《桥渡工程》答案.docx

1、河道变迁对桥梁规划设计的影响变迁河段上的桥渡设计,是桥渡设计中比较困难的设计工作。本文从黄河的河道变迁历史、河道水流特点入手，分析河道变迁对桥渡设计的影响。论文最后从实际案例出发，分析考虑河道变迁因素的桥渡设计过程，以及设计过程中应该考虑的问题。1. 黄河河道变迁历史关于黄河河道变迁的问题，历朝历代都有人在研究，并且留下了许多宝贵的资料，当代专家学者在深入研究这些资料的基础上，早几年就已提出了基本公认的黄河河道变迁史。和地质史比起来，黄河其实只是一条非常年轻的河流。在距今115万年前，现在的黄河流域内还只有一些互不连通的湖盆，各自形成独立的内陆水系。此后，随着西部高原的抬升，河流侵蚀、夺袭，历

2、经105万年各湖盆问逐渐连通，构成古黄河水系的雏形。到距今10万至1万年间，黄河才逐步演变成为今天这样从河源到海洋上下贯通的大河。在有史证可查的时期内，黄河下游河道变迁频繁，或东北流入渤海，或东南注入黄海，波及的范围，北达津沽，南抵江淮，约有25万平方公里。黄河下游河道变迁的原因是多方面的。除了黄河周遭自然环境的影响以及河道本身的自然变化之外，还有其他社会因素，比如人类对黄河周遭自然环境的改变，人类出于改造黄河目的对黄河的修治或出于政治、军事目的对黄河的人为决口等等，这些都直接或间接的影响了黄河的河道，或加速或延缓了黄河的河道变迁。所谓河道变迁，是指黄河大改道而言，或称大徙。即大河在某处决河改

3、道之后，不回归原河道，全河另有它道入海，流经的时间较长，影响国计民生比较严重。历史上黄河下游河道变迁情况极为复杂，不仅次数多，而且流路复杂紊乱。黄河下游河道大致经历了占黄河河道、禹王河道、汉唐河道、宋元河道、明河道、近代黄河河道、1938年花园口人为决口夺淮入海几个阶段。黄河下游上段(河南段)流向主要为近东西向，河南以下河段则绕过鲁西不是北东流就是东南流。据统计，黄海东北流入渤海的时间为1859年；黄海东南流经淮河入黄海时间为736年。河道总体由北向南迁徙，呈顺时针方向，即由北流入渤海逐步转为南流经淮河入黄海，但改道的起点却逐步上移。2. 河道水流特点水在流动的时候受边界条件影响很大。弯道水流

4、是工程实际中经常碰到的一种水流形式。由于弯道特有的几何特征和几何条件,其水流特性与顺直河道有显著的不同。弯曲河道的水流结构较为复杂,存在着很多与顺直河道不一样的水流特性,比如弯曲河道的水面线并不是水平的直线,弯曲河道中的水流会存在环向的运动,泥沙会产生横向的输移等。河流是一个水沙相互作用的动力系统,河岸蠕动和河床演变是泥沙颗粒运动的宏观表现,而泥沙运动的主要动力来自于水流,水流塑造了河道形态和河床形态；同时河道形态和河床形态也深刻地影响水流运动的动力学轨迹,它们之间辩证统一,缺一不可。当河道内层流受到河岸或河床不规则边界作用,会产生某一扰动,可能处于激励,衰减或中性稳定状态。若扰动被激励,将转

5、变为大尺度的扰动, 诱发河流泥沙运动,最终河道形态的演化也保留了初生微波的烙印；若扰动处于中性稳定状态,扰动也将会长期保留,在一定条件下,也会诱发泥沙运动和河床变化。 弯曲型河流又是自然界最为常见的河流形态,当水流流过顺直的天然河道时, 即使河道和水流都非常均匀,一段时间以后,由于河流河床或河岸边界的影响, 会产生局部扰动,改变原始水流结构,进而改变流路,顺直河道发生弯曲。而河道的弯曲,则会进一步改变原来顺直河道的流动特性。3. 河道变迁影响因素及特点黄河以善淤、善决、善徙闻名于世，下游改道历史比较复杂。黄河下游一般是指黄河河段中位于河南郑州桃花峪以下的部分，长约786 km，流域面积约23万

