关于合理进行桥位设计的探讨

关于合理进行桥位设计的探讨

摘要： 以319国道某桥桥位设计为例，分析、探讨了桥位选择、水文计算及桥孔净长的确定时应注意的一些问题。
　　关键词： 桥位选择水文计算桥孔净长的确定探讨
　　前言
　　桥梁是道路跨越河流的主要形式，路线工程中桥梁工程的造价占了较大的比重，有资料表明：根据工程造价历史资料统计分析，一般桥梁工程的造价占整条线路工程的10~30%[1].要降低桥梁工程造价，除了合理选择桥梁结构形式外，就是正确合理进行桥位设计了，而桥位设计又是桥梁设计的主要任务。桥位设计的主要内容包括：桥位选择、水文计算、桥梁孔径和墩台基底埋置深度的确定以及调治构造物的布设等[2].本文仅以319国道某桥为例对桥位选择、水文计算及桥孔净长的确定进行探讨。
　　1.新、老桥设计的主要技术参数的比较
　　厦门至成都的319国道我省境内段以逐段按二级公路标准进行改造，其中某桥老桥由上级主管部门鉴定属危桥，为考虑该路段今后改造接线顺畅、施工方便等原因，特另选桥位新建一座桥梁，现将其新、老桥主要技术参数比较如下：主要技术参数319国道某桥新老桥面中心标高（米） 121.17 121.05设计洪水频率1/100 1/50孔径及结构形式4孔16米钢筋砼T梁5孔8米乱石拱桥梁全长（米） 84.42 53.2相互位置新桥位于老桥下游70米以上比较可以看出：新老桥桥面中心标高基本一致，新桥的结构形式有所改进，新桥的桥孔净跨比老桥增大，新桥的桥梁全长比老桥增长。作为新建一座桥梁，由于公路等级的提高，相应桥梁的各种技术参数均应有所提高，但以上的比较结果中，似乎觉得新桥的桥孔净长比老桥增长太多，何况同一跨径的钢筋砼T型梁桥的桥下有效过水面积要比石拱桥改善很多。从施工图预算看，该钢筋砼T型梁桥每延米建筑安装工程的平均单价以达2.4万元，试想如在满足使用的前提下，桥梁全长缩短10米，就是为国家节约投资二十余万元。
　　2.正确合理进行桥位设计
　　2.1合理选择桥位
　　桥位设计首先就要合理选择桥位，桥位应选在符合水文、地形、地物、地貌及工程地质等方面的要求处，对通航河道还应符合通航方面的要求。水文方面桥位应选在河道顺直、稳定、滩地校高、较窄，且河槽能通过大部分计算流量的河段上。从现场观察，新桥桥位的河滩较宽，加上桥轴前进方向河滩靠岸处有一条人工开挖的农田灌溉水渠，经洪水的冲刷，使河滩中有一堆较大沉积物，平常上面长有杂草和灌木，新桥建成后需作必要的河床疏导、整治。总体看来新桥桥位没有老桥桥位理想。
　　2.2合理进行水文计算，经济布设桥孔长度
　　水文计算的目的就是推求符合相应频率的设计洪水水位流量。在此之前还要正确划分所设计的桥位属于何种类型的河段，并在实地在形态断面上合理划分河槽、河滩，合理确定河槽与河滩的洪水糙率系数。现该桥的设计流量与桥孔净长计算如下：
　　一、基本情况该桥址中心桩号为319国道K1037+959.6处，系山区河流，其上游约70米处有一座5孔8米的石拱桥，桥面标高121.05米，河槽内为砂砾，经调查历史最高洪水位标高为119.00米，下游洪水位标高为118.83米，推算出桥位处历史最高洪水位标高为118.93米，测得水面比降为1‰。
　　二、形态断面流量、流速计算河滩、河槽的过水面积W和水面宽度B计算见附表：因水面宽大于平均水深的10倍，所以计算滩、槽断面的流速时水力半径用滩、槽的平均水深代替，湿周用水面宽代替河滩部分：Ht=Wt/Bt=（126.45+75.84）/（87.60+47.60）=202.29/135.2= 1.5mVt=mHt2/3 I1/2 =25×1.502/3×0.0011/2=1.04m/sQt=WtVt=202.29×1.04=210.38m3/s河槽部分：Hc=Wc/Bc= 194.63/54.65=3.56mVc=mHc2/3I1/2=40×3.562/3×0.0011/2=2.95m/sQc=WcVc=194.63×2.95=574.16m3/s全断面总流量Q总=Qt+Qc=210.38+574.16=784.54m3/s全断面平均流速Vo=Q总/W总= 784.54/396.92=1.98m/s取设计流量为：Qs=790m3/s
　　三、桥孔净长计算该河段属稳定河段，按河槽宽度公式：Lj=K （Qs/Qc）nBc进行计算因稳定河床K=0.84 n=0.90则有Lj=0.84×（790/574.16）0.9×54.65=61m经比较确定上部构造采用4孔16米钢筋砼简支梁桥，即实际桥孔净长为64.0米。以上桥孔净长是根据河槽宽度公式计算而来。我们知道河槽是河流宣泄洪水和输送泥沙的主要通道，河槽往往是常年流水，底沙处于运动状态，植物不易生长。而河滩则只是在汛期才有流水，无明显的底沙运动，通常有草类、树木等植物生长。从该桥的水文调查得知，其常年流水的河槽并没有54.65米宽。
　　根据《公路桥位勘测设计规范》JTJ062-91[3]的如下各条规范：第7.1.2条对水文计算的基本资料应审核其可靠性、独立性、一致性和系列代表性。
