合理進行橋位設計的思考

苗成濤

摘 要：作為道路跨越河流的主要形式，橋梁工程在線路工程中占據這十分重要的地位，并且其造價所占的比重也比較大。為了使橋梁工程的造價降低，并且保證橋梁使用的安全性與穩定性，就必須合理進行橋位設計。橋位設計的主要內容有橋位選擇、水文計算、橋孔徑與墩臺基底埋置深度的確定以及調治構造物的-布設，可見橋位設計具有較強的復雜性與綜合性。該文闡述了橋位設計需要注意的問題，并以山區橋位設計為例，針對橋位設計中的影響因素展開討論與研究，以供參考。

關鍵詞：橋位設計 山區 河流 水文計算

中圖分類號：U442.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0110-02

橋梁是公路穿越河流的關鍵途徑，線路工程橋梁工程成本占很大比重的主要形式之一，數據表明：根據工程成本歷史數據的統計分析，成本一般占橋梁工程全線的10%。降低成本的橋梁工程，除了選擇合理的橋梁結構形式，其次就是正確合理的橋位設計，橋址設計是橋梁工程設計的重要組成部分，所以合理優化橋位設計是確保橋梁工程質量與控制成本的關鍵。

1 合理進行橋位設計的思考

1.1 橋位選擇

為了保證河流橋位設計的合理性，在橋位設計中首先就要選擇合理的橋位，在橋位選擇方面，除了滿足基本要求之外，例如：路線總方向、農田占用、拆遷、淹沒等，還要對水文、地形、地質等方面進行綜合考慮。同時，對于通航河道而言還提出了對航運的要求。關于這些要求，具體介紹如下：水文方面要求選擇具有穩定性的河床，不會有較大的自然巖邊。應保證河道順直，河灘窄、河槽寬，河灘與河槽具有一致的流向，河槽與河谷方向一直；地形方面直流河口的上游是橋位的最佳選擇，上、下游有特殊地形如山嘴、石梁、沙洲等應盡可能避開[1]；地質方面橋位應設置在有巖層的河床或者有堅實土質以及較淺覆蓋層的地段，而斷層、溶洞、石膏、侵蝕性鹽類等對墩臺基礎的建造有著不利影響，應盡量避免。航運方面，順直河段是橋位的最佳選擇，橋位應避開淺灘急彎地段，確保河段航道具有穩定性以及足夠的水深。

1.2 水文計算

水文計算是為了整理與分析測量獲取的水文資料，以此使設計水位或設計流量得以確定，確保橋梁孔徑設計能夠有參考依據。其中設計流量的計算通常會采用試錯適線法、三點試線法或者矩法[2]，并與相應的理論積累頻率曲線相匹配，繼而使橋梁的設計流量得以推算出來。試錯適線法的依據為經驗累頻率點據，首先進行統計參數的計算，然后進行理論積累頻率曲線的繪制與對比，以此使合理的統計參數得以試算出來。利用繪線比較來確定合適的參數是該方法的主要計算特點，對于比較分散經驗積累頻率點據比較適用。三點適線法也能夠用于經驗積累頻率點據較為分散的情況，其與試錯適線法有著相同的經驗積累頻率分析，然而該犯法還需考慮其他參數變化，一旦某以參數達到一定數值，得出的結果就比較合理。矩法主要按計算的三統計參數對設計值進行確定的方法。該方法在實測資料或者歷史調查資料缺乏的情況下比較適用，然而其也存在一定的缺陷，例如無法驗證經驗積累頻率點據，所以通常需要盡可能獲取資料，并采用適線法對設計流量進行確定。

1.3 橋梁孔徑計算

橋孔長簡稱橋長，其指的是在設計水位條件下的兩橋臺前緣間的水面寬度。橋長計算需要按照《公路橋位勘測設計規范》的公式進行計算[3]，橋孔長計算完后，就要對橋梁分孔。如果橋梁較長，就需要分成幾孔，橋梁的使用效果以及施工難度與各孔跨徑有著十分密切的聯系，并且各孔的跨徑也影響到橋梁的總造價。在通航河流橋位設計中，應在滿足通航要求的基礎上進行分孔。如果橋梁位于平原地區的寬闊河流，那么主槽部分通常會根據實際需求進行較大跨徑通航孔的布置，兩邊的淺灘部分的分孔則主要以經濟跨徑為主。若橋梁修建在山區，那么必須跨徑應該加大，并將中間橋墩減少。針對某些體系的多孔橋梁，應確保各孔跨徑的比例關系具有合理性，以此確保材料能夠得到合理使用。

1.4 如何確定墩臺基底埋置深度

河床沖刷計算是確定墩臺基底埋置深度的重要內容，由于河床沖刷現象具有較強的復雜性，因此會對其進行分類計算，然后進行疊加，進而得到結果。墩臺沖刷現象通常分為河床自然演變沖刷、橋下斷面一般沖刷以及墩臺局部沖刷等三種。其中河床自然演變沖刷的確定通常需要統計分析橋位上、下游水文站的相關斷面資料。橋下斷面一般沖刷可以通過常用經驗公式以及包爾達可夫公式進行計算確定。墩臺局部沖刷與橋下斷面一般沖刷的確定原理類似。

