桥涵水文计算的主要内容与方法

1、 .PAGE8 / NUMPAGES8桥涵水文计算的主要容与方法任鲁杰 （新纪元公路设计XX公司 乌鲁木齐 830000）摘要：桥涵水文计算是桥涵设计的前期的基本工作，结构设计的许多参数都需要建立在水文计算论证的基础上。水文计算的方法很多，但都具有局限性，本文结合实际工作经验，就地区常用的水文计算的容与方法提出自己的一些见解。关键词：桥涵；水文计算；设计流量；冲刷中图分类号：U442.3 文献标识码：B1 前言桥涵水文计算是桥梁设计的主要工作之一，是桥梁设计的依据。它是在实地调查和勘测的基础上，运用历年水文资料与水力学公式计算出设计洪水位和设计流量，以此推算桥梁孔径、墩台基础埋置深度、桥面设计

2、高程等。桥涵的设计人员只有了解水文计算整个过程，才能详细、准确的进行水文计算。水文计算有一个较复杂的计算过程，首先是收集外业资料，如河流的分布区域、河流所属地区气候、降雨和洪水情况与河流的源头到桥位处得汇水面积以与流域间的蒸发量、主河道的长度、桥轴处得形态断面、水文断面、河床比降、桥位处河道地质状况等等，然后利用水文统计法、全国水文分区公式、地区经验公式、形态断面法等方法计算出河流流量，进行流量分析确定出设计流量，利用桥位处形态断面反求水位，进一步推算设计水位与桥梁设计标高，并通过过水宽度确定桥长，最后进行冲刷计算，对桥梁墩台基础的埋置深度进行控制。2 设计流量计算分析方法水文统计法水文统计法

3、适用于大型桥涵项目，要求项目所在流域有水文观测站，可以调查到历年流量、水位与历史洪峰的资料，通过调查、考证等方法对水文资料进行插补和延长，将经过数理统计过的流量资料进行经验频率分析，将经验频率点群绘于海森几率格纸上，目估通过点群分布中心，并兼顾到特大值作曲线，得到经验频率曲线，应用3点适线法确定统计参数 Q、CV和CS，作理论频率曲线、适线、推求设计流量。由于各大流域上水文站建站时间较晚，历年的观察资料较少且中小流域设立的水文站较少，水文统计法在中小桥水文计算中采用的较少，本文不做详细介绍。经验公式法在缺乏历史流量观测资料的情况下，可根据全国水文分区Cv值与流域汇水面积等勘察数据，利用全国水文

4、分区经验公式或地方的流量计算经验公式推算。例如位于G315线的快克提来3号桥，桥位处于沙漠腹地，主要水流为洪水期时的漫流水，历时时间短，水量较小，但2010年7月发生很大洪水，漫滩水流在此桥汇集且把桥位处冲成宽112米，深14.5的冲沟。该桥上下游无水文站，无历史观测资料，洪水过后桥下断面下切无法判断洪水痕迹标高。此河流缺乏历史流量观测资料，故根据全国水文分区经验公式推算设计流量。由分区平均流量公式、分区和计算。以上各参数查高冬光主编的公路桥涵设计手册桥位设计(表3-3-3 P型曲线值表)、(图3-5-1 公路大中桥流量经验公式分区)、(表3-5-1 全国水文分区经验公式表)、(表3-5-2

5、全国水文分区Cv值表)与(表3-5-3全国水文分区Cs/Cv值表)，桥梁位于76区，昆仑山北坡区。查76区：C=0.4 n=0.8 Cv=0.75 Cs/Cv=3.5 Q1%/Q2%=1.15 =3.1550.2 m3/s=50.2（1+0.753.15）=168.7 m3/s1.15168.7=194 m3/s由于分区经验公式要求对各水文参数以与流域汇流面积把握准确，故人为因素影响较大，为了提高计算结果的准确性，可利用全国与地方的经验公式分别计算，取一较大值以偏安全。形态断面法形态断面法是我们日常工作中最常用的方法，计算所需要的参数均可以通过现场调查得到。形态断面法计算的准确与否关键在于以下

