下面小編整理了一些《橋墩高速鐵路論文(精選3篇)》，歡迎大家借鑒與參考，希望對大家有所幫助！摘要：為了控制高速鐵路線下工程的工后變形和不均勻變形，高速鐵路設計采取了“以橋代路”的設計思路，橋梁已經成為高速鐵路線下工程的主要工程類型?？刂聘哞F橋墩的墩身偏移是在建鐵路面臨的一項重要挑戰。
橋墩高速鐵路論文 篇1：
論高速鐵路橋墩鉆孔灌注樁施工工藝
[摘 要] 在地形復雜的地區建設高速鐵路,橋墩是經常采用一種重要的基礎型式,其埋入土中的樁基往往采用鉆孔灌注樁的型式。本文探討了回轉鉆進成孔灌注樁的施工工藝及施工中的注意事項,可供參考。
[關鍵詞] 高速鐵路 鉆孔 混凝土 施工
高速鐵路工程作為國家重要的交通運輸設施,其建設質量關系著人們的生命和財產安全以及國家的形象,因此,對施工工藝的要求會更為嚴格。在地形復雜的地區建設高速鐵路,橋墩是經常采用一種重要的基礎型式,其埋入土中的樁基往往采用鉆孔灌注樁的型式,樁徑一般在500mm以上,樁長一般為40～50M。按照成孔方式的不同,鉆孔灌注樁又可分為回轉鉆孔擴底灌注樁、潛水鉆成孔灌注樁、干作業螺旋鉆孔灌注樁和旋挖鉆成孔灌注樁等種類。限于篇幅,本文僅探討回轉鉆進成孔灌注樁的施工工藝及施工中的注意事項。
1、施工原理及工藝流程
回轉鉆成孔灌注樁是采用某一類型地質的鉆孔鉆機,采用泥漿的方式維持孔壁穩定鉆進成孔,然后灌注混凝土成樁的一種施工方法,包括正循環鉆成孔灌注樁和反循環鉆成孔灌注樁,其一般施工流程如圖1所示。正循環鉆成孔灌注樁施工時是由回轉裝置帶動鉆桿和鉆頭,旋轉切削破碎巖土,出泥漿泵抽吸泥漿通過水龍頭輸進空心鉆桿的內腔,經鉆頭的出漿口射出而輸出孔底。正循環鉆成孔方式具有鉆機小、重量輕、狹窄工地也能使用、設備簡單、設備故障少、工藝技術成熟、噪聲低、振動小、工程費用低的優點。所謂反循環,是指鉆機工作時,旋轉盤帶動鉆桿端部的鉆頭切削破碎孔內巖土,沖洗液從鉆桿與孔壁間的環狀間隙中流入孔底,冷卻鉆頭并攜帶被切削下來的者土鉆渣,由鉆桿內腔返回地面,與此同時,沖洗液又返回孔內形成循環。與正循環相比,反循環的鉆進速度快得多,所需泥漿量少,轉盤所消耗的功率少,清孔時間較快,采用特殊鉆頭可鉆挖巖石等優點。
2、施工注意事項
2.1施工準備
鉆機就位前,應先平整場地,鋪好枕木并用水平尺校正,保證鉆機乎穩穩定。安裝鉆機的基礎如果不穩定,施工易發生鉆孔傾斜、校傾斜、校偏心等不良影響。
2.2測放孔位
測放孔位要做到準確無誤,放線定位應從測量基準點施測,以避免累積誤差、并注意保護控制點。如果測量發現誤差較大,應及時查找原因。如有必要,應對導線進行復查,樁位確定后,應用其它方法校核,并及時護樁,防止樁位受外界因素影響而發生偏移。
2.3埋設護筒
埋設護筒的基坑應垂直于地面,與樁位同心,其半徑應大于護筒半徑200mm以上。護筒端部應打人新土層或粉土層中,一般不應打入填土層或砂礫層中,深度應超過填土層。護簡頂部應開設1—2個溢漿口,護筒頂面宜高出地面200mm。為防止樁位在理設護筒后發生偏移,在護筒埋沒好后應再次復核一下樁的中心位置,減少護筒在埋設過程中引起校的偏位。當在水中施工水深小于3m時,可適當提高護筒頂面高度,以減少筑島工作量。如島底河床為淤泥或軟土,宜挖除換以砂土,若排淤工作量大,則可用長護簡,使其沉入河底土層中。當在水深超過3m的深水區中鉆孔,宜搭設工作平臺。
2.4泥漿配制
泥漿的最大特點是在循環過程中在壓差作用下能在孔中形成泥皮而加固孔壁,循環停止時泥漿很快又轉為溶膠狀而懸浮巖屑,防止巖屑過多沉淀而引起孔內事故。但片面追求泥漿保護孔壁,加大泥漿比重,不僅會使孔壁泥皮變厚,而且會給清孔和灌注混凝土造成因難。同時,泥皮比重加大意味著泥漿固體顆粒含量加大,勢必加大管材、鉆頭、水泵缸套和葉輪等的磨損,降低其使用壽命,而且拖延了鉆頭的進尺,使得巖屑顆粒重復破碎,導致機械鉆速下降。因此,無論是正循環鉆進成孔還是反循環鉆成孔,都應合理選擇護壁泥漿。
