论河流与桥渡的相互影响

论河流与桥渡的相互影响

摘要：桥渡不仅在国民经济生活中发挥着积极的交通功能，在防洪、抢险

与救灾的紧要关头也显示出强大的支撑作用。在跨河桥梁的工程设计、维护、

管理中，需要研究桥梁结构与河流的相互作用关系，以保证桥梁设计的经济

性和运用的安全性。本文旨在研究河流与桥渡的相互影响，并主要从河流对

桥渡与桥渡对河流的影响两个方面展开讨论，详细阐述河流与桥渡之间的密

切关系。

关键词：河流；桥渡；冲刷；洪水

河流是地球上水分循环的重要路径，对全球的物质、能量的传递与输送起着重要作用。而桥梁是陆上交通道路（包括铁路与公路）跨河的纽带，是长大交通干线安全运营的重要节点。河流与桥渡是跨河桥设计中的一对矛盾统一体，相互影响相互作用，因此在跨河桥梁的工程设计、维护和管理中，需要研究桥梁结构和河流之间的相互关系，根据河流的洪水情势及河床的冲淤变化等进行设计，以保证桥梁设计的合理性、经济性、安全性等。

1. 河流对桥渡的影响

河流对桥渡的影响主要表现在以下三方面：指定频率的洪水大小、河型及河床演变的幅度和速度。

1.1 指定频率的洪水大小

由于流域内降雨或融雪，短时间内大量径流汇入河道，导致流量激增、水位上涨的水文现象，称为洪水。洪水多发生在每年的夏秋季，常以洪峰流量表示洪水的大小，它是年序列中的一个随机变量，年际间变化很大。例如，长江中游的宜昌水文站过流断面，2003年最大洪峰流量为29993/

m s，而历史上的1870年为1050003/

m s。每条河流的各断面流量在年内也是变化的，例如宜昌水文站年

内最小流量为2000~30003/

m s，而汛期流量可达数万立方米每秒。洪水的大小

对桥渡的影响完全不同，大

洪水的动力作用强，在桥

墩、桥台等结构周围形成很

强的绕流阻力，引起周围河

床的强烈冲刷，对桥梁基础

稳定性造成威胁。因此，

设计洪水的大小是桥渡设计必不可少的一部分。

表公路桥涵路基设计洪水频率

1.1.1 洪水对桥墩的冲刷作用

由于桥梁及其附属建筑改变了原有河道的局部形态，使桥梁所在河道局部变窄，河床由于桥梁建筑的修建开挖有所扰动。当遭遇洪水季节，大量洪水携带相当量的泥沙以较快的速度自上而下，在桥梁所在处由于河道的突然变窄，过水断面的面积减小，一方面会在距桥址上游一定距离内发生整体横段面的壅水，桥前壅水随来流量的增大而增加，且流量越大，比降越陡，壅水的影响范围就越小；不同的桥型在相同流量下，桥墩阻水面积比越大，水位变化就越大；在壅水的始发部位即临界过渡区，由于水流速的减小一部分泥沙会在重力作用下沉降，而在桥墩部位水流速增大，形成漩涡对桥墩基础造成很大冲刷，带走基石，久而久之

使桥墩基础不稳固，有可能使桥墩受力不均或者下沉从而使桥梁桥面板受拉，由于钢筋混凝土抗拉能力小，造成桥面有裂隙甚至开裂断开造成严重危害。因此对于桥梁的维护就显得至关重要，如武汉长江大桥，建成至今有五十多年，每年都需对桥墩的加固，向桥墩周围抛填几百吨的岩石。

除此之外，洪水还会对钢筋混凝土的产生气蚀。当很大的水流流速通过桥墩时，在桥墩表面处会产生真空压使水体有一部分汽化产生气泡与桥墩粗糙面接触时破裂巨大瞬间气压使表面水泥剥落，减弱了桥墩的抗渗性与抗侵蚀性，还会有一部分水体中有害物质进入桥墩与其内部的钢筋反应，从而破坏桥墩。

1.1.2 洪水漂浮物对桥梁的冲撞

在有流水、漂木、泥石流等漂浮物的河流中，会增加桥墩额外的负担，对桥梁产生不利影响。在设计桥孔和布置桥墩时应特别慎重，在桥墩上游端设破冰凌或其他防护设施，有时还应考虑小型水库溃决造成的影响。

1.2 河型

横跨河流的桥渡或者渡槽等过河建筑物，由于台墩和引堤对水流的束狭作用，使河道中的水流情况发生变化促使河床发生相应的淤积变形。这种冲淤在许

多情况下会严重影响桥渡的正常运转，桥渡设计时，必须事先作出预测，对附近河段的自然演变特点以及建桥后可能发生的变化必须有明确的认识，并在经济又安全可靠的基础上，对桥渡的位置进行选择。

1.2.1 位于顺直微弯型河段的桥渡

顺直微弯型河段的主要演变特点为：河槽中常常形成犬牙交错的边滩，在水流与河床的作用下，边滩不断向下游移动发展，深槽将出现与桥渡面的左右岸。其左右岸均可能发生严冲刷。

1.2.2 位于蜿蜒（弯曲）型河段的桥渡

自然条件下蜿蜒型河段在流经桥渡的时候，在主流顶冲及弯道环流作用下，弯顶将不断崩塌下移，曲率半径将逐渐变小，甚至会发生自然裁弯。这类河段的深槽紧靠凹岸，河槽最深点一般出现在弯顶稍下游，由于水位变化所引起的顶冲点的变化和弯顶的后退下移，使最深点位置也发生改变。同时，由于曲率半径变小，深槽也会变得更深。在放任弯道自由发展的情况下，经过一段时间，桥渡断面的某一侧就要遭受较大冲刷。

1.2.3 位于游荡型河段的桥渡

游荡型河段河道中洲滩棋布，汊道纵横，主槽变化快，河段极不稳定。这类河段随着主流的摆动，河槽横断面剧烈的变化，河渡所在断面的任何地方，都有可能变成深槽、心滩或边滩。若桥位桥位、桥孔设计不当，将会造成桥台冲毁、泄流孔易位等。由于游荡型河流的不稳定性，也可以通过一定的通过一定的治理将其转换为弯曲性河型。

工程案例：黄河下游游荡型河道的河型转化

河床堆积抬高和两岸不受约束，是造成黄河下游游荡性河型的基本原因。而其他因素如泥沙易冲易淤、洪峰猛涨猛落、流量变幅大、洪峰含沙量大等皆为辅助因素。根据分析，游荡性河道转化的条件为：①改变来水来沙条件，减少冲刷能力。②加固河床边界，增强抗冲能力。

当抗冲力大于冲刷力时，可使游荡性河流转化为稳定的河道。因此，可以通过水土保持、修建水库等措施，改变来水来沙条件而使游荡性河道转化；亦可在水沙条件大体不变情况下，通过修建河道整治工程等加固边界，提高抗冲能力使游荡性河道转化。

①改变水沙条件，促使游荡性河道河型转化

汉江自丹江口水库到汉口总长603km，其中丹江口至皇庄223km为游荡性河道，皇庄至汉口380km为蜿蜒河道。1959年建成丹江口水库，经1960~1967年滞洪运用、1968~1988年蓄水运用，丹皇段从游荡性河道转化为分汉型河道，