6、三点：形态断面位置的选择、历时洪水位的调查测量、河床糙率与比降的确定。形态断面的选择要求以下几点：1）河道顺直， 2）滩、槽力求分明， 3）形态断面与桥位间无支流汇入，4）河槽中无岛与沙洲 ， 5）形态断面的位置尽量便于洪水点的指认和测量。图1 形态断面法洪水点勘测过程示意图根据调查与测量得到的数据绘制形态断面图与河流比降图如下：图2 形态断面图图3 河道比降图根据形态断面与测量到的历史最大洪水位标高，勾绘并求得最大洪水位下的过水面积与湿周，并根据河道比降计算图算出形态断面处的河道比降，利用水力学公式计算出该洪水位下通过的洪水流量。再根据调查的洪水频率换算出我们需要的一定频率下的设计流量。例如

7、：Z807线K25+970处察汗托海2号桥，为跨越冲沟而设的桥梁。桥位两侧无居民居住，无水文站，无历史洪水流量观测资料，滩槽无明显分界线。根据外业测量形态断面如图4所示，综合分析河道与边坡糙率为23，测量计算河道比降i=0.01，现场调查历史洪水位标高为1997.0m。根据图4勾绘出的洪水位下的过水断面面积为7.4m2,湿周12.45m。图4 察汗托海2号桥形态断面图利用水力学公式计算如下：水力半径：R = A/ =7.4/12.45=0.59m式中：R为水力半径，单位m；A为过水断面面积，单位m2。为湿周,单位m。计算流速：V= mR2/3i1/2 =230.592/30.011/2=1.6

8、m/s式中： m为糙率系数 i为河道比降计算流量：Q=AV=7.41.6=11.8m3/s3 推算设计水位桥梁标高设计必须要满足设计水位要求，设计水位是根据拟建桥梁后的形态断面以与设计流量来反推，同样以察汗托海2号桥为例，建成后桥位处形态断面如图5所示，根据建成后的形态断面不同水深对应不同的过水面积与湿周，计算得到对应的流量，当试算得到的流量设计流量时对应的水位标高即为设计水位，各水力要素计算过程见表1。表1 建成后河床横断面水利要素表水深湿周过水面积A水力半径R流速v流量Q水位H0.57.63.30.43 1.34.29 19970.67.840.51 1.56.00 1997.10.784

9、.60.58 1.67.36 1997.20.88.25.30.65 1.79.01 1997.30.98.460.71 1.810.80 1997.418.66.60.77 1.912.54 1997.5图5 拟建后断面图由表1可见，大于设计流量11.8的流量所对应标高为1197.5m，即为设计水位。4 桥孔长度计算按开阔、顺直微弯、分叉、弯曲河段与滩、槽可分的不稳定河段，根据公路工程水文勘测设计规JTG C30-2002 公式（6.2.1-1）计算：式中：Lj桥孔最小净长度（m）；Qp设计流量（m3/s）；Qc河槽流量（m3/s）；Bc河槽宽度（m）；Kq、n3系数和指数。查公路工程水文勘

10、测设计规JTG C302002表6.2.1，确定Kq与n3代入上式即可。桥孔长度的计算值还需与实地情况相比较，桥孔长度计算只是满足设计流量下需要的过水宽度，而具体项目有可能是为跨越沟谷或路线而设，这种情况下就要根据实地勘察的情况来设置桥梁的跨径了。5 推算设计桥面高程境的河流基本为不通航河流，且不考虑流冰对水位影响，按设计水位计算桥面设计高程，根据高冬光主编的公路桥涵设计手册桥位设计相关公式计算：式中：Hmin桥面最低高程（m）；Hs设计水位（m）；h 根据河流具体情况，酌情考虑壅水、浪高、水拱或局部股流壅高（取较大者）、河湾高差诸因素的总和（m）；hj桥下净空安全值（m）；h0桥梁上部建筑高

11、度（m）；桥前最大壅水高度计算桥前最大壅水高度可按高冬光主编的公路桥涵设计手册桥位设计公式（5-3-10）计算：式中：以上各参数根据桥位处地质情况等，查高冬光主编的公路桥涵设计手册桥位设计和公路工程水文勘测设计规JTG C302002相关表格而得。波浪高度计算波浪高度可按高冬光主编的公路桥涵设计手册桥位设计公式（5-3-22）计算：式中：以上各参数根据桥位处地质情况，河流形态，最大风速等，查高冬光主编的公路桥涵设计手册桥位设计和公路工程水文勘测设计规JTG C302002相关表格而得。波浪侵袭高度计算波浪侵袭高度按高冬光主编的公路桥涵设计手册桥位设计公式（5-3-28）计算：式中：以上各参数根