2.5鉆進成孔
(1)正循環鉆進成孔
正循環鉆鉆進成孔的質量與鉆進施工人員的技術水平、成孔中所遇到的巖土類別、鉆具種類都有非常密切的關系,一個無鉆進施工經驗的技術工人,很難應對鉆進中所遇到的各種技術難題,保證成孔質量和速度。在鉆進過程中,應根據場地、校距和進度情況,采用無間隔連打或隔一打一或隔二打一的單機跳打法,或采用一臺機在二個機座上的單機雙打法,或采用兩臺鉆機在兩個機座上輪流按對角線對打的雙機雙打法。
(2)正循環鉆進成孔
初鉆階段,先啟動沙石泵和轉盤,使之空轉一段時間,待反循環正常后,方可開始鉆進。鉆頭工作正常后,逐漸加大轉速,調整壓力,并使鉆頭吸口不產生堵水。正常鉆進時應合理選項擇鉆進參數。當砂石泵排出的渣量減少時或出水中含渣星較多時,應控制鉆進速度。接長鉆桿時,應先卸去方形套,提升鉆桿達到鉆頭與鉆桿相連處露出轉盤為止,動作要迅速、安全。鉆進時如果孔內出現坍孔、涌砂等異常情況,應將鉆具提高孔底,控制矢量,保持沖洗液循環,吸取坍落物和涌砂,向孔內輸送符合要求的泥漿,保持孔內水頭壓力,抑制坍孔和涌砂。
2.6清孔
清孔是鉆孔樁施工過程中重要的一道工序。清孔的目的是使孔底沉渣厚度,循環液中含渣量滿足質量要求或設計要求。清孔質量的好壞直接影響地下混凝土的灌注、樁質量及承載力的大小。為了保證清孔質量,清孔分二次進行。第一次清孔在成孔完畢后立即進行,第二次清孔在下放鋼筋籠和混凝土導管安裝完畢后進行。清孔過程中應測定泥漿指標,清孔后的泥漿指標隨地層情況和成孔方法不同而不同,一般應小于1.15。清孔結束時應測定孔底沉渣,孔底沉渣厚度應滿足有關規范規定和設計要求。
2.7鋼筋籠制作與安放
鉆孔灌注樁的鋼筋籠制作一般使用熱扎鋼筋,材質與焊接要求應符合國家的相關強制標準。鋼筋籠直徑不得小于設計尺寸,鋼筋籠每節長度不宜超過9米,也不宜短于5米。鋼筋籠過長易發生彎曲變形,過短則不僅增加焊接時間,而且對成樁質量不利。使用法蘭接頭導管時,最下面的一節鋼筋籠底端應使主筋向外張開,以防導管掛鉤導管造成鋼筋籠上浮。制作好的鋼筋籠應平臥堆放在平整、干凈的場地上,堆放高度不得超過兩層。鋼筋籠下籠過程應盡可能快,一般樁孔應在2-4個小時內完成。
2.8混凝土灌注
混凝土的強度等級必須滿足設計要求,砂石料、水泥、水等配比應符合國家標準。此外,根據灌注樁的特點,混凝土還需控制初凝時間和流動性。初凝時間對于灌注樁非常重要,一般要求所提供配比的初凝時間是實際澆灌時間的兩倍,否則容易在澆灌過程中出現導管凝死等事故。規范要求坍落度18-22cm之間,當坍落度小時,易堵塞導管,坍落度大時易發離析。
混凝土灌注前應檢查樁底沉淀層厚度與泥漿等指標,如不符合要求則須再次清孔。當混凝土灌到孔口不再返出泥漿時,說明混凝土壓力已等于或小于其在樁內頂升阻力,此時應提升導管。若需提高0.5-1.0m以上才能灌入混凝土,則應拆除一些導管,減小導管在混凝土中的埋深,埋深太大容易發生混凝土將導管凝固致使發生斷樁事故。導管埋深太淺也是不利的,容易沖翻孔內混凝土頂面,將沉渣泥漿卷入,造成夾泥至斷樁或導管拔出時帶出混凝土的事故。
3、結束語
高速鐵路橋墩樁基對于鐵路運輸安全至關重要,這就對其施工過程提出了更嚴格的要求。本文分析了回轉鉆進成孔灌注樁的施工原理、施工工藝及施工中的若干注意事項,可為同類工程提供借鑒。
參 考 文 獻
[1] 鄭益民.橋梁墩臺施工技術要點[M].北京:人民交通出版社,2004
[2] 建筑樁基技術規范(JGJ94294).北京:中國建筑工業出版社,1995
[3] 董書彬.灌注時斷樁的處理方法及工具[J].探礦工程,1999,(1):28.
