公路桥涵水文计算方法

2012年第11卷第6期

公路桥涵水文计算方法探讨

□杜江宇

【摘

要】科学合理的进行桥涵水文计算是确保公路桥梁安全性与适用性的一项重要措施。本文从桥梁形态断面、设计流量以

及洪水位、大中桥孔径和河床冲刷深度四个方面，探讨了水文计算方法的具体应用。

【关键词】公路桥梁；水文计算；计算方法

【作者单位】杜江宇，中铁二院工程集团有限责任公司

为了确保公路桥梁能够取得良好的经济效益必须确保其安全性以及适用性，

其中水文计算是公路桥梁设计施工中的一个关键环节。水文计算主要包括形态断面、洪水水位、设计洪水流量、桥孔设计以及河床的冲刷深度等方面的计算。本文结合笔者多年工作经验，就公路桥涵水文计算方法进行了深入探讨。

一、正确计算形态断面

（一）选择科学合理的形态断面。一是在接近均匀流的河段上，通常对于河道的要求顺直，确保水流通畅，河床相对稳定，河滩比较小，河滩和河槽的洪水流的方向相同，并且不存在河湾、河汊以及沙洲等阻塞水流等这些问题。二是尽可能接近调查的历史洪水位，然而距离桥位也不能太远。在形态和桥位断面之间，不能有支流汇入，也不能有分流或者壅水问题存在。三是形态断面一定要和洪水流的方向垂直，形态断面的形状尽可能与出现洪水时候的实际状况相符合。

（二）计算水文断面的流速、流量以及平均流速，可以利用谢才－满宁公式进行计算：

槡v =c Ri ；c =1n

R 1

6

其中：ν表示断面平均流速（单位为米/秒），针对复式断面，必须单独计算河槽和河滩断面的平均流速；n 表示粗糙系数；R 表示水力半径（单位为米）；i 表示洪水比降。

二、计算设计流量以及洪水位

（一）计算设计流量的主要方法。推算桥涵设计流量应当根据《公路桥位勘察设计规范》中的相关规定，按照所掌握的有关资料，采取正确的方法进行计算。当前，针对大、中河流，假如实测流量资料较为充足，通常采取数理统计法，也就是水文统计法，

反之，则普遍采取间接方法或者利用经验公式进行计算，如果掌握了的实测暴雨资料较为充足，也能够根据暴雨资料利用成因分析来计算。

（二）推算设计水位的基本方法。如果桥位周边有水位站对历年的水位进行了实测，通常采取频率的方法进行计算，计算的基本原理以及方法与流量频率的计算原理与方法相同。如果桥位周边没有实测水位资料的话，通过对桥位处的设计流量进行计算，一般采取形态法推算出设计洪水位。

三、计算大中桥孔径

（一）布置桥孔的基本原则。一是确保设计洪水与其所夹杂的泥沙可以顺利宣泄，

以免对河床造成对桥梁不利的变形，并且可以符合安全通航、流冰以及漂浮物能够顺利通过。二是符合天然河流断面的流量分配，在冲刷之前两侧河滩的桥下过水面积的比值，

应与两侧河滩的流量的比值大致接近。三是充分考虑桥位河段的天然特征，相关水工建筑物产生的影响，同时注意河床变形以及水流变化对于桥梁造成的影响。四是尽量兼顾当地的发展规划，与当地的农田水利设施有机结合。严禁建桥之后的桥前壅水对两岸河堤、

农田以及村镇构成危害；特别是在一些平原地区，通常根据桥前壅水的允许高度来对桥梁长度进行控制。五是根据

《公路工程技术标准》的相关要求，对于跨径小于60米桥孔，尽量选择标准跨径。六是关注地质状况，

严禁将桥梁的墩台基础设计在溶洞、断层等不良地质的位置。七是充分考虑施工的实际条件以及经济效益，全面衡量，采取科学合理、经济可行的桥孔布置方案。八是在选择桥梁跨径方面，应当综合考虑桥梁的美学性要求，尽可能实现跨径与桥高之间的协调以及美观性。

（二）确定桥孔的长度。一是在峡谷河段可以根据河床的地形进行布置，尽量不要压缩河道，无需对桥孔的最小净长度进行计算。二是针对较为开阔、微弯、顺直、分汊、弯曲的河段以及滩、槽分开的一些不稳定河段，宜根据如下公式对桥孔的最小净长度进行计算：

L j =K q

Q p

Q []

c

n 3

B c

其中：L j 代表桥孔最小净长度（单位为米）；Q p 代表设计流量（单位为立方米/秒）；Q c 表示河槽的流量（单位为立方米/秒）；B c 表示河槽的宽度（单位为米）；K q 代表系数；n 3表示指数。在实际布设桥孔过程中，除了应当符合以上要求之外，还应当充分结合桥位的地形、冲刷深度、桥前的壅水以及河床地质状况，针对各种桥长进行技术经济对比，全面论证之后才能确定。