12、据桥位处地质情况，河流形态，桥头引道，沿河路堤导流坝等，查高冬光主编的公路桥涵设计手册桥位设计和公路工程水文勘测设计规JTG C302002相关表格而得。桥下净空安全值与建筑高度不通航河流桥下净空安全值可按照高冬光主编的公路桥涵设计手册桥位设计表（5-3-1）选取，桥梁建筑高度为上部结构底面至铺装顶面的合计高度。6 冲刷与基础埋深桥下一般冲刷根据的普遍地质条件，一般为非粘性土河床，且滩槽没有明显分界，可根据公路工程水文勘测设计规JTG C302002公式非粘性土，滩槽一体计算。按642简化式：式中：按641修正式:式中：以上各参数查高冬光主编的公路桥涵设计手册桥位设计和公路工程水文勘测设计规J

13、TG C302002相关表格可得，一般取两者计算结果的较大值作为我们的一般冲刷深度，但据经验表明64-1式对主流摆动较大、集中冲刷严重的游荡性河段、变迁新河段，计算深度比较合适；对于稳定性河段，特别是平原宽滩河段，算出的冲刷深度偏大；对于大颗粒土质、浅水河段，计算值偏大。墩台局部冲刷计算一般冲刷后墩前行近流速按下式计算：按652式：河床泥沙起动流速按下式计算：墩前泥沙起冲流速按下式计算：墩台局部冲刷根据公路工程水文勘测设计规JTG C302001非粘性土计算。当VV0时，按以下公式计算：当VV0时，按以下公式计算：式中：按651修正式：河床泥沙起动流速按下式计算：墩前泥沙起冲流速按下式计算：当

14、VV0时，按以下公式计算：当VV0时，按以下公式计算：式中：通过对两种公式的计算结果比较，一般取较大值作为局部冲刷深度。根据公路工程水文勘测设计规JTG C302002表7.6.2与7.6.4规定，确定基础埋深的最小安全值为2.0m，如果桥台、桥墩均位于河槽中，墩台基底标高应均低于局部冲刷深度以下2m；如果桥台位于河槽以外，则桥台只需满足一般冲刷深度以与冻土深度的要求，桥墩位于河槽中，依然要满足局部冲刷深度的要求。7 结论以上容是桥涵水文工作主要工作容，但重中之重是设计流量的推算。至于桥长、冲刷、桥面标高计算相比之下要简单得多，因此，本次交流的重点放在设计流量的推算、外业调查、勘测的主要过程以

15、与业工作的主要容和步骤。在进行水文计算时还需注意以下几点：1、桥涵水文与本行业其它专业有所不同，桥涵的水文计算有多样化、复杂化、区域化等特性，所以桥涵水文调查、分析、计算本身并无精度指标要求，特别强调的是将通过各种途径和方法得到的计算结果进行比较、论证后确定最终设计流量，使其更接近实际，更趋于合理。 2、水文计算在一些特殊地质区域受限制，例如局部冲刷在南疆部分地区粉砂地质上算出冲刷深度很大，但实际可能不是冲刷，而是经过长距离渗流等因素影响导致流速下降，其实际结果有可能是淤积。所以水文计算时尽可能参考相似地质区域已经建成的工程实例。参考文献：公路工程水文勘测设计规 JTG C30-2002高冬光.公路桥涵设计手册.人民交通，2001年版铁路设计手册（桥涵水文计算）人民铁道，1960年版叶镇国.水力学与桥涵水文.人民交通，2003年版高东光，王亚玲.桥涵水文（第四版）.人民交通,2008年版1. 若不给自己设限，则 HYPERLINK s:/ duanwenxue /jingdian/ganwu/ 人生中就没有限制你发挥的藩篱。2. 若不是心宽似海，哪有人生风平浪静。在纷杂的尘世里，为自己留下一片纯静的心灵空间，不管是潮起潮落，也不管是阴晴圆缺，