6、km2，约占黄河全流域面积的3。根据历史文献记载，距今为止黄河下游决口泛滥1500多次，较大改道有二三十次，其中特别大的改道共有六次。河道摆动范围北抵海河，南到淮河，有时甚至波及淮河南岸的苏北地区。多方面因素共同作用导致了黄河下游洪泛和河道决口事件，频发自然因素有气候、泥沙淤积、地形等，人类活动则加速了黄河下游洪泛发生的速度。黄河下游洪泛是河道决溢改道的最主要原因。黄河自孟津流出峡谷后，南有呈东西向山脉(伏牛山-大别山)阻挡，是造成黄河东流的地貌原因。由于东部凸起鲁西南山低山丘陵地阻挡，黄河只能向北入渤海或南流入黄海。黄河下游地区属于东亚季风影响的亚热带和温带季风气候，降水集中在夏季节，而且多

7、暴雨。由于黄河中游流经黄土高原，进入下游华北平原后，由于地势变低平、河道变宽，流速减慢，致使大量泥沙沉积。河床逐渐变高，形成“地上悬河”。“悬河”河道的防洪能力极差，夏秋季节每逢洪水来临，极易决口改道。华北平原在地质构造上属于华北拗陷盆地，基底隐伏一系列东西向展布的活动性隆起和断裂。华北平原被第四纪松散沉积物所覆盖，绝大多数断裂隐伏于第四纪松散沉积物之下。平原内普遍覆盖有1000 m3 000 m厚度的新生代沉积物。构造运动表现方式有活动断裂、差异升降、地震等，他们是影响黄河下游河道变化的重要因素之一。所说禹王河道，沿天津隆起东侧北流入渤海，受隆起影响，使河道东迁。因此，1128年之前河道，在

8、黄河断陷中频繁改道，大量泥沙在盆地北部堆积，导致地势增高，从而南部变得相对低洼，加上两宋之际，战祸频繁，治理不力，黄河决口夺淮人海。元、明、清时期，黄河在淮河断陷内改道，在盆地东南隐伏隆升影响下，河道又不断北迁，最终又复归原来断陷盆地再次汇入渤海。从黄河变迁历史记录来看，黄河下游改道范围从未超过近代强烈下沉的断陷盆地，因此盆地地基底隐伏构造继续活动是黄河改道迁徙的控制原因。黄河不断迁徙改道，使华北平原水文网不断改组，由于入海位置的变化，使得渤海和黄海西部岸线不断变迁，形成了现代华北平原主要的地貌格局。北流与东流多期次河流变化形成的一些列三角洲相连，与沿岸其他河流三角洲一起，形成了渤海西岸和南岸

9、巨大的复合三角洲沉积体。黄河下游河道的变迁是自然和人为综合作用的结果。纵观黄河河道受控于地形和区域内新构造运动形成的断裂，呈西南东北向、西北东南向或西东向。同时，气候的变化、土地利用的改变以及人类活动都会影响下游河道的变迁。4. 河道变迁对桥梁规划设计的影响变迁河段上的桥渡设计,是桥渡设计中比较困难的设计工作。在这类河段上设计桥渡,怎样确定桥孔长度,怎样计算墩台冲刷深度,采用什么样的桥位调治建筑物比较适宜,以及如何布设等,至今还没有比较一致的认识。桥位的选择，是桥梁设计中的重要环节，尤其在工程设计的前期阶段，选出正确合理的跨河位置，确定好桥位线路，是工程实施的基础。对技术复杂、修筑困难的特大桥

