宽滩河流跨河桥梁桥型布置方案比选

摘 要：宽滩河流跨河桥梁桥型合理布置是桥梁设计的重要组成部分，本文旨通过模型试验从对两岸堤防防洪安全、沿岸水利设施运行安全和桥梁自身防洪安全以及工程造价等角度对不同桥型方案进行比选。

关键词：宽滩河流；跨河桥梁；桥型比选

中图分类号：TU997 文献标识码：A

1 概述

跨河桥梁桥型合理布置关系着两岸堤防的防洪安全、沿岸水利设施的运行安全、桥梁自身的防洪安全、河势稳定、航运能力以及工程造价等多个目标。一般来讲，宽滩河流跨河桥梁桥型布置各方案在主槽部位的形式相同，而在两岸滩地部位的形式不同。由于航运的最高通航水位设计标准都小于等于20年一遇，这种小频率洪水出槽流量占河道总过流量的比例较小，故各方案的航运能力基本一致；又由于造床流量是2年～3年一遇的小频率洪水，基本不出槽，故各方案对河势稳定的影响也基本一致；因此，本文拟从对两岸堤防防洪安全、沿岸水利设施运行安全和桥梁自身防洪安全的角度结合工程造价，以黑龙江省木兰县拟建松花江公路大桥为例，通过物理模型的方法，对宽滩河流桥型布置方案进行比选。

2 模型设计

黑龙江省木兰县拟建松花江公路大桥，属于规划国道莫旗至亚布力，大桥设计标准300年一遇，河道通航规划为Ⅲ级航道。拟建大桥所在河段主槽宽约0.5km，两岸边滩宽约3.5km，属于宽滩型河流。为了优选该桥梁的桥型布置形式，根据《河工模型试验规程》（SL99-95）及《通航建筑物水力学模拟技术规程》（JTJ/X235-2003），进行整体定床和局部动床物理模型试验研究。定床试验中根据重力相似准则，按几何相似进行模型设计，模型采取变态，平面比尺400，垂直比尺100；动床试验中根据泥沙启动流速相似进行选砂。

共设三个方案进行桥型布置比选：

2.1 方案一：单桥方案（全河床布置），采取25×40m+（75m+4×125m+75m）+59×40m的跨配形式，桥长4010m（主槽段桥长650m，左引桥长1000，右引桥长2360m）。

2.2 方案二：单桥+导流堤方案（在主槽及其附近集中布置），采取25×40m +（75m+4×125m+75m）+37×40m+880m的跨配形式，单桥长3130m（主槽段桥长650m，左引桥长1000m，右引桥长1480m），右滩导流堤长880m。

2.3 方案三：主、副桥+导流堤方案（分散布置），采取25×40m+（75m+4×125m+75m）+26×40m+1120m+5×40m的跨配形式，主桥长2690m（主槽段桥长650m，左引桥长1000m，右引桥长1040m），右滩副桥长200m，主桥与副桥之间导流堤长1120m，见图1。

图1 桥型布置方案三：主、副桥+导流堤形式

3 成果分析

3.1 两岸堤防防洪安全和沿岸水利设施运行安全分析

根据定床模型试验结果可得不同频率洪水、各桥型比选方案桥前壅水高度（指主槽位置）和回水长度，见表1。由表1可知，由于方案一束窄河床过流面积最小，方案三束窄河床过流面积最大，因此方案三桥前壅水和回水长度也相应最大，在堤防规划防洪标准50年一遇洪水下，桥前壅水为0.05m，回水长度约1680m，对两岸堤防防洪安全和沿岸现有排水闸的运行安全没有影响。

3.2 桥梁自身防洪安全

根据定床模型试验结果，不同频率洪水拟建桥位断面不同桥型比选方案分流比-现状河道分流比见表2。由表2可知，建桥后，三种不同桥型方案，左支汊、江心滩、主槽分流比较天然河道均有不同程度的增加（方案一增加最小，方案三增加最大，方案二和方案三相差不多），右滩分流比较天然河道均有不同程度的减少（方案一减少最小，方案三减少最大，方案二和方案三相差不多）。主槽分流比的增加将一定程度上加重主槽桥墩过流冲刷深度，危及桥梁自身防洪安全，但可以采取局部防护保护桥墩安全。

由动床模型试验结果可知，方案一全河道过流，水流流态最好；方案二集中过流，由于右滩导流堤长880m，集中向主槽方向汇流，绕流严重，主槽流态紊乱，容易加深桥墩局部冲刷，动床实测主槽段桥墩冲刷深度（50年一遇洪水下，方案二主槽桥墩最大冲刷2.9m，方案三2.5m）也验证了这一点；方案三分散过流，虽然主桥与副桥之间导流堤长1120m，但由于该部分水流是向主槽和副桥同时汇流，因此主流流态优于方案二。

根据上面的分析可知，从两岸堤防防洪安全和沿岸水利设施运行安全角度，三个方案均满足要求；从桥梁自身防洪安全角度，方案一最优，方案三较优（可以采取局部防护保护桥墩安全），方案二不好；从工程造价角度，方案一桥长4010m，方案二桥长3130m，方案三桥长2890m，方案三造价比方案一约降低27.9%，比方案二约降低7.7%；因此方案三最优。

结语

根据对两岸堤防防洪安全、沿岸水利设施运行安全、桥梁自身防洪、河势稳定、航运能力以及工程造价等多个目标，通过定床和动床模型试验，研究分析桥前壅水高度、回水长度、分流比、水流流态、桥墩冲刷深度等水力参数，对木兰县拟建松花江公路大桥三个桥型布置方案进行比选，优选得到的主、副桥+导流堤布置方案最大可降低工程造价约27.9%，最小可降低工程造价约7.7%。

参考文献

[1]南京水利科学研究院，水利水电科学研究院，水工模型试验[M].水利电力出版社，1985.

[2]吴持恭.水力学（上）[M].北京：高等教育出版社，2003.