商合杭铁路芜湖长江大桥通航条件及水动力影响试验研究

２ 物理模型
河工模型满足重力相似、阻力相似、泥沙运动等相似准则，泥 沙运动及其引起河床变形相似条件如下 ［１－２］
图 １ 桥址河段河势图 Ｆｉｇ．１Ｒｉｖｅｒｒｅｇｉｍｅｏｆｂｒｉｄｇｅｓｉｔｅ
泥沙起动相似
αＶ０ ＝αＶ
泥沙沉降部位相似
αω
＝αＶαＨ αＬ
泥沙悬浮扩散相似
αωwenku.baidu.com＝αＶ
泥沙输沙相似
αｐ＝αｐ ，αｓ＝αｓ
河床变形相似
αｔ２ ＝αγ０αα２ＬαｐＨ，αｔ２ ＝αγ０αＳαＬαＶ
式中：αＶ０为泥沙起动流速比尺；αω 为泥沙沉降流速比
尺；αＶ 为沙粒摩阻流速比尺；αｐ 为 底 沙 输 沙 量 比 尺；
αｐ 为底沙输沙能力比尺；αｓ、αｓ 分别为悬沙挟沙量和
挟沙能力比尺；αγ０为泥沙干容重比尺；αｔ２为河床冲淤变
图 ２ 模型布置图 Ｆｉｇ．２Ｌａｙｏｕｔｏｆｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌ
床地形冲淤变化具有较好的相似性。
（１） （２） （３） （４） （５）
３ 桥址河段水流运动特性
３．１ 沿程水位 芜湖段上游有大拐弯道，水流在蛟矶附近形成急转弯，造成大拐段河道右岸水位明显高于左岸水位（表
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水 道 港 口
第 ３９卷第 １期
变化较大。 １．１ 水位特征
商合杭铁路芜湖长江大桥所在河道属于感潮河段，本河段水 位受长江径流与潮汐双重影响，主要受长江径流控制，一般每年 ５ ～１０月为汛期，１１月 ～次年的 ４月为枯季，水位每日两涨两落，为 非正规半日潮型，一个涨落潮周期为 １２ｈ２５ｍｉｎ。桥址附近芜湖 站历年最 高 水 位 １０．９９ｍ（１９５４－０８－０１），最 低 水 位 ０．２３ｍ （１９６３－０２－０５），多年平均水位 ４．６６ｍ。 １．２ 流量、泥沙特征
大通站 历 年 最 大 流 量 ９２６００ｍ３／ｓ（１９５４－０８－０１），最 小 ４６２０ｍ３／ｓ（１９７９－０１－３１），平均流量 ２８３３０ｍ３／ｓ。三峡水库蓄 水运行后全年 入 海 总 量 不 变，年 内 分 配 有 所 变 化，主 要 表 现 在 年 最枯月份流量有所增加，洪季 ６～９月份下泄流量不变，汛后 １０月 份流量有所减小。
摘 要：当河道受到自然或人为因素影响而改变局部边界条件时，水流运动将会发生变化，并进一步引
起河床的冲淤调整。桥梁兴建后在一定范围内会造成水动力条件改变，引起局部河床冲淤调整，对工
程河段通航条件带来一定 程 度 的 影 响。以 商 合 杭 铁 路 芜 湖 长 江 大 桥 的 兴 建 为 例，利 用 建 立 的 物 理 模
第 ３９卷第 １期
２０１８年 ２月
水 道 港 口
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒｗａｙａｎｄＨａｒｂｏｒ
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１８
商合杭铁路芜湖长江大桥通航条件及水动力影响 试验研究
陈 述１，张世钊２，赵维阳３，夏云峰２
