劉質(zhì)偉

（中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410014）

1 引言

1.1 橋梁建設(shè)方案

擬建橋梁主橋的跨徑選擇主要受通航凈寬、防洪、施工三方面因素綜合影響，主橋跨徑的下限應(yīng)滿足通航的基本要求。

擬建橋梁上游1.2km、下游1.15km 已有過河建筑物，為避免“巷道效應(yīng)”對(duì)通航安全影響，根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》中的要求，本橋宜采取一孔跨越通航水域的橋型方案。

橋跨布置需滿足防洪安全的要求。從防洪有利的角度，宜減少河道中橋墩數(shù)量，降低阻水比，盡量將承臺(tái)埋入河床中。但本橋位處覆蓋層淺，承臺(tái)完全埋入河床會(huì)導(dǎo)致造價(jià)增加過大，應(yīng)減少水中基礎(chǔ)數(shù)量。

綜上考慮，結(jié)合橋型方案，本橋推薦方案主橋主跨確定為192m，單孔雙向通航。擬建橋梁與橋區(qū)河道基本正交，10 年一遇洪水情況下橋梁建成后橋區(qū)水流方向與橋軸線法線方向的最大夾角約為7.38°，橋區(qū)河段主流偏右岸深槽。擬建橋梁建成效果見圖1 所示，中間橋孔為主跨通航孔。

圖1 擬建橋梁效果圖

1.2 設(shè)計(jì)代表船型

綜合《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》、《關(guān)于公布珠江水系“三線”過閘船舶標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列及有關(guān)規(guī)定的公告》中的相關(guān)船型，結(jié)合分析現(xiàn)狀船型，并考慮到未來(lái)航線貨運(yùn)及客運(yùn)的發(fā)展，橋梁通航兩種較大設(shè)計(jì)代表船型為：500 噸級(jí)一頂二船隊(duì)（111.0m×10.8m×1.6m）、1000噸級(jí)貨船（57m×10.8m×3.0m）。

1.3 橋區(qū)航道等級(jí)

擬建橋梁處航道規(guī)劃等級(jí)為Ⅳ級(jí)航道，兼顧通航1000 噸級(jí)單船。

橋區(qū)河段河道微彎、水流平緩、河床穩(wěn)定，水深達(dá)6～7m 以上。

2 橋梁通航孔航道整治的相關(guān)規(guī)定

（1）根據(jù)《中華人民共和國(guó)內(nèi)河交通安全管理?xiàng)l例》第十六條規(guī)定：船舶在內(nèi)河航行時(shí)，上行船應(yīng)當(dāng)沿緩流或者航路一側(cè)航行，下行船應(yīng)沿主流或者航路中間航行。根據(jù)規(guī)范規(guī)定、橋區(qū)地形、通航孔布置等情況，規(guī)劃航線應(yīng)考慮盡量少改變?cè)铰?，并滿足橋孔上下游各不小于200m 的直線段過橋，直線過后接不小于3 倍設(shè)計(jì)代表船型長(zhǎng)度的彎曲半徑航線與習(xí)慣航線銜接。

（2）擬建橋梁通航孔航道寬度計(jì)算公式為：橋梁通航孔航道寬度=交角不大于5°情況下最小通航凈寬+橫流加寬值+橋梁斜交加寬值。

3 正交情況下通航凈寬計(jì)算

擬建大橋主跨跨越了習(xí)慣航路范圍，枯水期，主墩的設(shè)置對(duì)枯水期習(xí)慣航路影響較小。橋區(qū)航道中心線沿規(guī)劃航道線布置，船舶下行準(zhǔn)備通過橋區(qū)通航孔時(shí)，以中間位置偏向通航孔右岸側(cè)航行，上行船舶避開主流偏河道左側(cè)上行，各以左舷會(huì)船。

《內(nèi)河航道標(biāo)準(zhǔn)》附錄C.0.1，天然和渠化河流水上過河建筑物軸線的法線方向與水流流向的交角不大于5°時(shí)，通航凈寬可按下列公式計(jì)算：

式中：

Bm1——單孔單向通航凈寬（m）；

Bm2——單孔雙向通航凈寬（m）；

BF——船舶或船隊(duì)航跡帶寬度（m）；

△Bm——船舶或船隊(duì)與兩側(cè)橋墩間的富裕寬度（m）；Ⅰ～Ⅴ級(jí)航道可取0.6 倍航跡帶寬度；

Pd——下行船舶或船隊(duì)的偏航距（m），按《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》表C.0.1 取值；橋區(qū)橫向流速最大值為0.32m/s，下行偏航距查表C.0.1 取值為16m；

b——上、下行船舶或船隊(duì)會(huì)船時(shí)的安全距離（m），可取船舶或船隊(duì)的寬度；

Pu——上行船舶或船隊(duì)的偏航距（m），取0.85 倍下行偏航距；

Bs——船舶或船隊(duì)的寬度（m）；

L——頂推船隊(duì)或貨船的長(zhǎng)度（m）；

β——船舶或船隊(duì)的航行漂角（°）；Ⅰ～Ⅴ級(jí)航道可取6°。

根據(jù)擬建橋梁設(shè)計(jì)代表船型及內(nèi)河通航凈寬的計(jì)算公式，交角不大于5°情況下通航凈寬計(jì)算如表1：

表1 代表船型對(duì)應(yīng)的橋位正交情況下凈寬

根據(jù)表1 計(jì)算，取98.65m 作為正交情況下的計(jì)算凈寬值進(jìn)行通航論證。

4 橫向流速加寬

橋軸線法線方向與水流流向交角最大為7.38°，橫向流速最大值為0.32m/s，根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》表C.0.3內(nèi)插計(jì)算得本橋單向橫向流速加寬為7m，雙向橫向流速加寬為14m。