[4] 羅騏先.樁基工程檢測手冊[M].北京:人民交通出版社,2003.■
作者：徐 軍
橋墩高速鐵路論文 篇2：
對高速鐵路橋墩墩身偏移控制的幾點探討
摘要：為了控制高速鐵路線下工程的工后變形和不均勻變形，高速鐵路設計采取了“以橋代路”的設計思路，橋梁已經成為高速鐵路線下工程的主要工程類型?？刂聘哞F橋墩的墩身偏移是在建鐵路面臨的一項重要挑戰。
關鍵詞：高速鐵路 高橋墩 偏移控制
近年來鐵路建設的快速發展，越來越多的山區鐵路橋梁以高墩和超高墩的方式跨越深谷河流，給高墩施工抗偏移能力提出了嚴峻的挑戰，而高鐵橋墩的橫向偏移一般要求不超過8 mm。
1.橋梁墩身偏移的原因分析
橋梁墩身偏移的原因很復雜，其中某些工程是因為施工操作的不當，在施工的過程中不夠認真負責，由于某些操作上的失誤導致這種后果。有施工設備和材料因為沒有放置對稱，而造成墩身產生荷載不對稱，并進而影響到墩身的形狀，導致它產生扭曲甚至變形等，這樣就造成了偏移的墩身軸線，并且對于墩身建設的質量造成一定影響，這些都是人為因素造成的影響。模板發生中線扭曲變形和漂移等現象，并且這類現象隨墩身高度的增長而不斷加劇，從而對于墩身軸線產生嚴重偏移和偏差，這是人為因素帶來的消極影響。對于降溫和升溫造成的溫度荷載、太陽輻射和風載等，則是自然因素造成對橋墩身軸線偏移的影響。溫差和日照的作用，它所產生的墩身軸線偏移以及值的大小，完全取決于結構物的溫差以及柔度系數，而它的柔度系數又和墩身結構的截面尺寸息息相關。結構物因為溫差和日照等作用引起的中心偏移，后果是非常嚴重、不堪設想的，所以要對于這個因素產生的效應極度重視。
2.高墩身偏移施工監測技術
2.1橋梁高墩平面位移監測
出于對較高墩身的考慮，應當在主墩范圍之內，來對于加密的平面控制網進行特定的增設。對于墩身的截面尺寸和中線，一定要堅持每隔一段時間進行復測和檢查的習慣，從而對于有效而實時發現因儀器誤差導致的墩身偏斜，從而對于控制墩身線性有效確保。
2.2橋梁高墩傾斜監測
傾斜傳感器是以鉛垂方向的重力矢量為基準的，如果能將它用于對橋墩墩頂位移的測量，就可以避免設立固定基準點的問題；另外，傾斜傳感器還具有體積小、電氣連接簡單安裝方便等特點，非常適合用于開發遠程實時監測。
2.3橋梁高墩沉降監測
高大建筑物施工測量中的最主要問題是控制豎直偏差，也就是如何把軸線精確向上引測的問題。另一個問題是對高大建筑物在建設過程中沉降的觀察，發現對建筑物不利的下沉現象以便采取措施，以保證建筑物安全使用。 因為無法對于常規的經緯儀的十字方向控制模板的中線法進行有效而適當的采用。這里考慮并運用到的，是全站儀的三維坐標放樣法為主的控制方式，并且利用垂球和激光垂準儀配合且結合使用的方式，來對于施工工程中的截面的平面位置進行控制。出于墩身高度受風力和氣溫影響的考慮，所以選擇了風速小且受外界氣候影響也相對比較小的地段進行測量，這樣就能最大程度規避溫差、風向和口照等自然因素對于其作業時的影響。主要做法是，墩身施工前設置護樁，隨墩身升高延長護樁至墩身距離（即加設遠距離護樁，但最大距離不宜大于200m），使置鏡點仰角不大35度。在操作平臺上層設10X10cm對位孔并在孔邊刻對位線。
在承臺上畫出承臺邊線及對位線，嚴格平整模板底面高程，依據承臺邊線立第一節模板。模板的垂直度和上口位置用在模板底加墊片的方法來調整，用垂球控制。平面位置作控制依據，垂直度作參考。注意在試拼時檢查模板四邊底腳是否平整，不平時在立模前進行處理。
完成第一節墩身（4.5m）后用經偉儀較核已澆模板上層對位線的準確性，記錄偏差值，依據偏差值計算所需墊層厚度，用安裝第一節模板的方法安裝第二節模板，其余依此類推。
