (2009-05-05 22:38:22)桥梁通航净空尺度探讨在所有的临、跨、过航道的建筑设施中 , 桥梁对航道的影响最大 , 而且桥梁的通航净空尺度和通航孔的布设直接影响通航能力和航行 安全, 对桥梁的通航净空尺度的控制将对航道的发展和船舶的航行带 来深远的影响。通过对新长铁路、宁启铁路等协调工作 , 对淮江、宁 杭、宁宿徐等多条高速公路跨航道桥梁的预可、工可、初设审查 , 对 桥梁的通航净空尺度想法阐述如下。1 桥梁通航尺度的组成按照内河通航标准 (GBJ139-90)( 以下简称“国标” ) 的界定 , 桥梁 的通航尺度涉及桥梁的通航净空、 桥位、设计通航水位 3 个主要部

2、分 , 其中, 通航净空由通航净高、 净宽、侧高和上底宽组成 ,并涉及航道中 心线、航道宽度等。在上述的 3 个主要部分中 , 影响最大的是通航净 空尺度。通航净空尺度虽然由 4 个基本元素组成 , 但净空尺度却与桥 位、通航水位密切相关 , 如对一些不甚理想的桥位 , 或对通航影响较大 的桥位 , 在桥梁的设计时 , 可通过调整桥梁的通航净空尺度来满足船 舶航行和航道规划的要求。 且由于大、中桥一般都是公路、 铁路桥梁 , 为了优化公路、铁路的线型 , 减少项目的投资 , 其桥位一般都难以调整 常常通过调整通航净空及孔跨布设来达到满足通航要求的目的。 现在 建桥基本摒弃了拱桥这种旧式桥型 ,

3、 且由于变截面梁的桥梁一般都为 大跨径 , 所以, 如果满足通航净高和净宽的要求 , 也同时满足侧高和上 底宽的要求 ,“国标”中也说明对跨径较大的桥梁 , 可不考虑上底宽等 因素。因此 , 本文将主要讨论桥梁的通航净高和净宽这 2个最基本、 也是最主要的尺度。1 1桥位涉及的通航净空尺度及其要求按照“国标”的要求 ,对非 1 跨过河、中有墩柱的桥梁 （大多数的跨航 道桥梁 ）, 它们应同时符合下述规定。 而对 1 跨过河、中无墩柱的桥梁 , 其位置与航行无关。（1）桥址应选择在河床稳定、航道水深充裕、水流条件良好的平顺河 段。这是保证船舶在桥梁通航孔中航行的基本条件。“河床稳定” : 指桥址

4、必须处于稳定的河段 ,包括航道的中心线位置 （ 即航道的基本 走向） 、航宽等在多年内变化甚微 , 且没有大的淤积、摆动和偏向的。 “航道水深充裕” : 指桥址处的航道水深能满足目前航道等级要求的 水深值。一般地 , 桥梁设计单位须进行桥址处上下游数百米范围的航 道断面的测量 ,并在桥梁平面图上画出航道的水深等值线 , 同时在桥 梁的立面布置图 （桥型方案图 ）上画出航道断面,以此作为水深值的 校验。“水流条件良好” : 指桥址处的航道水流不应有横流、偏流或较大流 速。（2）桥址应远离浅滩、锚地、弯道、交叉口。其距离桥梁上游方向不 得小于顶推船队的 4倍或拖带船队的 3倍;距离桥梁的下游方向

5、, 不得 小于顶推船队的2倍或拖带船队的1 5倍。在航道的险滩、弯道、 汇流口,船舶航行比较困难 , 或需要谨慎驾驶的地方 ,如果桥梁建在此处,必然会增加船舶驾驶难度 , 影响航行安全。因此 ,桥址的选择应远 离这些地方。 而港口作业区和锚地是船舶作业频繁、 抛锚编解船队作 业的水域 , 自然不宜增设任何水上设施。由于航道水流的方向 , 因此 , 物体位于桥梁上游时 , 其与桥梁的距离要大于它们位于桥梁下游时的 距离。但对于一些特殊的航道 , 如通江、通海及通湖区的航道中临江、 海、湖的某些航段 , 以及临近大型水利设施的航段 , 常常存在双向水头 因此,不论已有建筑设施或浅滩等位于待建桥梁的

6、上游或下游, 均应取用其位于桥梁上游时的距离测算。 相邻2座桥的轴向间距，II V级航道不得小于船队长度加船队下 水5min航程之和；W %级航道不得小于船队长度加船队下水 3min 航程之和。这是新建的桥梁距原有桥梁及水上跨河管道之间的最小距 离。这是为了保证船舶航行和桥梁的安全 , 不致降低桥址段航道的通 过能力。与(2)中论述相同，该尺度应按W级航道船队尺度或主要船队 尺度取用。值得一提的是 , 对江苏省比较狭窄的航道而言 , 因为都为限 制性航道，根据“国标”第4 1 4条的规定“桥梁宜1跨过河”， 在桥梁设计时应在航道等级标准净空尺度的基础上 ,1 跨过河 , 水中 不设墩柱。 对此