　　第7.1.3条水文计算可根据资料情况及地区特点采用多种方法计算，经分析论证后选用其合理的计算成果。
　　第8.2.2条影响桥孔净长的因素较多，除进行必要的桥长计算外，尚应结合桥位地形、断面形态河床地质、桥前雍水、冲刷深度、桥头引道填土高度等综合分析确定桥孔净长。
　　第8.3.5条山区河段的桥孔布设。开阔河段桥孔布设允许压缩河滩，但不能压缩河槽。桥头河滩路堤应尽量与洪水主流流向正交，否则应增大桥孔。
　　又根据实际情况，在设计水位，河滩、河槽的洪水糙率系数，洪水比降参数都不改变的情况下，只将河槽河滩的划分稍作调整，河滩的范围为K1037+840~K1037+927.76与K1037+ 958~K1038+029.85，河槽的范围为 K1037+927.76~K1037+958，河滩、河槽的累计过水面积及宽度计算如下：Wt1= 126.45m2 Bt1=87.60m Wt2=157.01m2 Bt2=71.85m Wc=113.46m2 Bc=30.40m然后计算出洪水流量为Q总=673.99m3/s.计算桥孔净长时取设计流量为Qs=700m3/s.按河槽宽度公式计算得桥孔净长为：Lj= 48.25m按单宽流量公式计算得桥孔净长为：Lj=54.36m通过以上两种方法计算，综合考虑可取桥孔净长为Lj=54m8m/s取设计流量为：Qs=790m3/s
　　三、桥孔净长计算该河段属稳定河段，按河槽宽度公式：Lj=K （Qs/Qc）nBc进行计算因稳定河床K=0.84 n=0.90则有 Lj=0.84×（790/574.16）0.9×54.65=61m经比较确定上部构造采用4孔16米钢筋砼简支梁桥，即实际桥孔净长为64.0米。以上桥孔净长是根据河槽宽度公式计算而来。我们知道河槽是河流宣泄洪水和输送泥沙的主要通道，河槽往往是常年流水，底沙处于运动状态，植物不易生长。而河滩则只是在汛期才有流水，无明显的底沙运动，通常有草类、树木等植物生长。从该桥的水文调查得知，其常年流水的河槽并没有54.65米宽。
　　根据《公路桥位勘测设计规范》JTJ062-91[3]的如下各条规范：
　　第7.1.2条对水文计算的基本资料应审核其可靠性、独立性、一致性和系列代表性。
　　第7.1.3条水文计算可根据资料情况及地区特点采用多种方法计算，经分析论证后选用其合理的计算成果。
　　第8.2.2条影响桥孔净长的因素较多，除进行必要的桥长计算外，尚应结合桥位地形、断面形态河床地质、桥前雍水、冲刷深度、桥头引道填土高度等综合分析确定桥孔净长。
　　第8.3.5条 山区河段的桥孔布设。开阔河段桥孔布设允许压缩河滩，但不能压缩河槽。桥头河滩路堤应尽量与洪水主流流向正交，否则应增大桥孔。又根据实际情况，
　　3几点认识
　　3.1桥位设计的合理与否直接影响桥梁的基本尺寸和布局，亦直接决定桥梁在修建和使用过程中是否达到最合理、最经济。应正确理解、灵活运用《公路桥梁勘测设计规范》。
　　3.2应根据场地条件、河流平面外形和河流的稳定程度等因素合理确定桥梁所处的河段是属于哪一类型的河段。
　　3.3桥位应选择在河道顺直、稳定、滩地较高、较窄、河岸稳固、工程地质较好的河段上。
　　3.4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。
　　3.5为合理划分河床滩、槽及真实地计算洪水流量，应在河床纵断面测量时根据河床断面形状变化点和一定距离中加设测点桩，并且断面测量的纵、横向偏差应符合规定要求。
　　3.6河滩、河槽的洪水糙率系数、水面比降等均应按规范规定合理确定。3.7对桥位设计流量和桥孔净长的推算结果应根据多种因素综合分析论证确定。
　　参考文献：
　　[1]、交通部公路工程定额站编公路工程造价工程师培训教材《公路工程技术》1998.
　　[2]、熊广忠主编《桥涵水力水文计算》北京人民交通出版社出版1983.
　　[3]、JTJ062-91《公路桥位勘测设计规范》北京人民交通出版社出版1998.11.
　　[4]、张学龄主编《桥涵水文》北京人民交通出版社出版1990.在设计水位，河滩、河槽的洪水糙率系数，洪水比降参数都不改变的情况下，只将河槽河滩的划分稍作调整，河滩的范围为K1037+840~K1037+927.76与K1037+ 958~K1038+029.85，河槽的范围为K1037+927.76~K1037+958，河滩、河槽的累计过水面积及宽度计算如下：Wt1= 126.45m2 Bt1=87.60m Wt2=157.01m2 Bt2=71.85m Wc=113.46m2 Bc=30.40m然后计算出洪水流量为Q总=673.99m3/s.计算桥孔净长时取设计流量为Qs=700m3/s.按河槽宽度公式计算得桥孔净长为：Lj= 48.25m按单宽流量公式计算得桥孔净长为：Lj=54.36m通过以上两种方法计算，综合考虑可取桥孔净长为Lj=54