10、，控制线路方案的重大桥梁，水文复杂地区及其他影响面较广的桥梁，桥位选线应引起足够重视。应根据不同河段的特点，结合地形、地质地貌及水文等自然条件进行。所以，变迁河道的桥渡设计时应选择河滩较窄、河槽宽的地点跨越，并避免在有河汉、岛屿、沙洲、老河道、急弯、河流汇合口附近以及易形成流冰或流木阻塞的地点通过。桥梁应尽可能与洪水的主流流向正交，且宜选在河槽与河谷方向一致的河段。如不一致，在通航的河流上，当河槽流量占全河流量的70以上时，则以河槽流向为准；当河槽流量占全河流量的30以下时，则以河滩流向为准。水利化地区、水库地区以及通航河流上的桥渡，应避开水闸、引水或分水口门等水利工程，充分了解地方规划，全面

11、考虑。桥位宜选在地基土质较好，适宜于建造墩台路基的地段，应避免通过岸坡滑坍、泥沼、冻土、盐渍士、岩溶发育、移动沙丘及其他地质不良地段。上游狭窄河段，桥长最短，桥位最易确定，桥梁布置也比较容易；下游收缩河段已脱离冲积锥边缘进入盆地平原，洪水带来的推移质砂石冲积物已为数不多，水流平稳，河槽比较稳定，也宜于建桥；在中游扩散段上建桥，无论桥梁布置式样、桥孔大小、桥梁净高以及导流建筑物布置问题均难以正确解决。洪水时在桥下通过大量砂石的情况下，河床的逐年淤高是一个复杂的问题。建桥前，河床宽阔，停积砂石的面积较大，建桥后，水流受到挤压，河床淤高的速度就加快，桥梁过水工作条件就很恶劣。以往修建在这种河段上的桥

12、梁，很少有不发生水害区。对于通过中游扩散河段扩散口附近的线路，水流分支摆动范围不大，可以集中设桥。桥渡设计时，应注意几点：变迁性河段类似于原游荡河段，但可考虑一河多桥方案，也可采用强大的导流工程，并进行技术经济比较。线路穿越山麓地带时，应从大范围考虑，提高线路通过冲积扇上游的山口地带，或降低线路通过下游水流归档河段，尽可能绕避冲积扇地带。必须穿越冲积扇的桥梁，仍是当前桥渡设计最困难的课题之一。可以一河多桥或用强大控导工程一桥跨越，要进行技术经济比较。跨越冲积扇河段时适当提高净空。平原河流在桥渡设计时，应注意几个问题：平原河流种类较多，演变各异。但对比较稳定的顺直段和弯曲形河段，常规设计方法基本

13、适用。但对游荡形河流，其设计方法还应重点进行研究。平原河流常有相对比较稳定的藕节相间的特点。设计桥渡时宜尽可能选择在节点处跨越，这对自由弯曲形和游荡形河段更为重要。除游荡形河流外，通常桥长不宜小于河槽宽度。决定平原河流的桥长时，滩槽流量分配，压缩孔径引起的壅水高度，上下游水位差，桥下冲刷流速和冲刷深度，以及绕流锥坡和导流建筑物的流速等，皆不能超过允许值。5.案例说明在河流上兴建桥梁、河滩路堤以及有关导治建筑物，必然使水流状况发生很大变化，导致桥前壅水、河床冲淤调整，不仅影响桥渡所在河段的演变趋势，而且还可能威胁到桥渡建筑物本身的安全与稳定。把握水流、河床与桥渡之间相互作用、相互制约的关系，是桥

