铁路既有线桥涵水文检算

铁路既有线桥涵水文检算1. 桥涵水文检算的一般规定进行水文检算的目的就是确定桥涵的抗洪能力。

当洪水到达桥下以后，桥下的净空高度是否满足要求，洪水对桥墩台冲刷以后，墩台基础的埋置深度是否满足最小埋深的要求，对于有铺砌的桥涵，铺砌是否被冲毁。

换句话说：桥涵水文检算就是检算桥涵的轮廓尺寸（包括桥涵的大小—孔径；桥涵的高矮—桥高、河滩路肩标高；桥涵的深浅—基底埋深与桥涵铺砌）等，是否能经受洪水的考验，因此《铁路桥梁检定规范》对既有桥涵设备作了如下的规定： 1.1检定洪水频率标准为确定既有桥涵的排洪能力，就要通过水力水文计算，推求具有一定频率的检定流量，《铁路桥梁检定规范》规定的检定洪水频率标准如表1.1.1。

表1.1.1 检定洪水频率标准注：若观测到的洪水（包括调查洪水）频率小于表1.1.1所列的标准时,应按观测洪水频率检算，但当观测洪水小于下列频率时，应按下列频率检算：Ⅰ、Ⅱ级铁路的路基、特大桥和大中桥为1/300，小桥和涵洞为1/100；Ⅲ及铁路的路基，桥涵为1/100。

1.2 桥涵净空高度《铁路桥梁检定规范》规定：不通航亦无流筏的桥梁，在通过检定频率洪水时，桥下净空高度应满足下式要求：d j l h H H ≥- 式中：l H —梁底高程（m ）；d h —桥下净空要求高度（m ）按表1.2.1采用； j H —桥下检定水位（包括壅水等水位增高）（m ）；h h H j j ∆+=j h —相应检定频率流量的桥下水位（不包括壅水等水位增高）（m ）； h ∆—桥下水位增高值（m ），见表1.2.1表注。

表1.2.1 桥下净空高度d h注：1 表中所列“检算水位”或“校验水位”是指检定频率洪水的相应水位，h ∆是指根据河流具体情况，考虑桥下壅水、浪高、局部股流涌高、河床淤积等影响的高度。

2 洪水期无大漂流物通过的河流，实体无铰拱（拱圈或拱肋）的拱脚，允许被“检定水位加h ∆”后的水位淹没，但此淹没高不应大于矢高的3/4，且距拱顶的净高不应小于0.75m 。

3 有严重泥石流时，或钢桥下在洪水期有大漂流物通过时可以根据具体情况，采用大于表列的净空高度。

涵洞孔径一般按无压状态检定，无压涵洞洞内顶点高出洞内检定水位的净高，应符合表1.2.2的规定。

表1.2.2 涵洞洞内净空高度（m ）注：园涵入口端部净空高度可不受表列数值限制。

1.3 桥头路堤特大桥、大桥桥头路堤的路肩高程应较检定水位加上根据河流和桥渡的具体情况分别考虑壅水、水面坡、河湾超高、波浪侵袭、局部股流壅高河床淤积等影响后的高程高0.25m 。

沿海路堤的波浪侵袭高按海浪计算侵袭高度。

小桥及涵洞附近的路肩高程应较检算水位加上壅高后的高程高0.25m 。

1.4 冲刷与防护在检定频率洪水通过时，对于有冲刷的桥梁，基底埋在墩台局部冲刷线下不应小于下列安全值：对于一般桥梁，安全值为1.5m 加总冲刷深度的10%，对于技术复杂、修复困难或重要的大桥和特大桥，安全值为 2.5m 加总冲刷深度的10%，校验流量的安全值为检算流量的一半，如表1.4.1所示。

表1.4.1 基底埋深安全值m h （m ）注：冲刷总深度为自河床面算起的一般冲刷深度与局部冲刷深度之和。

对于小桥涵主要检算铺砌是否被冲毁。

各种防护类型的容许最大流速见表1.4.2所示。

表1.4.2 各种防护类型的容许最大流速表2. 水文检算需要收集、测绘和调查的资料本节介绍的是水文检算中外业工作的具体内容。

2.1 桥涵本身有关资料收集调查与桥下河床横断面测绘此项工作的目的就是对所检算桥涵的概况进行详细的了解，获得检算当中需要的桥梁及墩台的外形尺寸及粱底、墩台顶、基底等各项标高，同时根据测绘得到的桥涵侧面及桥下河床断面图求出桥址断面扣除路堤、桥墩台租水面积后的桥下净过水面积。