5 斜交加寬

橋軸線法線方向與水流流向交角最大為7.38°，根據(jù)斜交時(shí)幾何關(guān)系，通航孔橋梁墩內(nèi)緣凈寬計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2 所示：

圖2 斜交凈寬計(jì)算示意圖

由圖可推導(dǎo)出斜交時(shí)橋墩內(nèi)緣凈寬計(jì)算公式如下：

B 斜＝（B 正＋L 墩×sinθ）/cosθ （3-1）

L 墩取左岸及右岸墩柱長(zhǎng)度平均值13.75m 進(jìn)行計(jì)算，推算得本橋斜交加寬為：（98.65+13.75×sin7.38°）/cos7.38°-98.65=2.6m。

取斜交加寬值為2.6m。

6 礙航紊流對(duì)航道的影響

工程河段為庫(kù)區(qū)河段，水流平緩，船舶都沿河道中央偏右岸深槽航道線航行；根據(jù)試驗(yàn)觀察，在橋墩紊動(dòng)寬度范圍內(nèi)的水流，一方面屬于下降水流，另一方面在該范圍內(nèi)的水流因邊界分離產(chǎn)生回流，又伴隨著一個(gè)一個(gè)的漩渦，對(duì)周圍水體產(chǎn)生較大的吸附作用，這可能就是船舶撞擊橋墩的主要原因。

因此，從船舶和橋梁的安全考慮，橋區(qū)航道的邊線宜布置在該紊動(dòng)寬度以外。也就是說，可以將該紊動(dòng)寬度作為航道邊線與橋墩之間的安全距離。

7 洪水期橋區(qū)航道寬度

擬建橋梁通航孔航道寬度計(jì)算公式為：橋梁通航孔航道寬度=交角不大于5°情況下最小通航凈寬+橫流加寬值+橋梁斜交加寬值。

根據(jù)洪水期水流方向與橋軸線法線方向最大夾角及橫向流速，擬建橋梁洪水期橋區(qū)航道寬度為：

航道寬度=98.65+14+2.6=115.25m

洪水期橋區(qū)航道寬度按116m 布置，橋軸線上下游各200m 后設(shè)過渡段與原航道線銜接。

8 航道整治寬度優(yōu)化分析

通航凈寬計(jì)算公式中對(duì)寬度影響比較大的為橫向流速對(duì)應(yīng)的下行偏航距。橋梁所在河流洪水主要為大暴雨所致，洪水暴漲暴落，每次洪水過程時(shí)間為5～10天，漲水短歷時(shí)約占3 天～5 天，洪峰持續(xù)時(shí)間一般為3h～6h。

結(jié)合橋區(qū)地形，洪水期水位上漲，水深遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于航道水深，若按116m 寬度進(jìn)行整治，意義不大，且開挖范圍較大，可能會(huì)引起河床及岸坡不穩(wěn)定，從而影響橋梁安全。

經(jīng)綜合分析，正交情況下通航凈寬計(jì)算公式中，下行偏航距Pd 應(yīng)按枯水期橋區(qū)最大橫向流速（0.07m/s）取值，按《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》表C.0.1 取值為8m，以此為基礎(chǔ)計(jì)算得到的最小通航凈寬值作為擬建橋梁枯水期航道寬度及橋區(qū)航道整治寬度，見表2。

表2 擬建橋梁通航孔航道寬度計(jì)算表

根據(jù)表2 的計(jì)算成果，在枯水期，橋區(qū)航道寬度按93m 設(shè)計(jì)；在洪水期，橋區(qū)航道寬度按116m 設(shè)計(jì)。在洪水期水位上漲，水深遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于航道水深，若按116m寬度進(jìn)行整治，意義不大，因此航道整治寬度按枯水期航道設(shè)計(jì)寬度93m 進(jìn)行整治。

9 結(jié)論

在枯水期，橋區(qū)航道寬度為93m 設(shè)計(jì)，航道右邊線距離右墩柱邊緣為28.5m，航道左邊線距離左墩柱邊緣為59.5m；在洪水期，橋區(qū)航道寬度為116m，航道右邊線距離右墩柱邊緣為28.5m，航道左邊線距離左墩柱邊緣為36.5m。

經(jīng)水流參數(shù)計(jì)算得紊流加寬值為12.18m，則最大紊流單邊寬度為6.09m。

綜上所述，航道邊線距離墩柱邊緣最小距離均大于最大紊流單邊寬度6.09m，滿足安全要求。

本文結(jié)合工程實(shí)例，從保證船舶在橋區(qū)安全通航的角度，提出了橋區(qū)航道寬度的設(shè)計(jì)過程，結(jié)合國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范給出了公式及各參數(shù)的確定方法，可供橋梁設(shè)計(jì)參考。