1.5 調治構造物布設

調治構造物的布設主要是為了通過對水流的調節以及對河道的整治來保證通過橋孔水流的均勻性與流暢性，并且使橋位附近河床與河岸的不利變形情況得以避免，為橋梁墩臺以及橋頭引道的正常使用提供可靠的保障。按照對水流的作用可以將調治構造物分為導流構造物、挑流構造物以及底流構造物等三類。不同的構造物的設置具有靈活性，單獨設置或者聯合應用都是可行的。此外，在灘地上可采用生物措施與調治構造物進行配合，或者將調治構造物替代，例如：植樹造林。

2 山區橋位設計

2.1 地形地貌對橋位設計的影響

山區的地形具有復雜性，并且有許多河流。兩岸有山嘴或者到底等河岸穩固的較開闊河段是橋位的最佳選擇，橋位上、下游不應存在山嘴、石梁、沙洲等，確保水流的通暢性不受影響。如果橋梁需要跨越峽谷河段，那么一孔跨越是橋位的最佳選擇[3]，如果無法實現，那么流速緩、水深淺的開闊河段比較適宜。如果橋梁需要跨越山前變遷河段，那么橋位應選在兩岸與河槽相對比較穩定的束窄河段，當橋梁需要跨越擴散段時，應確保選擇河段的擺動范圍較小，最好使橋軸線與洪水成正交關系。如果橋梁跨越的是山前沖積漫游河段，那么上游狹窄段或下有收縮段比較適宜，當橋梁需要通過中游擴散段，應采用一河多橋方案，并且各橋橋位的高程應保持大致一致。此外，在橋位設計中還應考慮多方面的要求，包括施工現場布置、材料運輸等。

2.2 水文對橋位設計的影響

相比于普通河流，山區河流的坡度比較陡，具有較大的河槽比降與較快的匯流速度，并且降水的調蓄作用不易受到流域的影響，流量過程呈現的趨勢為陡漲陡落。所以在橋位的選擇上，應保證河道順直，具有穩定性，灘地高而窄，并且大部分設計流量的河段能夠被河槽通過，需要注意的是，建橋會對天然河道造成一定的影響，在橋位設計時應盡量避免這一情況，并考慮到河道的演變。對于中、高洪水位應保證其流向正交于橋位軸線。如果橋位軸線斜交于水流，那么引道上游形成水袋的情況應加以嚴格控制并避免。

2.3 地質災害對橋位設計的影響

如果山區橋梁設計中，橋位應盡可能避繞強巖溶地區，選擇弱巖溶地區。如果由于特殊情況需要設置在強巖溶地區，那么選擇的巖層應具有完整性，并保證足夠的洞穴頂板尺寸厚度。如果橋梁路線需要跨越巖溶地區，那么構造破碎帶是橋位應該避開的，如確實不能避開，那么橋位通過的形式應為正交。大洞室與大豎井也是橋位應避開的部分，并且可溶巖層與非可溶巖層的接觸帶不應設置橋梁，應盡量選擇非可溶巖層來設置橋梁。對于巖溶丘陵區的峰間谷地，巖溶泉、漏斗落水溶洞、地下河出露以及地下通道等是橋位的適宜選擇。

對于泥石流這一地質災害，其具有突發性，并且流速較快、流量與物質容量較大，對山體會造成較強的破壞。一旦發生泥石流，就會對交通設施造成嚴重的破壞，情況嚴重時還會沖毀村鎮，造成無可挽回的巨大損失。如果橋梁線路需要跨域泥石流地區，那么必須對這一地區的泥石流的各方面情況進行細致的分析以及正確的評估，包括泥石流的形成條件、發育規律以及泥石流破壞性等。對于一些泥石流頻發或強烈的地區，應盡量避繞，如果無法實現，那么溝床穩定的流通區的直線是橋位選擇的最佳位置，并且應確保橋梁軸線正交于主流，開挖設橋以及改溝并橋是不允許的。如果橋位需要經過泥石流堆積扇，那么扇腰、善頂部位應盡量避開，扇緣比較適宜，布線應沿著等高線，將橋梁進行分散設置。若橋位需要經過泥石流堆積扇群，那么應對橋位與橋型的選擇進行充分的考慮，并且針對泥石流采取的相應措施也是十分重要的，包括防護工程、排導工程以及攔擋工程等，例如護坡、導流堤、儲淤場、順壩、支檔與截洪工程等，使橋梁結構的保護得以有效增強。

