王子佳，马雪梅，曹国忠，孟令明（水利部松辽水利委员会，吉林长春130021）



新建铁路桥对跨越河道的冲刷影响研究

王子佳，马雪梅，曹国忠，孟令明
（水利部松辽水利委员会，吉林长春130021）

［摘 要］文章采用非粘性土河床冲刷公式计算，对敖海营子中桥新建工程桥下一般冲刷及桥墩局部冲刷特征进行了计算分析。成果表明，现状两岸滩地平坦开阔，20年一遇洪水冲刷对两岸农田无影响；100年一遇洪水冲刷时，新建铁路桥一般冲刷加局部冲刷为6.3 m，远小于桥墩基础埋深30～32 m，桥墩基础设计满足防冲要求。

［关键词］新建铁路桥；冲刷计算；非粘性土；河道

1 概 况

研究对象取自敖海营子中桥新建工程。桥址位于辽宁省朝阳市与内蒙古自治区赤峰市境内，桥梁横跨的天义河属老哈河一级支流，流域面积551 km2，河流长45 km。天义河多年平均降水量447mm，多年平均径流深54.2mm。河道弯蜒曲折，两岸无防护措施。敖海营子中桥桥址距天义河汇入老哈河的河口18.23 km，桥址附近河段无堤防。新建桥位于现有桥上游，基本平行于现有桥，两桥中心距约为20 m。新建桥墩采用圆端型实体桥墩，桥墩与水流方向基本平行，过水能力略优于现有桥。新建桥墩基础埋深30～32 m，桥梁全长96.12 m。

天然河道上新建桥梁后，桥墩、桥台等改变了原河道的水流形态，引起桥下产生冲刷。因此，需对桥址断面处冲刷影响进行计算，确定冲刷深度并为桥墩承台埋深与桥墩防护设计提供依据。

2 评价原则

为了评价新建桥对河道产生的冲刷影响，需要对桥址断面进行冲刷计算。桥位所在河道两岸防洪标准为20年一遇，桥梁防洪标准为100年一遇。新建敖海营子中桥桥址处河道冲刷计算包括20年一遇设计洪水冲刷和100年一遇设计洪水冲刷。20年一遇设计洪水冲刷用于复核保护范围内农田是否因桥下冲刷影响安全；100年一遇设计洪水冲刷用于复核桥墩基础埋深是否满足要求。另据相关勘察资料，在地表以下0～11 m范围内以粉土、中砂为主，非粘性土层分布连续，厚约11 m，因此采用非粘性土计算公式进行冲刷计算。

3 评价方法

冲刷计算公式采用TB10017-99《铁路工程水文勘测设计规范》，土壤的分类根据地质勘探资料分析为非粘性土，据此采用TB10017-99中提供的非粘性土河床冲刷公式，公式如下：

3.1 桥下一般冲刷计算

1）主槽部分

式中：hp——桥下一般冲刷后的最大水深，m；hmc——桥下河槽最大水深，m；h軈c——桥下河槽部分平均水深，m；Bc——桥下河槽部分桥孔过水净宽，m；Qc——桥下河槽部分通过的设计流量，m3/s；A——单宽流量集中系数；d——河槽泥沙平均粒径，mm；E——与汛期含沙量有关的系数。2）滩地部分

式中：Qt——桥下河滩部分通过的设计流量，m3/s；hmt——桥下河滩的最大水深，m；At——河滩流量非均匀分配系数，At=1.0～1.15；Bt——河滩部分桥孔净长，m；VH1——河滩水深1 m时非粘性土不冲刷流速，m/s。

3.2 非粘性土河床桥墩局部冲刷计算

1）当v≤v0时，

2）当v>v0时，

式中：hb——桥墩局部冲刷深度，m；Kε——墩形系数；B1——桥墩计算宽度，m；d——河床土平均粒径，mm；Kη——河床颗粒影响系数；v——一般冲刷后墩前行进流速，m/s，按规范规定计算；v0——河床泥沙起动流速，m/s；v0——墩′前始冲流速，m/s；n——指数。

4 评价结果

铁路桥建成后桥下河道将发生冲刷，分为一般冲刷和桥墩位置处的局部冲刷，桥位所在河段断面为单式断面，故断面均按主槽考虑，由于新桥和现有桥距离较近，河床质一致，流速相近，断面相近，因此此次仅对新桥进行冲刷计算，现有桥可采用新桥冲刷计算成果。新建敖海营子中桥一般冲刷及局部冲刷计算成果见表1。

表1 新建敖海营子中桥冲刷计算成果

冲刷深度按自然冲刷、一般冲刷、局部冲刷相加确定。桥位河道河势稳定，自然冲刷此次按零计。由于桥位河段两岸无堤防，现状两岸滩地平坦开阔，20年一遇洪水冲刷对两岸农田无影响；100年一遇洪水冲刷时，一般冲刷加局部冲刷为6.3 m，远小于桥墩基础埋深30～32 m，桥墩基础设计满足防冲要求。

［参考文献］

［1］董年虎，段文忠.国内外非粘性土桥墩局部冲刷计算方法综述［J］.郑州工业大学学报,1997（2）.

［2］肖婧.非粘性土覆盖的岩石河床桥墩冲刷计算分析［J］.中华建设，2012（5）.

［3］M.M.朱拉甫列夫，戚立德.非粘性土中桥墩局部冲刷计算［J］.国外公路，1980（3）.

［4］刘建国，魏松.桥下非黏性土冲刷机理及常用冲刷计算方法探讨［J］.水利科技与经济，2014（12）.

［中图分类号］U44

［文献标识码］A

［文章编号］1002－0624（2016）06－0036－02

[收稿日期]2016-02-14