公路桥涵水文计算方法及流程研究

公路桥涵水文计算方法及流程研究
摘要:本文基于笔者多年从事水文水力计算的相关工作经验,以公路桥涵水文调查与计算为研究对象,论文首先分析了水文调查及测量的思路,进而探讨流量的确定方法,再次寄出上,给出了详细水文计算思路,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

桥涵水文调查是公路工程外业调查的基础工作,是合理确定桥涵孔径,控制工程规模的主要依据。

本人就多年来多条高速公路调查经验探讨一下合理、适用的桥涵水文调查方法。

关键词:公路桥涵水文调查计算
1 水文调查及测量
水文调查工作主要是在桥位上下游调查历史上各次较大洪水的水位,确定河槽断面、滩槽划分、洪水比降和河床糙率,推算相应的历史洪水流量,作为水文分析和计算的依据;同时调查桥位附近河道的冲淤变形及河床演变,作为确定历史洪水计算断面的桥墩台冲刷深度的依据。

1.1 资料收集
(1)收集路线范围水系包含全部汇水面积的小比例地形图,从地形图量绘各桥涵位置的控制汇水面积、流域长度、宽度、坡度等特征值。

(2)收集地区水文手册、水文水位站资料。

(3)收集项目的防洪影响评
价报告。

(4)地质报告中河床质颗粒分析或塑、液限试验表。

1.2 水文调查及测量
(1)项目主要河流分布、特征,各河主要跨河工程的分布情况、运用情况及对桥位河段流量、流向、冲淤变化情况的影响,水利规划和河道整治方案。

(2)项目区有无水文站或水位站及距各桥位的距离。

(3)项目区有无水库、分洪区和滞洪区,与之有关系的桥址及距离。

(4)桥址区地形、地貌、植被情况、土壤类型等特征。

(5)形态断面选择在洪痕分布较多、河岸稳定、冲淤不大、泛滥宽度较小、无死水和回流、断面比较规则顺直河段上,宜与流向垂直。

调查历史洪水情况时,应细心访问沿岸居民,查明历史洪水痕迹以及发生的时间(包括年月日)、大小和频遇程度。

洪水痕迹是在历史洪水位处的标志。

同一次洪水至少在两岸上下游调查3～5个可靠的、有代表性的洪痕点,并应考虑壅水及波浪的影响,以作必要的修正。

对于每个洪水位,均应在现场标记编号,测定其位置和高程,并根据调查情况详细描述,作出可靠性评价。

历史洪水位相应的洪水流量,可按明渠均匀流的方法进行计算。

(6)水文断面应在桥位上下游格测绘一个;对河面不宽的中桥,可只测绘一个;当桥位断面符合水文断面条件时,桥位断面可作为水文断面。

(7)测绘范围:平原宽滩河流测至历史最高洪水泛滥线以外50 m,山区河流测至历史最高洪水位以上2～5 m以上。

(8)绘制内容:应绘出河床地面线、滩槽分界线、植被和地质情况、糙率、测时水位、施测时间、历史洪水位及发生年份、其他特征水位等。

现场确定滩槽分界线、植被
和地质情况。

(9)河床比降的测量,水文断面上游不小于2倍河宽,下游不小于1倍河宽。

2 设计流量确定
2.1 有资料地区
(1)防洪评价报告中摘取。

(2)上下游水库资料引用。

(3)地区水文手册中摘取。

青海清水河6#大桥设计流量,由《青海省湟中-水文水利计算手册》某调查点:清水河F=2379 km2,长度106 km,坡度0.85%,n=0.040～0.045,重现期100年的流量为2780方/s(见手册P223)。

2.2 无资料地区
我们设计的项目大部分桥涵均为无现成资料可利用的,需要我们设计工作者选用相应的方法自行计算。

2.2.1 设计流量计算公式取用的原则
(1)汇水面积小于1 km2处可不计算流量,按构造涵洞尺寸设置涵洞。

(2)汇水面积小于30 km2的桥位,采用小桥涵设计暴雨洪水流量计算方法径流厚度法应用文件确定其设计流量。

用其他公式或洪水资料做校对。

(3)汇水面积在30～100 km2的桥位,采用小桥涵设计暴雨洪
水流量计算方法推理公式设计,暴雨洪水流量计算方法经验公式计算其流量。

应用范围可延伸至300 km2。

用其他公式或洪水资料做校对,若有洪水调查资料,以形态断面调查为主。

(4)汇水面积大于100 km2的桥位,上下游均无水文观察资料情况下,可通过水文调查,采用形态断面法确定流量,用分区经验公式做验算。

(5)汇水面积较大时,最好用多种方法相互验证。

2.2.2 讨论形态断面法
所谓形态调查法即实地考察历史上发生过的洪痕,并通过河道地形、纵、横断面、洪痕高程及位置等形态资料的测量,在按水力学方法推算历史洪峰流量。

目前,主要通过建立形态断面,并绘制形态断面图,确定主河沟的糙率,主河沟平均坡度。

有条件时实测水位和流速。

结合形态断面进行洪水调查,确定比较可靠的某一历史洪水位及相应的频率。

同时确定历史洪水位在形态断面上的过水面积和相应的比降等资料。

推算形态断面上的历史洪峰流量,进而求得规定的频率的设计流量。

3 设计水位确定
根据确定的流量利用形态断面法根据谢才-曼宁公式计算水位标高。

4 桥梁孔径的确定
(1)桥孔最小净长度按《公路工程水文勘测设计规范》中6.2.1-1、6.2.1-2和6.2.1-4式计算。

桥孔不宜压缩河槽,可适当压缩河滩。

(2)桥孔布设还应结合上下游已建桥梁的孔径布设以及发生较大洪水特征年份的行洪状况确定。

(3)河床的滩、槽划分准确与否,对桥孔长度计算影响极大,应根据河段平面形态、植被分布情况在桥位现场认真调查研究合理划分河床滩、槽。

(4)河滩、河槽的洪水糙率系数应按规范规定合理确定。

5 桥面最小标高的确定
桥面设计高程按《公路工程水文勘测设计规范》中6.4.1-1式计算。

不通航的内陆地区桥面最低高程计算,全面考虑设计水位、壅水高度、桥下净空、桥梁上部构造建筑高度。

特别注意一点:桥下行洪高度为盖梁底面以下,应为盖梁为与水流方向相交的,是一个阻水面。

6 冲刷计算
墩台冲刷按5公路工程水文勘测设计规范6中7.3.1-1、7.3.1-4、7.3.1-5、7.3.2-1、7.3.2-2式计算。

注意区分粘性土河槽和非性土河河槽,计算结果并以冲刷线的形式反映在桥型布置图中。

7 调整构造物设置调查
调治构造物是桥梁工程的重要组成部分,常见的形式有导流坝、丁坝及其他桥头防护工程。

调治构造物的主要作用在于调节水流,使
水流均匀畅顺地通过桥孔,防止桥位附近的河床和河岸发生不利的变形,以保证桥梁墩台和桥头引道的正常使用。

是否设置导流工程,应根据河滩流量占总流量的比例来确定。

根据经验,当单侧河滩的河道,桥梁引道阻断的流量占设计总流量的15%,或双侧河滩,以中中泓线将设计流量分为两部分,桥梁一侧引道阻断的流量占该侧流量的15%时,可设置导流堤;小于上列数值时可修建梨形坝;小于5%时, 加固桥头锥坡即可。

8 结语
以上内容也是一个桥涵水文调查的流程,调查工作可循此过程进行。

望本文对同行的工作有所借鉴。

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