60°～70°的斜坡是崩塌頻發點[3]。如果橋位選在崩塌體附近，如果可以應盡可能避開。如果無法避開，并且崩塌的規模不大，那么可以采取相應的工程措施來對橋梁進行保護，例如：加固山坡、清除危巖、修筑遮擋建筑物以及攔截建筑物等，使崩塌得以有效處治，為橋梁的安全提供充分的保障。然而巖體崩塌的規模較大的話，在橋位設計中就必須避開。

一直以來，滑坡都是一個重要的地質工程問題。根據相關統計分析我們可以得知，地形坡度在10°～35°容易形成滑坡，其中20°～35°的坡度更容易發生滑坡。產生滑坡的條件、因素以及運動機理復雜多變，存在許多形式，預測難度較高，需要較高的投入才能進行治理。滑坡如果按照周期來區分，可以將滑坡體分為3類，即古滑坡體、老滑坡體以及新滑坡體。然而對于古滑坡與老滑坡，其并沒有什么規律可言。這些滑坡體仍具有不穩定性或者說暫時穩定性，一旦受到特定自然因素或人為因素的影響，就可能再次發生滑坡。所以在橋位設計中，必須對橋位附近的滑坡體進行勘察，并對其穩定性進行初步的判斷與評估。橋位設計中應盡可能避開滑坡體，如果條件不允許無法避開，就必須采取相關工程措施來處治滑坡，確保橋梁結構的安全得到有效的保護。

2.4 通航對橋位設計的影響

現階段我國許多山區江河已經被規劃為航道。橋梁如果要設置在山區通航河流上，就應考慮通航對橋位設計的影響，并且必須滿足相關規定。應在比較穩定、順直且通航水深足夠的河段上設置橋位，同時河道跡遷的影響也應予以充分的考慮。險灘、淺灘、急彎、卡口、匯流口或者水工設施、港口作業以及船舶錨地等不宜設置橋位。應盡量保證橋梁軸線正交于主流，如果無法實現，那么應將橋梁軸線的法線與主流的交角控制在5°之內，或者將通航孔的跨徑增大。如果橋位方案附近已經有建成的橋梁，就應注意兩橋的間距。

2.5 飲用水源對橋位設計的影響

工程建設不應污染飲用水源，這是由于其造成的影響十分嚴重，波及到的范圍非常大，通常會影響到一個地區的人的正常生活，一旦由此造成社會恐慌，就會帶來無法挽回的損失與后果。根據我國環境保護相關規范，飲用水源保護區有三個等級，不同等級保護區其從事的工程活動也有著不同的限制。所以在橋位設計中，應對橋位附近的飲用水保護區及其等級進行調查，明確橋位是否在保護區范圍之內。如果橋梁處在保護區內，就必須嚴格按照相關規定進行設置。例如在一級保護區的橋位設計中，規范無關供水設施以及保護水源的建設項目的新建、擴建是不允許的，所以一級保護區是橋位設計中必須避開的。而其他等級保護區的橋位設計應設立針對環評水保的專項評估，如果不符合國家相關規定，就不能進行橋梁的修建。

2.6 其他因素對橋位設計的影響

山區地形具有很強的復雜性，在橋位設計中存在許多影響因素。例如兩頭引道的順接問題。規劃區橋梁的橋位設計必須與規劃一致，規劃區土地不得過度占用或者減少拆遷。對于山區的“渡改橋”項目，為了為百姓提供交通便利，原渡口位置或者村落密集區附近是橋位設置的最佳選擇。

3 結語

綜上所述，合理進行橋位設計主要包括以下幾個方面：第一，橋梁基本尺寸、布局和橋型與橋位設計的合理性有著直接的聯系，同時橋位設計也對橋梁經濟、合理、安全的修建與使用也有著十分重要的意義；第二，橋位選擇應充分考慮實際情況，滿足各方面的設計要去，不僅要考慮成本控制，還應保證橋梁能夠安全合理的投入使用；第三，在選擇橋位時，不僅要對經濟性與安全性進行考慮，橋梁與周邊景致的協調性也是分層重要的；第四，橋孔長度的計算是準確劃分河床的灘、槽的重要手段，必須結合河段的實際情況，對橋位現場進行細致的勘察與研究，確保河床灘、槽劃分合理；第五，河床沖刷計算是確定墩臺基底埋置深度的主要方法，現階段橋下斷面一般沖刷和墩臺局部沖刷的計算缺乏成熟的理論基礎，因此多依靠經驗公式進行計算。而經驗公式計算中河槽、河灘以及河床的土質有著十分重要的影響，因此必須對其進行準確的分析與判斷，確保墩臺基底埋置深度滿足設計要求；第六，必須結合各方面因素進行綜合分析，使橋位設計流量與橋孔凈長的推算結果得以論證確定。

參考文獻

[1] 胡曉東.跨河橋橋位變更設計探討[J].公路與汽運，2004（6）：73-75.

[2] 梁紹江.淺探合理進行河流橋位設計[J].科技創新導報，2008（25）：91.

[3] 王成波.淺談山區橋位設計[J].建筑工程技術與設計，2015（10）：966.