根据设备图表、设计图、竣工图和历年改建加固图查出桥涵的式样与主要尺寸，然后去现场丈量核实，包括桥全长、桥台挡碴墙间距离、梁全长、净孔、净高、梁高、墩台及支座尺寸。

测量轨底、梁底、支承垫石顶面、墩顶、桥下河床断面高程。

对于涵洞要测量涵洞长度、出入口帽石标高、涵洞净宽、净高等，以上实测后要绘出桥涵侧面及桥下河床断面简图，桥梁侧面及桥下河床断面图例如图2.1.1。

图2.1.1 桥梁侧面及桥下河床断面图调查桥涵建造年代，水害资料、病害资料、改建及大修情况，尤其是历次水害冲毁桥涵、路基上、下游有无堵塞或冲刷、淤积等现象。

2.2 天然河道横断面（水文基线断面）的选择和测绘天然河道横断面（水文基线断面或水文形态断面）测绘的目的：是利用谢才满宁公式21321I R nW Q ，算出形态断面不同水位时的流量、流速、过水断面面积，然后绘制出水位～流量、水位～流速、水位～过水断面面积三关系曲线，根据三关系曲线就可以确定出检定流量时形态断面的水位，从而可以推算出桥址处的检定水位。

同时根据三关系曲线可以确定调查到的历史洪水的流量。

关于三关系曲线的计算和绘制在孔径计算中再讲。

2.2.1 河道横断面（水文基线断面或水文形态断面）的选择条件⑴ 桥址附近有水文站中间无大的支流汇入，水文站的测洪断面可作为我们的天然横断面，这样，一切数值的选取都比较精确，洪水比降、糙率不必自选。

⑵桥址附近无水文站时，可在桥上游或下游选取横断面，选取时应注意以下几点：①该断面河道必须为束水断面，洪水完全从该断面通过；②河道顺直，断面较规整；③断面到桥址无较大支流汇入；④应避开桥梁壅水区，一般应距桥梁1.5倍桥长以上。

2.2.2 河道横断面（水文基线断面）的测绘河道横断面应与主河槽和河滩的水流流向垂直，测量可用全站仪，若无全站仪，用水平仪抄平，用皮尺或塔尺量距离，断面方向用经纬仪定方向或在断面两端立花杆定向，测点高程必须与线路高程为统一系统，断面高程应测至历史最高洪水位0.5m以上，河道横断面图例如图2.2.1。

图2.2.1 天然河道横断面（水文基线断面）图2.3 河道纵断面测绘河道纵断面测绘目的就是为了确定桥址附近区段的水面坡（或河底坡）。

2.3.1 测绘范围上游一般测至天然横断面以上200～300m，下游测出不少于100m；若天然横断面选在下游，则上游测至壅水区以外200m，下游测至天然横断面以下200m。

2.3.2 测绘方法高程用水平仪测,距离可用测绳或皮尺来量测，对于季节性无水的河流可直接测最大深泓线，即为河底纵坡（水面坡），对于常年有水的河流可直接测量常水位时的水面坡度，水面坡度的测点间距一般为20～50m。

河道纵断面图例如图2.3.1。

图2.3.1 河道纵断面图2.4 桥址地形图的收集和流域情况调查收集地形图的目的，是为了在图上定出汇水面积(F)、主河道长度（L）、主河道坡度（J）以及流域形状。

地形图（军用地形图）可向省测绘局购买，比例尺一般为1/50000，收集到军用地形图后，在图上找到桥涵所在的位置，依据分水岭沟绘出流域分水线定出汇水面积大小和形状、主河道长度及主河道坡度。

对于汇水面积非常小的在军用地形图上定不出来汇水面积的就要去现场实测。

（关于地形图的有关知识单独一个章节进行讲解）。

流域情况调查主要是指流域内地形、植被、土质类别、水土流失等情况。

还包括河流性质调查，是否是季节性河流，以及是山区、山前区还是平原区河流（河流性质调查的目的是在孔径检算中确定桥下壅水高度），上游有水库的同时调查水库的情况。

流域调查当中，要详细调查桥址附近河段的自然特点，河道的地形、地貌、植被等情况（此项调查的目的用于确定河槽及河滩的糙率），同时要详细调查桥址一带的地质资料、土质类别、粒径级配、挖验资料，确定出河床土壤的平均粒径，还要调查出汛期时水流的含沙量情况。