用經偉儀只檢核兩塊模板的對位線，其余兩塊模板用鋼尺丈量和垂球檢核。 10#墩位置特殊，橫向護樁無法設放，但應設縱向護樁，橫向定位線用全站儀檢核（誤差5mm以內可不調整，每施工四個節段，用全站儀全面復核一次。
3.橋梁墩身偏移控制的具體措施
3.1墩身偏移的計算方法
部頒通用圖通過以下方法來反算目標橋墩的墩頂橫向水平位移限值：目標橋墩墩頂的梁端水平折角達到1 %rad的限值時，假設目標橋墩相鄰一孔（聯）梁的另一側梁端處的橋墩墩頂橫向水平位移為零，然后根據目標橋墩相鄰兩孔（聯）梁的交點距L與目標橋墩處梁端水平折角a。的關系，推算目標橋墩的墩頂橫向水平位移△，推算結果即為目標橋墩的墩頂橫向水平位移限值。
3.2實例分析
渝黔鐵路擴能改造工程劉家大院雙線特大橋，本工程位于貴州省桐梓縣大河鎮沖鋒組～向陽村磨刀組境內，地面高程670～870m，相對高差約100m，自然坡度20～45°屬中山～低中山構造剝蝕地貌與巖溶侵蝕地貌。區內坡面植被不發育，以雜草與灌木為主。
起訖里程D3K144+856.513～D3K145+445.950，設計行車速度200km/h，橋梁全長589.437m，共計15個墩臺，樁基共計96根。本橋設計線間距為4.4m～4.6m。整橋處于直線段和半徑R=3500m的圓曲線段以及緩和曲線上。鐵路等級：國鐵Ⅰ級； 設計坡度：17.2‰。
本橋10號墩高97m，高空作業。同時本橋下游為既有渝黔鐵路，最小距離為25m，臨近既有線施工安全防護風險高。
10號墩里程D3K145+221，10號墩為空心墩，墩身混凝土強度C40、C50，20.7m×11.6m×4.0m承臺，承臺混凝土強度C35，樁長17m，樁徑2m，樁身混凝土強度C40共15根。10號墩地面坡陡、危巖落石、地處懸崖溝谷 ，地下水豐富，道路崎嶇，施工難道較大。
出于對較高墩身的考慮，應當在主墩范圍之內，來對于加密的平面控制網進行特定的增設。對于墩身的截面尺寸和中每隔一段時間進行復測和檢查的，從而對于有效而實時發現因儀器誤差導致的墩身偏斜，從而對于控制墩身線性有效確保。在橋梁的施工過程中，在兩側進行水準點的布設不僅有必要，而且還應當至少每側布置2個，為方便校核和高程傳遞，應當秉持盡量靠近施工現場的原則。一定要注意隨時復核水準點，每次測后和使用前后都應當對其進行閉合。在受制于地形限制的前提下，對于三角高程的測量可以使用全站儀。這對于俯角和仰角不大的情況下的測試非常適用和有利。同時，要結合實際情況，采用鋼尺、水準儀及全站儀反復校核每個循環，從而確保整個過程萬無一失。
十字方向的布設方式不太理想，因為無法對于常規的經緯儀的十字方向控制模板的中線法進行有效而適當的采用。這里考慮并運用到的，是全站儀的三維坐標放樣法為主的控制方式，并且利用垂球和激光垂準儀配合且結合使用的方式施工控制的主要方向，應該就是對于垂直度的測量和控制。由于對于墩身進行有效的糾偏工作，是作為控制垂直度的主要依據所在，所以利用全站儀以及垂球垂線法、激光鉛直儀法等方式，來對于復核和控制測量工作的有效開展，當然是最合適不過。在高墩的施工工程中，能夠全程采用的方法就是垂球的垂線復核法，因為它具有復核非常靈活和便捷的特點。
4.結束語
許多因素造成橋墩樁基和立柱偏位的現象時有發生。橋梁樁基和立柱一般直徑大、造價高、施工難度大，當出現較大偏位甚至破壞時一般需要在原位繼續成樁，施工難度更大，工期也難以控制。為了保證結構的安全可靠和工期，同時為消除存在的隱患，橋墩立柱偏位后的糾偏處治方案是非常重要的，也是經常要用到的。
參考文獻：
[1]張帥，肖鋒文，趙杰麗.連續梁墩柱合理設計的影響因素分析[J].公路工程，2012.37 （5） ：135一140
[2]劉長征.敦德烏蘇特大橋薄壁空心高墩的施工技術[j].科技創新與應用，2012（8）.