7、, 桥址可不受上述 (2) 、(3) 的限制。 要注意的是 , 设计 最高通航水位时的水面宽度为“ 1 跨过河”时要控制的宽度。在某些 情况下 , 水面宽度难以确定时 , 一般可采用 2 个步骤计算 : 取用等级 标准航宽和常水位时的水面宽度两者中的大值 ； 如果有航道整治规 划设计航宽 , 可直接取用航道设计驳岸间的宽度 , 或者采用航道养护 疏浚工程使用的维护航宽与中所得航宽对比 , 取其大值。1 2桥梁通航净宽尺度及要求 如果确定了桥位 , 就相应确定了桥梁的通航净宽及桥梁的平面布置。 如果桥梁非 1 跨过河时,桥梁平面布置涉及的通航尺度有以下 2 个方 面:(1) 桥梁轴线的法线方向应

8、尽可能与水流方向一致 ,其偏角不得大于 5, 若超过 5, 净宽必须相应加大 , 应满足垂直于水流方向上的净 宽投影值, 不小于等级航道标准要求的最小净宽值。在桥梁设计时 , 为了保证公路或铁路线型的经济、 流畅,以及桥梁接线的经济等 , 对跨 河桥梁轴法线与航道的水流的夹角常常设计得过大。对于这种超过 5交角的桥梁 , 可以按 2 种方案来优化桥孔布设 : 在尽可能的情况 下,重新局部调整公路或铁路的线型。 加大桥梁的通航净宽值 , 加大 到垂直水流方向上的投影值不小于等级航道标准要求的最小净宽值 , 即满足实际的通航净宽值。船舶航行时 , 是以桥孔下的直线通道来作 为航行通道的 ,因此,为

9、了避免航行事故的发生 , 必须避免在桥梁的上 下游变换航行方向 , 这对拖带船队和顶推船队尤为重要。不论上述 2 种方案中的哪 1 种,都必须调整桥墩 (或墩柱)的方向, 尽量做到“斜桥 斜做”。若受桥梁的桥型或施工难度等因素限制 , 难以做到“斜桥斜 做”, 可采用错孔布设 ,即桥梁左、右半幅的墩柱按航道中心线或航槽 线方向错开布设 , 并在净宽满足投影值的基础上 , 适当加大净宽值 , 以 保证船舶航行的安全。(2) 桥梁通航孔的布设是否与航道中心线一致 , 否则应调整通航孔中 心线或航道中心线。对于有规划中心线的航道 , 在条件许可的情况下 , 通航孔布设尚应同时满足规划中心线的要求。

10、目前江苏省绝大多数航 道尚无规划设计方案 , 航道中心线为航道深泓线。因此桥梁设计过程 中,应对桥位进行勘测，对桥梁上下游约500m的范围内的航道进行断 面测量,标示测量范围内的等深线和航道深槽 ,并勾画出航道深泓线 , 用以确定航道走向。如果某些航道经过了规划论证 , 有了明确的规划 中心线, 桥梁的孔跨布设应同时满足现有的和规划的中心线要求 , 即 桥梁的通航孔净宽值必须能涵盖现有航道和规划航道。此时 , 可采取 1 跨包含的方式 , 或者桥位处规划的航段是航道改线段 , 如裁弯取直 等。现有航道与规划航道距离较远 ,可分别设置 2个通航孔,以满足现 有航道和规划航道的通航需要。如改建的邳

11、州大桥 , 设置了 2 个主通 航孔,1 个通航孔是规划通航孔 ,为旱桥, 另1个通航孔为供目前船舶 航行的通航孔。1 3桥梁的立面布置对通航净空尺度及要求 桥梁的立面布置中涉及航道通航水位、净高、净宽、侧高、上底宽等 尺度及承台设置等 , 它应同时遵循以下 3个方面:(1) 桥址段航道设计最高、最低通航水位应经论证。 航道设计最高通 航水位是确定桥梁通航净高 ,以及桥梁承台顶高程的控制水位 ; 最低 通航水位是校核桥下水深值的控制水位 , 也是桥址选择的依据之一。 架设桥梁处的航道最高、 最低通航水位应由有关部门提供或论证。 随 江苏航道定级发布的水位基准点 , 苏南地区为吴淞零点 , 苏北

12、地区为 废黄河零点。(2) 通航孔内不得有突出净空范围的任何构件 ,特别应该注意的是 , 对水中设有墩台的桥梁 , 其承台应设置在设计最高通航水位以上或航道 设计底高程以下 , 如现有航道底高程低于航道设计底高程 , 以现有航 道底高程计。 桥梁通航净空是指通航净空范围内的立体空间值, 以桥梁与航道正交而言 ,其竖向范围 （Z 轴）是从位于梁底附近的上底宽线 到规划的航道设计底高程，横向（X轴）范围为左右桥墩、或承台间的 最小净距离，纵向范围（Y轴）为桥梁宽度，在此空间范围内不得有任 何突出构件存在。如果桥梁设有承台 （ 墩台 ）, 且承台设置在最高通航 水位以下 , 淹没在水中 , 这样极易