关于河床土壤平均粒径的确定：对于有钻探挖验等地质资料的桥梁，平均粒径根据资料确定。

对于无地质资料的桥梁，在桥址附近的河床1m 以下取样进行筛分确定，勘测时应找大颗粒密集部位取样。

不同河床质平均粒径的范围见表2.4.1。

表2.4.1 不同河床质平均粒径的范围● 关于汛期含沙量情况的调查调查汛期含沙量的目的是为了确定一般冲刷计算中用到的与汛期含沙量有关的系数E 。

E 的取值如表2.4.2。

表2.4.2 E系数对于桥址附近有水文站的，含沙量可以在水文站调查取得。

对于无水文站的桥梁，在实际工作中，含沙量根据洪水时水的浑清程度来确定。

洪水时水较清，含沙量小于1.0 kg/m 3，E =0.46；洪水时为浑水，含沙量在1.0～10 kg/m 3，E =0.66；洪水时水很浑，含沙量大于10 kg/m 3，E =0.86。

● 关于天河道糙率系数n1(或糙率n )的确定： 对于桥址附近有水文站的，河道糙率系数n 1(或糙率n )可以在水文站调查取得。

对于无水文站的桥梁，根据调查到的桥址附近河段平面情况及水流状态、河床质的组成及起伏情况、岸壁及植被情况，参照《铁路工程水文勘测设计规范》附录D天然河道洪水糙率系数表进行选取。

表2.4.3 河槽糙率系数表2.4.4 河滩糙率系数值当洪水坡度在千分之一以上时，采用库号内较小的数值，洪水坡注：1.表中糙率系数n度在万分之一以下时，采用库号内较大的数值。

2.测流河段的形态是千变万化的，可以形成各种各样的组合。

应用时，首先弄清调查桥梁的河段平面和水流状态属于表列三类中的的那一类，其次才是河床质的组成和起伏情况，岸壁及植被情况是第三位的。

调查桥梁的河段特性若与表列的组合方式不尽相同，可以根据实际情况，对表列数值适当调整。

2.5 历史洪水调查2.5.1 调查洪水发生的年份洪水发生时间的调查可在沿河居住的一些老人中进行。

引导他们把洪水发生的日期联系历史发生的较大事件，如水灾、旱灾、虫灾、地震、战争等，或联系群众最易记忆的事情，如年龄、婚丧、生育、搬家、外出等，以推算洪水发生的年份，也可以从账本、日记、历史文献、地方志等资料进行分析，筛选决定历史上那些年份发生过的大洪水。

2.5.2 调查洪水痕迹并推算至水文断面上洪水痕迹是确定最高洪水位、绘制洪水水面线和计算洪水流量最直接的依据，因此洪水痕迹调查在洪水调查中具有特别重要的地位。

在整个洪水调查中，将调查的洪痕做出标记，然后进行水平高程的测量，将这一洪痕标高，按纵向水面坡在推算至水文断面上，使调查的洪水位转换成水文断面上的水位，依此推算该水位时的过水断面面积、流速、流量。

2.5.3 确定各洪水大小的顺序排位和其相应的重现期重现期的确定方法：⑴根据当地老人的记述来确定；⑵按历史洪水发生的时间距今的年数来确定；重现期T＝现在－发生年份﹢1⑶从历史文献考证来确定当历史洪水发生年份距今较近，采用上述办法决定重现期往往较小，此时应尽量通过历史文献考证向前追溯，例如1969年发生一次特大洪水，至今调查时的2005年只有37年，一次作为重现期可能偏小，通过考证分析，它在137年考证中可以连续顺位，其序位为第三，既在137年考证期中还有两次历史洪水比1969年洪水大，而其余各年洪水比1969年洪水小由此可得1969年洪水的重现期为：T﹦137/3﹦46年2.6 水库情况调查水库需要调查以下内容：⑴水库建成年代；⑵水库总库容；⑶水库类型；⑷水库控制的汇水面积；⑸水库设计洪水频率；⑹水库校核洪水频率；⑺百年一遇洪水入库流量；⑻百年一遇洪水最大泄洪量；⑼三百年一遇洪水入库流量；⑽三百年一遇洪水最大泄洪量；⑾水库到桥址的距离；⑿坝桥区间的汇水面积。