[3]郭新偉.高速鐵路橋墩墩頂橫向水平位移控制值算法的研究田.鐵道標準設計，2012 （3）.
作者：冉萬云
橋墩高速鐵路論文 篇3：
山區河道斜交橋梁的防洪計算分析
摘要：山區河道彎曲狹長，洪水期峰高流急，而受地形和線位制約，很多橋梁不得不采用斜交方式跨河，進一步增加了阻水面積，給河道防洪造成很大壓力。以擬建蘭江特大橋為例，通過二維數值模型計算分析斜交橋梁扭轉橋墩和增大橋跨兩種結構優化方案對山區河道防洪和河床沖刷的影響效果。結果表明：扭轉橋墩軸線與水流方向平行可以減小斜交橋梁對河流的阻水效應，并且可以改善橋墩的挑流作用，減小河道沖刷;增大橋跨（減少橋墩阻水面積）也是減輕橋梁阻水的有效措施，再結合扭墩對橋梁結構進行優化，可以顯著減輕橋梁阻水作用，改善橋墩的挑流作用，并且減輕對河道的沖刷。
關鍵詞：山區河道;斜交橋梁;數值模型;防洪安全;河道沖刷
文獻標志碼：A
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2019.04.004
隨著我國公路和鐵路交通建設的蓬勃發展，大量跨河橋梁的建設加大了河流的防洪壓力，尤其對于山區河流，河道彎曲狹長，洪水期峰高流急，防洪安全問題尤為突出[1]。受地形和橋梁線位等條件因素制約，很多山區橋梁不得不選擇斜交方式跨河，增大了河道內橋墩的阻水面積，進一步增加了防洪壓力，而且橋墩軸線與水流存在夾角，容易引起流向偏轉，對河床和堤岸造成挑流沖刷[2]。為避免橋墩對水流的控導作用，減緩墩柱束水和挑流作用對河床和堤岸的沖刷，很多工程采取加大橋跨和偏轉橋墩的方式減輕河道防洪壓力[3]。
山區斜交橋梁壅水計算已有經驗公式可供參考[4-5]，然而斜交橋梁的壅水特性和流場分布規律還需要結合數值模型和物理模型試驗來分析[6].目前針對此類問題的研究仍較少[7]。本文以擬建蘭江特大橋為研究對象，結合二維數值模型分析扭轉橋墩軸線方向和增大橋跨方案對河道壅水、流速改變和河床沖刷的影響，為該河段防洪影響評價提供參考依據。
1 工程概況
蘭江位于浙江中西部錢塘江水系上游，起自金華蘭溪城區三江（金華江、衢江和蘭江）口，經女埠、洲上、下埠頭至將軍巖往北人建德市境內，流經三河、麻車、大洋至建德梅城“三江口”（蘭江、新安江和富春江），貫穿蘭溪和建德兩市。蘭江屬于典型山區河道，河槽狹窄，坡陡流急，沿程有多個彎道和險灘，洪峰過流期間水位暴漲暴落。蘭江原來是砂礫石河床，局部有基巖出露。富春江水庫建成后，下游水面比降變緩，流速降低，河床有懸移質泥沙沉積。工程位置河床仍以砂礫石為主，中值粒徑21.5 mm，屬卵石范疇。
擬建蘭江特大橋位于女埠鎮下游約4 km處（見圖1），為新建金華至建德高速鐵路斜跨蘭江的一座大型橋梁，長約1 160 m。工程主跨橋梁長度200 m，采用鋼筋混凝土系桿拱橋結構，主橋墩采用橢圓墩柱結構，為減小橋墩阻水作用，擬采用扭轉橋墩或增大引橋橋跨兩種方案進行結構優化。不考慮結構優化時，橋墩軸線和橋梁軸線垂直，共有11個墩（簡稱11墩原方案）。第一種結構優化方案，不改變橋墩數量，扭轉橋墩使橋墩軸線方向與水流方向接近平行（簡稱11墩扭墩方案）。第二種結構優化方案，增大引橋橋跨，減少橋墩數量至9個，同時扭轉橋墩軸線與水流方向接近平行（簡稱9墩方案）。本研究的目的是對比分析不同方案下橋墩阻水、流場變化和河床沖刷演變情況。
2 蘭江特大橋二維數值模型
結合二維數值模型，對比橋墩與橋梁軸線垂直、橋墩與流線平行和增大橋跨3種情況下橋墩的阻水作用，分析流場的分布情況以及對河床沖刷的影響?？紤]到該橋位附近河道彎曲狹長、河床地形條件復雜，模型上游截取至蘭溪水文站，下游截取至三河水位站，總長度約20.5 km。