14、渡设计的主要工作内容忙。对于具体桥梁，桥渡设计一般包括桥梁孔径设计，桥渡壅水、桥渡冲刷计算，桥头河滩路堤与导治建筑物布置等。桥渡冲刷计算是桥渡设计中最重要、最难以妥善解决的课题，其结果不仅直接决定墩台基础埋置深度，而且直接关系到桥梁的安危，还可能对防洪带来一定的影响。另一方面，因跨河桥梁修建后将占据一定的河道断面过水面积，特别是在洪水期，桥墩的阻水作用将会使桥梁上游一定范围内形成壅水，可能对防洪带来一定的影响。因此，本文以郑州官渡黄河公路大桥桥渡冲刷及壅水计算为例，对相关问题进行了探讨。郑州官渡黄河公路大桥所在河段两岸均修有大堤，洪水完全靠两岸大堤约束，堤距55127 km，主河槽宽1550

15、km。滩地受1855年兰考铜瓦厢决口改道后溯源冲刷的影响，还增加了一级高滩，即三级滩地。滩面向大堤和下游倾斜，滩面横比降大，洪水慢滩后，大堤根部附近常形成堤河。桥位上游堤河明显，一旦洪水漫滩顺堤行洪，流速较大，将严重威胁堤身安全。根据黄河上常用的河流综合稳定性指标判别，桥位于典型的游荡型河段之内。该桥位在京珠高速黄河大桥东约215 km处，该桥位南岸跨九堡下延工程120号坝，北岸从越石及金马张之间通过后，在小赵庄西侧跨越北大堤。桥梁全长7234 m，桥面为双向6车道，主桥长1400 m，桥面为双幅，主桥宽为35 m，其余桥宽33 m，双幅布置。主桥上部为单塔单索面预应力混凝土部分斜拉桥，下部为

16、箱形墩，群桩基础；桥台为肋板式台身，钻孔灌注桩基础。规范给出的桥渡冲刷公式对黄河下游尤其游荡型河段是不适用的。在拟建阶段，首先按照现行规范进行了黄河桥渡冲刷计算法，对桥渡冲刷进行计算，综合确定桥墩附近的冲刷深度。实际上，上游来浑水时的桥渡河床冲刷是输沙平衡被破坏所致，而桥墩对水流输沙平衡的破坏仅限于局部，河床在较短时间内就可恢复平衡状态。此时，某垂线上的水流挟沙力应等于上游来水含沙量，故可根据输沙平衡原理进行一般冲刷计算。黄河桥渡冲刷公式考虑了一般冲刷和局部冲刷的相互影响、相互关联，水力泥沙因子容易确定，计算结果与实际符合，可解决规范推荐公式对黄河下游桥渡冲刷不适用的问题，而且还能求设计断面不

17、同部位桥墩的冲刷深度。因此，在桥渡设计及防洪评价开展桥渡冲刷计算时，采用黄河桥渡冲刷公式进行计算。实际工程运用情况表明，采用张红武挟沙力公式开展桥渡一般冲刷计算，不仅物理概念清晰，而且也符合黄河实际。再结合桥墩局部冲刷经验公式或其他桥墩局部冲刷公式，不难解决桥渡冲刷计算问题。通过合理设计，目前该大桥已经顺利通车。官渡黄河大桥项目起于原阳县阳阿乡，止于中牟县万滩镇，2016年9月27日开工，历时三年多时间建成通车。官渡黄河大桥项目路线全长31.775公里，按一级公路建设标准设计，总投资39.1亿元。其中，跨越黄河特大桥一座，全长7377米，双向8车道。该大桥位于官渡之战古战场，故该桥被命名为官渡黄河大桥。该桥为长联宽幅悬臂现浇 预应力桥，是国内首座将体外预应力技术应用于大规模连续梁的特大桥，也是目前同类 桥梁中，国内根数、吨位最多的特大桥。6. 结论变迁河段上的桥渡设计,是桥渡设计中比较困难的设计工作。本文从黄河的河道变迁历史、河道水流特点入手，分析河道变迁对桥渡设计的影响。论文最后从实际案例出发，分析考虑河道变迁因素的桥渡设计过程，以及设计过程中应该考虑的问题。通过合理设计，目前该大桥已经顺利通车。