13、造成海损事故。如原邳州大桥 , 其水 下承台被船舶和船队撞击过 108次, 使得该桥过早地成为危桥 , 不仅 给船舶航行安全带来极大的隐患 , 也影响到桥梁自身安全。 桥梁承台 顶部应设置在航道设计最高通航水位以上或航道设计底高程以下 , 以 保证桥梁和船舶航行安全的需要。 若现有航道底高程低于设计底高程 自然以现有航道底高程为准。 目前, 江苏尚有相当部分的桥梁 , 承台在 最高通航水位以下 , 因此, 不得不采用钢护筒将通航孔的承台内侧保 护起来。钢护筒的高度应超出设计最高通航水位以上1m左右,同时注意对桥涵标的养护 , 使之夜间发光引航。采用钢护筒的方法只是权益 之策。（3）桥梁不应过于

14、缩小航道的过水断面 ,不得使通航 孔附近产生危害船舶航行安全的不良水流。对于航宽较大 , 水运较繁忙的航道 , 在条件允许的情 况下, 应设多孔通航 , 或加大通航孔的净宽 , 且桥墩的外 部形状在迎水面和背水面要设计成孤形 , 不影响通航孔附近水流流态。对于江苏绝大部分列入省干线航道网中 的航道。(4) 桥梁的通航尺度应不小于国家规定的等级航道 通航净空标准和有关的技术要求。2 一些桥梁通航净空尺度的认识误区综上所述 , 在设计桥梁的通航净空时应考虑到桥位、 航道中心线、航道通过量、航道现有宽度、桥梁与航道的 交角、通航水位、承台设置等。但在桥梁的设计中常存在 一些错误的认识 , 给桥梁的设

15、计和施工进度、桥梁和航行 安全带来一些不利影响。概括有以下几点 :(1) 通航净宽只要满足航道等级标准就可以。“国 标”中的通航净宽值是指最小的净宽值 , 即设计的桥梁净 宽不得小于该值。应“满足通航要求”才行。通航要求涵 盖了通航净空尺度 , 而桥梁与航道之间的关系 ,不是一个 通航净空尺度，如V级航道的38mK 5m就可以解决的。(2) 较宽、较高的桥梁 , 不能只画标准通航净空图。 因为通航净空应该是同时满足通航孔内的最大净高和净 宽。因此 , 此时净空图应按最大净高和净宽标示。(3) 有的桥梁设计 , 将承台设置在最高和最低通航水 位之间,形成了水下障碍 ,这种设计是相当危险的。(4)

16、 有时考虑航道的航运实际情况 , 设置多孔通航 (如2孔通航), 但将2孔之间的墩柱设置在航道中心 ,认 为与公路上一样 , 船舶可按左、右边分别通航。这是一种 十分错误和危险的认识。船舶在航行到桥梁时 , 如果附 近没有其他待过桥的船舶 , 将沿航道中心过桥 ; 而且根据 船舶特性 , 为减小水流阻力 , 船舶一般都是航行在内河 （特别是等级较低的 ）航道中心 , 因此, 不可能在过桥时主 动地偏到航道一侧 （ 除非在桥下交会 ）; 况且正常情况下 , 航道中心的流速应该是最大的 , 此时, 位于航道中心的墩 柱对水流流态的影响较大 , 易形成不良水流。（5）在桥梁的设计中 , 存在下述净宽

17、计算上的误区 , 现举例说明。1座跨W级航道的高速公路桥梁通航孔的设 计平面布置示意。通航孔净跨 L= 60m, 承台长 A= 20 0m,桥梁轴法线与航道中心线交角 a =40 图 1 高速公路桥梁通航孔的设计平面布置示意 虽然通航孔净跨为60m,如果折算为垂直于航道中心 线方向的投影宽度为60X cos40 =45 96m,大于“国标”要 求的45m,似乎满足45m的净宽标准，但是由于船舶在桥 下是直线航行 , 其实际可航行宽度是两承台之间的最小 宽度B,即实际的通航净宽,B=L x cos a -A x sin a =60x cos40 -20 x sin40 =45 96-12 86=

18、33 10m45/cos40 =58 - 74m取60m此时有两种情况 :桥梁为“斜桥斜做” , 即桥梁承台按航道走 向布设,其边线平行于航道中心线 ,一般来说, 此时桥梁 通航孔的净跨值应满足其在桥梁轴法线方向的投影值不小于“国标”规定的通航净宽，即L45/cos a ,可取60m 桥梁为“斜桥正做”，即如图1所示，此时，若仍取60m的 净跨值 , 则实际通航净宽比标准净宽小 , 由于高速公路桥 梁宽度一般与公路同宽，所以本例中的承台20m的长度 是固定的 , 因此实际需要的净跨值可以通过解下述一元 一次方程得出 :设需要的实际净跨值为 y, 则y x cos40 -20 x si n40 45m解得：y 75 53m所以, 相同条件下 , “斜桥正做”需要的净跨值(75 53m)比“斜桥斜做”采用的净跨值(60m)大了不少。 上述算式也可用来校核桥梁中孔通航净