2.1 計算原理
二維水流連續性方程如下：
2.2 計算模型和工況
模型采用非結構化網格，網格尺寸在橋墩處減小至2-3 m，橋墩外圍網格尺寸漸變至30 m（上、下游邊界處）。為削弱網格尺寸對建橋前、后計算結果的影響，建橋前、后采用同一套網格計算分析，建橋前橋墩部分過水，而建橋后剔除橋墩內部計算網格（即橋墩內部不參與計算）。根據橋梁結構優化方案，共建立6套網格進行計算分析。
模型上游取蘭溪水文站設計洪水流量過程，模型下游取三河水位站設計水位過程，梅溪和甘溪兩大支流取設計洪水流量過程，其他邊界設定為無流量邊界。橋墩內部不過水時，將橋墩周圍網格邊界設定為無流量邊界。經模型率定后，該河段河槽糙率采用0.015 -0.021.邊灘糙率采用0.022 - 0.030。
因為該河段缺乏相應水文資料，所以本次模擬計算先建立富春江庫區一維模型，通過中間三河水位站水位變化率定一維模型，率定合理后再利用工程區一維模型水位數據率定二維模型。模型率定采用“20110612”洪水，從計算結果（見圖2）可以看出，三河水位站計算結果和實測結果較為吻合，說明富春江庫區一維模型可以較好地模擬該區域水位變化情況。同時，二維模型計算結果與一維模型計算結果較為一致（見圖2），因此該二維模型計算結果較為合理。
根據《防洪標準》（ GB 50201-2014），準高速鐵路橋梁采用100 a-遇防洪標準設計，由于工程區堤防按20 a一遇洪水設防，因此本研究同時對20 a一遇洪水進行模擬計算，為蘭江大橋防洪評價提供借鑒。各工況下蘭溪水文站、甘溪、梅溪設計洪峰流量見表1。邊界洪水流量及水位過程根據蘭溪水文站典型洪水過程“19550618”洪水（見圖3）采用“峰比”放大獲得。由于洪水期三河水位站處于富春江庫區回水范圍內，因此三河水位站設計洪水位需要結合一維數值模型計算獲取，計算結果見表1。
3 計算結果分析
橋梁建成后，橋墩占用行洪面積，產生阻水和束水效應，在防洪影響評價時，通常會考慮水位壅高對橋梁和堤防的影響，以及水流變化導致的河床和堤防沖刷。本文從阻水比、壅水、流速改變和河床沖刷等方面對蘭江特大橋不同橋墩布置方案進行對比分析。
3.1 橋墩阻水比和壅水計算
橋墩阻水比反映了橋墩占用行洪面積的比例，是檢驗橋梁阻水程度的重要指標。從不同工況阻水比變化（見表2）來看，蘭江特大橋11墩原方案過水面積減幅超過9%，顯著大于文獻[8]建議的7%，可能導致墩前壅水作用顯著增強。從11墩扭墩方案來看，扭轉后橋墩在過水斷面上投影面積顯著減小，降低了橋墩的阻水作用。由此可見，與河道斜交橋梁扭轉橋墩軸線方向與水流方向平行，對降低橋墩阻水作用效果明顯，是減小斜交橋梁河段防洪壓力的有效方法。橋墩扭轉后如果阻水比仍然不滿足規范要求，可采用增大橋跨的方法進一步降低橋墩占過水面積的比率，以滿足河道行洪需求。
受橋墩阻水作用影響，橋梁上游水位壅高，對堤防防洪安全造成一定影響。壅水范圍和壅水高度是河道防洪和涉水建筑物規劃設計的重要依據，其中壅水長度是水利部門水域補償計算的重要依據，墩前水位壅高是橋梁底高程設計的重要參考數據。對比蘭江特大橋3種方案的壅水長度計算結果（見圖4，其坐標為北京54坐標系，下同）可以看出，100 a 一遇洪水經過時，11墩原方案和11墩扭墩方案橋墩壅水高度0.01 m的范圍已經超過蘭溪水文站。采用這兩種方案建橋，壅水長度計算需要進一步延長模型范圍，同時需要考慮模型上游邊界效應影響。100 a一遇洪水下，9墩方案橋墩壅水高度0.01 m的范圍達到女埠鎮下游，壅水長度接近4 km，壅水范圍明顯小于11墩原方案和11墩扭墩方案。