（１．中铁大桥勘测设计院集团有限公司，武汉 ４３００５０；２．南京水利科学研究院 港口航道泥沙 工程交通行业重点实验室，南京 ２１００２４；３．长江航道规划设计研究院，武汉 ４３００００）
收稿日期：２０１７－０１－０５；修回日期：２０１７－１０－２３ 基金项目：国家重点研发计划（２０１６ＹＦＣ０４０２１０７）；江苏省水利科技项目（２０１５００４） 作者简介：陈述（１９８３－），男，湖北省人，工程师，主要从事桥梁水动力学及通航影响研究。 Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＣＨＥＮＳｈｕ（１９８３－），ｍａｌｅ，ｅｎｇｉｎｅｅｒ．
商合杭铁路芜湖长江大桥工程位于大拐弯道以下与芜裕河道之间的展宽河段，水流条件复杂，工程下 游 ３．５ｋｍ为已建的芜湖长江公铁大桥，南岸为芜湖港区，工程区通航水动力条件以及桥墩布设对下游已建 大桥通航影响，实现两桥通航衔接这些敏感的问题都是需要深入研究。本文在分析工程区水动力及河势演 变特点基础上进行通航论证，对大桥桥址以及修建后的桥区通航水动力条件进行研究分析，进而科学合理 布设桥墩及通航孔，最大程度减小对船舶通航影响。
型，对桥址河段水流运动特性进行试验分析，模拟建桥后对工程河段水动力及通航条件的影响。结合
试验对桥式方案进行优化，对方案通航条件的影响及适应性进行了分析，为桥梁设计提供参考。
关键词：桥梁工程；河工模型；水动力；通航条件
中图分类号：ＴＶ１４３ 文献标识码：Ａ
文章编号：１００５－８４４３（２０１８）０１－００４９－０６
１ 自然条件
商合杭铁路芜湖长江大桥处于芜裕河段，桥位距下游已建芜湖长江公铁大桥约 ３．５ｋｍ。芜裕河段上起 三山河口，下迄东梁山，长约 ４９．８ｋｍ（图 １）。大拐以上为上段，称大拐弯道段，长约 ２５．３ｋｍ。大拐以下为 下段，河道逐渐展宽，形成分汊，称为裕溪分汊河段。大拐弯道段进口承接黑沙洲汊道汇流，深泓傍右岸，过 保定圩以后逐渐向左岸过渡，三坝以下深泓傍左岸。长江在蛟矶上游形成一急转弯，转弯角度 ９５°左右，转 弯半径 ２ｋｍ左右，转弯角度大，半径小，河道在此走向由东西向拐为南北向，左岸山西咀突出，为河道急拐弯 的弯顶，大拐段平均河宽 １７９５ｍ（５．０ｍ水位）。裕溪分汊段的洲头以上干流段，自大拐至曹姑洲头长约 １０．１ｋｍ，该段河道顺直，自上而下逐渐展宽，河道由 １２８０ｍ逐渐展宽到 ３０００ｍ，平均每公里河道展宽 ２２０ ｍ。河道深槽偏靠右岸，芜湖段进口右岸桂花桥以下有大片抗冲性较强的硬质泥边滩，０～－５ｍ边滩最大宽 度 ６３０ｍ，占该断面 ０ｍ河宽的 ４５％左右，－５ｍ边滩外缘河床坡度较陡，深槽逼近，数十年来河床微冲，青 弋江出口以下山前基座阶地紧靠江边，河岸组成多为下蜀土，厚度 １０～１５ｍ，沿岸有弋矶山、广福矶临江而 立，控制芜湖段河床变化。曹姑洲头至东梁山，河道分汊，曹姑洲、陈家洲顺列江中，水流分散，汊道分流比
化时间比尺。
模型水平比尺 λｌ取 ５００，垂直比尺 λｈ 取 １２０，变率 为 ４．１７，模型上游边界位于大拐弯道上段伍显殿，采用
量水堰进行流量控制，下游边界位于东、西梁山，采用手
摇式推拉尾门进行水位控制（图 ２）。通过对模型水面
线、断面流速 分 布 及 汊 道 分 流 比 验 证，以 及 河 床 地 形 冲 淤变化相似的验证，表明物理模型与现场水流运动及河