桥梁工程阻水比与河道水位关系初步探讨.docx

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桥梁工程阻水比与河道水位关系初步探讨

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许可+陈凯

摘要：该文主要分析了桥梁工程阻水比与河道水位关系，阐述了在当前形势下，针对两者进行研究的重要性，针对目前桥墩阻水面积及河道过流面积与桥墩布置之间的关系进行研究。笔者通过研究，总结和归纳自身多年工作经验，希望通过该文的分析能帮助桥梁建筑单位提高工程项目工作水平和质量，能更好地应对工作中存在的问题。

关键词：桥梁工程?阻水比?河道水位

：U442：A：1674-098X（2014）11（a）-0006-02

在进行河道桥梁建造工程时，桥墩及其承台等下部结构会对河道水流产生阻碍作用。桥墩及其承台等下部结构会占用河道部分行洪过流面积，增大局部而对水流阻力，而其阻挡水流所占的面积和墩台侧面产生的涡流阻滞水流所占的面积称之为墩台阻水面积。该桥梁的面积阻水比主要是通过墩台阻水面积除以该水位下的河道断面总面积。面积阻水比在一定的程度上可以反映桥梁工程的壅水影响程度。天然河道中不同水位下的桥墩阻水程度是不一样的。有的桥墩阻水比与河道水位成正比，有的却成反比，还有的会随着河道水位的升高而呈现出无规律性。

笔者根据调查珠江流域中67座跨河所有类型的桥梁阻水比，发现其中37座桥成正比，占总量的55%;22座桥成反比，占总量的32%;8座桥无明显变化，占总量的12%。

1概化河道

1.1梯形河道

通常所说的梯形河道主要是指一些河床的断面，其形态特征类似于“U”形的不规则河谷，且存在于天然河道中，如图1。

图1表示了在概化梯形河道中，桥墩分别位于河槽、岸坡、以及河槽与岸坡均有桥墩时，阻水比水位变化关系。当在河槽内进行桥墩布置时，阻水比与水位变化关系呈反比，而与边坡系数没有关系。当在岸坡或河槽与岸坡都有时，边坡系数小于1，桥墩阻水比与水位变化呈正比关系。由此可知，对于简单的梯形河道而言桥梁工程受到桥墩位置和边坡倾斜程度的双重影响。

对于简单的梯形河道来说，如果当水位上升时，桥墩阻水面积增幅与河道水流面积增幅的比值反而降低，那么就意味着，桥墩阻水面积的增幅小于河道过流面积增幅，这种情况下水位和阻水比的关系主要是呈反比。而当桥墩阻水面积增幅与河道水流面积增幅的比值随着水位的升高而增大时，表示随着水位的升高，河道过流面积增幅，阻水比与水位关系呈正比。如果随着水位的升高，桥墩阻水面积与河道水流面积的比值的函数关系就属于非单调递增，在这种情况下，阻水比与水位关系属于上凹抛物线变化。因此，我们可以看出在简单的梯形河道中，随着水位升高，桥墩阻水面积与河道过流面积两者之间的增幅何者上升更快，这是影响桥梁工程中阻水比与水位的变化关系的主要影响因素之一。

1.2复式梯形河道

所谓的复试梯形河道主要是指部分天然河道中，如果河道河道两岸拥有边滩，这时的河床断面的样子就可以认为是复试梯形河道（如图2）。为了便于研究，我们只考虑了一岸有边滩的河道。宽滩河道一般不可能将桥墩仅在岸坡上布置，因此，我们不考虑仅有桥墩位于岸坡的情况，而是要考虑仅有桥墩位于边滩的情况。

图2表示了在概化复式梯形河道中，桥墩分别位于河槽、边滩、以及河槽与边滩均有桥墩时的水位与阻水比拥有变化关系。（1）桥墩在河槽内时，这时的河道水位变化与桥墩阻水比之间的关系主要呈反比，边坡系数此时与其没有联系;（2）桥墩在滩地时，这时的河道水位变化和桥墩阻水比之间的关系主要呈正比，此时，边坡系数与其也没有关系。（3）桥墩在滩地与河槽上都有时，两者之间没有特别明显的关系。

当桥墩主要布置在滩地的时候，阻水比与河道水位的关系呈正比;当桥墩在河槽和滩地都有布置时，桥墩阻水面积增幅与河道水流面积增幅的比值随水位的升高呈非单调递减，阻水比与河道水位呈波状起伏变化。当水位升高时，河道水流面积与桥墩阻水面积增幅之间的比值呈整体上升的趋势，此时是影响河道水位变化与阻水比之间变化关系的主要影响因素之一，阻水比与河道水位的关系呈正比;当整体下降时，阻水比与河道水位的关系呈反比;而当整体升降相当时，阻水比与河道水位关系呈波状起伏变化。对于复式河道，河道过流面积与桥墩阻水面积，其中无论哪一个占优，都与桥墩的位置和边坡的关系相关联。

1.3复式断面河道

如果河床断面形态呈现出分叉河道的状态，一般可以将其称为复式断面河道（如图3）。

图3表示了在概化复式断面河道中，桥墩位于和擦、边滩以及河槽和边滩都有桥墩布置时的阻水比与水位变化关系。从表中我们可以看出，当位于主河槽内的桥墩权重比例占优时，桥墩阻水比与水位变化关系呈反比;当位于心滩的桥墩权重比例占优时，呈正比关系，两者均与边坡系数没有关系。

对于复式断面河道，阻水比与河道水位变化关系也取决于桥墩阻水面积增幅与河道水流面积增幅的比值随水位升高时的整体变化趋势，而趋势的变化主要取决于桥墩的位置和边坡系数的双重影响。当位