從現狀堤防防洪條件（20 a一遇洪水）來看（見圖5），11墩原方案橋墩壅水范圍超過7.5 km，到達黃湓大橋附近，11墩扭墩方案壅水范圍僅為4.0 km左右，較原方案縮短3.5 km.而9墩方案壅水長度不足1 km。由此可見，扭轉橋墩可以顯著降低阻水比，縮小壅水范圍.在此基礎上增大橋跨可以進一步縮小壅水范圍。
從不同洪水重現期3種方案墩前壅水高度計算結果來看，100 a一遇洪峰經過時，11墩原方案左岸主墩墩前壅水高度超過0.06 m，而橋墩扭轉后（11墩扭墩方案）左岸主墩墩前壅水高度有所降低，主跨右岸臨近的4個橋墩墩前壅水高度也有所降低（見圖6）。相比而言，20 a一遇洪水時，扭轉橋墩對降低墩前壅水高度的作用不再顯著（見圖7）。由此可見，扭轉橋墩方向有利于改善局部水流條件，減小墩前壅水高度，尤其在發生較大洪水時效果更為明顯。從整體效果來看，蘭江特大橋9墩方案墩前壅水高度相對較低，對改善局部水流條件更為有利。忽略水流的三維特征，通過二維模型計算橋墩墩前壅水高度有一定的局限性，準確描述橋墩周圍局部水流條件，還需要借助三維數值模型和物理模型試驗。
3.2 流速變化及其對河床沖刷的影響
橋墩阻水和束水效應還表現在對橋位附近水流流速的改變，從而影響附近泥沙運動。一方面，受墩前壅水和墩后尾水作用，流速降低，泥沙落淤;另一方面，橋墩擠占行洪斷面，增大橋墩兩側水流紊動作用，造成河道斷面沖刷，影響橋梁和堤防結構安全。從流速計算結果來看，建橋前100 a一遇洪峰經過橋位附近時最大流速僅為1.8 m/s，而建橋后受橋墩束水作用影響，墩間行近流速接近1.9 m/s.主墩墩頭背水側環流流速最大達到2.25 m/s。受此影響，橋墩之間河床可能存在一定沖刷作用，墩頭背水側局部沖刷作用較強。
從主墩附近流速放大結果來看，當主墩軸線與橋梁軸線垂直布置時（11墩原方案），受橋墩尾部挑流作用影響，橋墩尾部迎水側流速顯著增大，對河床產生局部沖刷作用，影響河床和橋梁結構穩定，而扭轉橋墩軸線與水流方向平行后（11墩扭墩方案），該挑流作用基本消失（見圖8）。左岸主墩與水流方向仍有一定夾角，橋墩尾部迎水側存在局部挑流作用，如果橋梁結構受力允許，可以考慮將左岸主墩軸線方向進一步微調至與水流方向平行，以減小橋墩尾部挑流對河床造成的局部沖刷。
對比11墩扭墩方案和9墩方案可知，增大橋跨（減小橋墩數量）后橋墩占用行洪面積相對較小，橋墩束水作用有所減弱，水流對河床沖刷作用也會相對減?。ㄒ妶D8）。墩后尾水影響區域內流速迅速降低，泥沙可能在墩后落淤，而尾水區外流速較建橋前普遍增大，對河床有一定沖刷作用（見圖8）。
建橋后，橋位處除橋墩附近流速變化較大外，河道斷面左岸附近和右岸墩后局部（橙紅色區域）水流流速變化較為明顯（見圖9），容易造成河床和堤岸沖刷，應適當拋填碎石和進行堤岸硬化保護。對比3種方案可知，11墩原方案建橋后左岸附近和右岸局部的流速變化最大，而9墩方案影響較小。
堤防防洪現狀（20 a一遇洪水）條件下，流速分布及變化規律與設計工況（100 a一遇洪水）基本一致，其主墩墩頭附近最大流速接近2.1 m/s，墩間行近流速接近1.65 m/s。盡管二維數值模型可以反映建橋后河道的流速變化以及對河床的沖刷作用變化，但是準確模擬河道斷面流速的垂向分布和對河床的沖刷效果，還需要結合三維數值模型和物理模型研究。針對防洪影響評價需求，可以結合二維數值模型和經驗公式定量分析建橋后流速變化導致的河床沖刷變化。
3.3 河床沖刷計算
橋涵水文計算中，把河床的沖刷分解成自然演變沖刷、一般沖刷和局部沖刷三部分，并假定它們相繼進行，可以分別計算后疊加，得到墩臺的最大沖刷深度。該橋位附近河段屬典型山區河流，河床泥沙組成主要為卵礫石，自然狀態下河床相對穩定，建橋后需考慮橋位處河床一般沖刷和橋墩局部沖刷。