（三）计算桥面的标高。确定桥面的最低高程必须根据设计洪水水位、最高的通航水位、由于桥梁建筑而导致的水位升高、通航船只的净高以及桥梁等构筑物得高度等各种因

2012年第11卷第6期

一台110kV主变压器故障的综合诊断分析

□宋倩张辉宋岩峰

【摘要】本文通过对一起110kV变压器事故的调查分析，结合现场测试数据及返厂吊罩检查，确定该变压器35kV侧A相匝间短路放电造成部分导线烧断和绝缘损坏。色谱分析结合高压试验确定的故障部位在吊罩检查中得到了准确验证。【关键词】变压器；油色谱分析；试验

【作者单位】宋倩，张辉，宋岩峰；冀北电力有限公司廊坊供电公司

一、引言

变电站主变压器是电网中的重要设备之一，当主变压器发生严重故障时，往往造成严重后果，损失大量负荷，因此，对其出现的故障及时、准确地进行诊断，关系到整个电网的安全稳定运行。本文对一起主变事故通过油色谱分析和高压试验分析，确定了事故原因及故障位置，吊罩检查验证了现场检查分析判断的准确性，为以后同类故障的现场判定提供了借鉴。

二、故障设备情况分析

某供电公司某110kV变电站，在运变压器型号为SSZ9－50000/110，接线组别为YN，yn0，d11。2010年11月29日投入运行。2011年5月4日17时55分03秒，站内10kV侧237线路过流Ⅱ动作（AC相），重合成功；17时55分36秒，站内10kV侧237线路过流Ⅱ动作（AC相），重合闸动作，同时该主变本体重瓦斯动作，跳开三侧断路器。检修人员及时赶到现场，从观察窗中检查发现瓦斯继电器中约有2/3的气体，现场立即对瓦斯中气体进行了采样点燃，发现气体可燃并释放出蓝色火焰，判断乙炔为主要成分。初步判断此主变压器内部出现突发性严重故障。

（一）油色谱分析。对变压器的瓦斯气样、变压器本体的上部和下部取油样进行色谱试验分析，得出以下数据（见表1）

表1色谱试验数据

取样部位H2CO CO2CH4C2H6C2H4C2H2总烃变压器下部721．18728．65238．35193．2212．77173．47238．42617．88变压器上部758．79813．85202．68247．5719．74257．24344．13868．68瓦斯气样6906193052904．81182851．8122006327．920408

数据分析判断：

1．用特征气体法初步判断故障的类型。总烃高，C2H2高，并构成总烃主要成分，H2较高，可以初步判定为电弧放电故障。

2．用“三比值”法进行故障性质的初判断。根据试验数据，对下部、上部的色谱试验数据进行“三比值”计算，同样得出三比值编码为“102”，分析可能的典型故障：在频续流的放电，线圈、线饼、线匝之间或线圈对地之间的油的电弧击穿，有载分接开关的选择开关切换电流的高能量放电的故障。而且CO

2

/CO比值＜3，故障点很可能已经涉及到了固体绝缘。

素进行综合考虑。如果设置的高程太大，将提高工程的投资；如果设置的标高太小，容易导致桥位上游无法正常通航以及局部产生洪涝灾害，甚至会对桥梁的安全以及桥位上游局部地区的居民的生命以及财产安全构成威胁。所以，必须根据当地的社会、经济、政治、军事、交通运输业的发展以及工程项目的技术经济等各种因素，进行分析综合，确定科学合理的高程。

四、正确计算河床冲刷深度

为了确保设计洪水能够在桥下顺利的通过，必须保证桥梁墩台基础有充足的埋置深度。建桥之后桥梁的冲刷非常复杂，通畅可以分成三个独立的部分，也就是自然演变、一般冲刷以及局部冲刷。如果它们是独立依次进行，可以单独进行计算然后叠加，当作墩台的最大冲刷深度以及设计墩台基础埋置深度的主要依据。因为目前自然演变冲刷尚无科学的理论计算依据，在计算的时候往往与一般冲刷合并考虑。

所以计算的时候往往只对一般冲刷以及局部冲刷进行计算。当前普通采用的方法是根据桥跨下河床断面的主要特性以及土质特性之间的区别，单独建立公式进行计算。

五、结语

计算公路桥梁的水文主要计算设计洪水流量、桥孔设计以及洪水冲刷等，目前普遍采取经验公式，确定一些经验系数。因此，经验系数的取值对于水文计算是否准确有很大的影响，如何获得确定计算系数的理论根据，防止取值的盲目性，是一个非常值得深入研究的课题。

【参考文献】

1．中华人民共和国交通部．公路工程水文勘测设计规范（JTG C30－2002）［S］．北京：人民交通出版社，2002

2．严义顺．水文测验学［M］．南京：河海大学出版社，2002