王子佳，馬雪梅，曹國(guó)忠，孟令明（水利部松遼水利委員會(huì)，吉林長(zhǎng)春130021）

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新建鐵路橋?qū)缭胶拥赖臎_刷影響研究

王子佳，馬雪梅，曹國(guó)忠，孟令明
（水利部松遼水利委員會(huì)，吉林長(zhǎng)春130021）

［摘 要］文章采用非粘性土河床沖刷公式計(jì)算，對(duì)敖海營(yíng)子中橋新建工程橋下一般沖刷及橋墩局部沖刷特征進(jìn)行了計(jì)算分析。成果表明，現(xiàn)狀兩岸灘地平坦開闊，20年一遇洪水沖刷對(duì)兩岸農(nóng)田無(wú)影響；100年一遇洪水沖刷時(shí)，新建鐵路橋一般沖刷加局部沖刷為6.3 m，遠(yuǎn)小于橋墩基礎(chǔ)埋深30～32 m，橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)滿足防沖要求。

［關(guān)鍵詞］新建鐵路橋；沖刷計(jì)算；非粘性土；河道

1 概 況

研究對(duì)象取自敖海營(yíng)子中橋新建工程。橋址位于遼寧省朝陽(yáng)市與內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市境內(nèi)，橋梁橫跨的天義河屬老哈河一級(jí)支流，流域面積551 km2，河流長(zhǎng)45 km。天義河多年平均降水量447mm，多年平均徑流深54.2mm。河道彎蜒曲折，兩岸無(wú)防護(hù)措施。敖海營(yíng)子中橋橋址距天義河匯入老哈河的河口18.23 km，橋址附近河段無(wú)堤防。新建橋位于現(xiàn)有橋上游，基本平行于現(xiàn)有橋，兩橋中心距約為20 m。新建橋墩采用圓端型實(shí)體橋墩，橋墩與水流方向基本平行，過水能力略優(yōu)于現(xiàn)有橋。新建橋墩基礎(chǔ)埋深30～32 m，橋梁全長(zhǎng)96.12 m。

天然河道上新建橋梁后，橋墩、橋臺(tái)等改變了原河道的水流形態(tài)，引起橋下產(chǎn)生沖刷。因此，需對(duì)橋址斷面處沖刷影響進(jìn)行計(jì)算，確定沖刷深度并為橋墩承臺(tái)埋深與橋墩防護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2 評(píng)價(jià)原則

為了評(píng)價(jià)新建橋?qū)拥喇a(chǎn)生的沖刷影響，需要對(duì)橋址斷面進(jìn)行沖刷計(jì)算。橋位所在河道兩岸防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，橋梁防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。新建敖海營(yíng)子中橋橋址處河道沖刷計(jì)算包括20年一遇設(shè)計(jì)洪水沖刷和100年一遇設(shè)計(jì)洪水沖刷。20年一遇設(shè)計(jì)洪水沖刷用于復(fù)核保護(hù)范圍內(nèi)農(nóng)田是否因橋下沖刷影響安全；100年一遇設(shè)計(jì)洪水沖刷用于復(fù)核橋墩基礎(chǔ)埋深是否滿足要求。另?yè)?jù)相關(guān)勘察資料，在地表以下0～11 m范圍內(nèi)以粉土、中砂為主，非粘性土層分布連續(xù)，厚約11 m，因此采用非粘性土計(jì)算公式進(jìn)行沖刷計(jì)算。

3 評(píng)價(jià)方法

沖刷計(jì)算公式采用TB10017-99《鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》，土壤的分類根據(jù)地質(zhì)勘探資料分析為非粘性土，據(jù)此采用TB10017-99中提供的非粘性土河床沖刷公式，公式如下：

3.1 橋下一般沖刷計(jì)算

1）主槽部分

式中：hp——橋下一般沖刷后的最大水深，m；hmc——橋下河槽最大水深，m；h軈c——橋下河槽部分平均水深，m；Bc——橋下河槽部分橋孔過水凈寬，m；Qc——橋下河槽部分通過的設(shè)計(jì)流量，m3/s；A——單寬流量集中系數(shù)；d——河槽泥沙平均粒徑，mm；E——與汛期含沙量有關(guān)的系數(shù)。2）灘地部分

式中：Qt——橋下河灘部分通過的設(shè)計(jì)流量，m3/s；hmt——橋下河灘的最大水深，m；At——河灘流量非均勻分配系數(shù)，At=1.0～1.15；Bt——河灘部分橋孔凈長(zhǎng)，m；VH1——河灘水深1 m時(shí)非粘性土不沖刷流速，m/s。

3.2 非粘性土河床橋墩局部沖刷計(jì)算

1）當(dāng)v≤v0時(shí)，

2）當(dāng)v>v0時(shí)，

式中：hb——橋墩局部沖刷深度，m；Kε——墩形系數(shù)；B1——橋墩計(jì)算寬度，m；d——河床土平均粒徑，mm；Kη——河床顆粒影響系數(shù)；v——一般沖刷后墩前行進(jìn)流速，m/s，按規(guī)范規(guī)定計(jì)算；v0——河床泥沙起動(dòng)流速，m/s；v0——墩′前始沖流速，m/s；n——指數(shù)。

4 評(píng)價(jià)結(jié)果

鐵路橋建成后橋下河道將發(fā)生沖刷，分為一般沖刷和橋墩位置處的局部沖刷，橋位所在河段斷面為單式斷面，故斷面均按主槽考慮，由于新橋和現(xiàn)有橋距離較近，河床質(zhì)一致，流速相近，斷面相近，因此此次僅對(duì)新橋進(jìn)行沖刷計(jì)算，現(xiàn)有橋可采用新橋沖刷計(jì)算成果。新建敖海營(yíng)子中橋一般沖刷及局部沖刷計(jì)算成果見表1。

表1 新建敖海營(yíng)子中橋沖刷計(jì)算成果

沖刷深度按自然沖刷、一般沖刷、局部沖刷相加確定。橋位河道河勢(shì)穩(wěn)定，自然沖刷此次按零計(jì)。由于橋位河段兩岸無(wú)堤防，現(xiàn)狀兩岸灘地平坦開闊，20年一遇洪水沖刷對(duì)兩岸農(nóng)田無(wú)影響；100年一遇洪水沖刷時(shí)，一般沖刷加局部沖刷為6.3 m，遠(yuǎn)小于橋墩基礎(chǔ)埋深30～32 m，橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)滿足防沖要求。

［參考文獻(xiàn)］

［1］董年虎，段文忠.國(guó)內(nèi)外非粘性土橋墩局部沖刷計(jì)算方法綜述［J］.鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1997（2）.

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［3］M.M.朱拉甫列夫，戚立德.非粘性土中橋墩局部沖刷計(jì)算［J］.國(guó)外公路，1980（3）.

［4］劉建國(guó)，魏松.橋下非黏性土沖刷機(jī)理及常用沖刷計(jì)算方法探討［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2014（12）.

［中圖分類號(hào)］U44

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）06－0036－02

[收稿日期]2016-02-14