本次計算采用《公路工程水文勘測設計規范》（ JTG C30-2015）給出的非黏性河床河槽一般沖刷（8.3.1）和橋墩局部沖刷（8.4.1）經驗公式。經計算，100 a一遇洪峰經過時.3種方案河槽一般沖刷水深分別為8.48、8.43、8.38 m，主橋墩局部沖刷水深分別為2.38、2.08、2.03 m（見表3）。對比3種方案，河床的一般沖刷水深差別不大，但1 1墩原方案主墩軸線和水流方向存在一定夾角，墩尾挑流作用會導致局部沖刷水深較為顯著。3種方案建橋后最大沖刷水深不超過11 m，而100 a 一遇洪峰經過時橋位附近主槽水深為15.6 m，滿足沖刷最大水深要求，橋位處河床不會產生明顯沖刷。堤防現狀防洪條件下，3種方案建橋后橋下最大沖刷水深分別為9.25、8.85、8.81 m，而該洪水重現期下洪峰經過時河槽水深為13.6 m.滿足最大沖刷水深要求，建橋后河床也不會產生明顯沖刷。
4 結語
山區河道斜跨橋梁橋墩的阻水面積相對較大，具有明顯的阻水效應和繞流作用，造成河段壅水和河床沖刷，甚至可能危及堤防安全，給河段防洪造成很大壓力。扭轉橋墩使橋墩軸線與水流方向平行，或者增大橋跨（減少橋墩數量）可以減小橋墩的阻水面積。以擬建蘭江特大橋為例，通過二維數值模型分析斜交橋梁扭轉橋墩和增大橋跨對山區河道防洪和河床沖刷的影響效果。
研究結果表明，100 a一遇洪峰經過時.3種方案橋墩的阻水比分別為9. 03%、7.55%和6.59%，9墩方案橋墩水位壅高0.01 m的范圍不足4 km.壅水范圍明顯小于11墩原方案和11墩扭墩方案;建橋前，100 a一遇洪水時橋位附近最大流速僅為1.8 m/s.建橋后受橋墩束水作用影響，墩間行近流速接近1.9 m/s，11墩原方案主墩墩頭背水側環流最大流速可達2.25 m/s;100 a 一遇洪峰經過時橋位附近主槽水深為15.6 m.而3種方案河槽最大沖刷水深分別為10.86、10.51、10.42m，滿足沖刷最大水深要求。
對比3種方案可知，扭轉橋墩使橋墩軸線與水流方向平行，可以有效減小橋墩的阻水面積，降低橋墩的阻水和繞流效應，減輕斜交橋梁對河道的壅水作用，改善橋墩周圍水流條件，尤其是改善橋墩軸線與水流存在夾角時墩尾挑流造成的紊動作用，減輕橋墩附近河道局部沖刷。橋墩扭轉后，如果橋梁阻水比仍然不滿足規范要求，可采用增大橋跨的方法進一步降低橋墩占用的行洪面積，以進一步降低橋梁壅水和改善橋位附近水流條件，但可能增加橋梁工程建設成本。
參考文獻：
[1]尤克詩，王峰，方向征，航電樞紐調節山區航道設計最高通航水位的確定[J].水運工程，2015（ 11）：125-129.
[2] 張林，程琳，孫東坡，等，鐵路斜交橋對河道行洪的影響及對策[J].水利水運工程學報，2012（1）：36-42.
[3] 馬進榮，李宗駿，鐵路跨河橋梁工程防洪評價常見問題探討[J].水利水運工程學報，2015（6）：76-81.
[4] 王仁寬，山區斜交橋渡壅水和孔徑計算[J].鐵道學報，1984，6（1）：84-95.
[5]拾兵，賀如泓，于誥方，斜交橋渡的壅水及設計計算[J].水科學進展，2001，12（2）：201-205.
[6] 秦國帥，許士國，李文生，等，斜交橋梁對山區河流行洪影響分析[J].水利與建筑工程學報，2018，16（4）：6-10.
[7] 許棟，楊海滔，王迪，等，河道斜交橋墩壅水特性數值模擬研究[J].水力發電學報，2018，37（8）：55-63.
[8]王玲玲，張鳳山，唐洪武，平原河道橋墩阻水比與壅水特性關系[J].河海大學學報（自然科學版），2016，44（5）：386-392.
作者：趙忠偉 馬亮 袁帥