[发明专利]一种根据动床模型确定桥长的方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁设计领域，尤其涉及一种根据动床模型确定桥长的方法。

背景技术

内陆河流大多散失于盆地灌区或荒漠腹地，少数在低洼部位积水成湖泊。区域地形地貌和气候特征决定了山脉(系)前的倾斜平原上广泛分布着大比降卵砾石河流。

大比降卵砾石河流河段主要特点是河床宽浅，岸坎低矮，滩槽杂乱，流向不定，水流变迁。河床宽度范围可以从几百米到几公里，洪水行洪宽度小于实际河宽，河床中的存在富余的宽度，因此在变迁性河段上建桥是可以压缩河床的，但压缩多少是有争议的。在建桥中有两种现象较为突出：一种是长桥短坝，多利用河流水流季节性强的特点，过量的压缩河床，桥孔设计过小，排洪与输沙不通畅，造成桥前大量壅水，桥下冲刷严重，当遇到粘土层或泥结砾岩时，桥下冲刷终止，洪水将冲向桥梁墩台，甚至绕行导流堤，冲断桥头引道，此类水毁多见于六七十年代修建的桥涵，存在较多的水毁隐患。近些年随着公路建设等级提高和建设资金加大，建桥时偏向于不压缩河床或者少压缩现象，甚至过度追求桥渡安全而采取“河有多宽桥有多长”的设计思路，看来有些偏颇，洪水股流对调治构造物的偏斜冲刷依然存在，过分增加桥孔，只能加大建设费用，既不利于桥下导流也不利于水流归束。

在现代桥位设计中，确定桥长的方法通常与河槽基本宽度(也称基本河宽)联系较为紧密。在桥涵设计规范中基本河宽定义是：洪水通过该段河道时向下排泄水沙所必须的河槽宽度。基本河宽反映了多年洪水反复作用下形成的均衡河槽宽度，相当于造床流量或多年平均洪水流量相对应的河槽宽度。桥长公式大多按照基本河宽来确定，基本河宽在原来桥涵设计中占有举足轻重的地位。

大多数基本河宽的判别标准是依照现有桥梁调查情况，认为满足河道行洪条件的桥孔宽度即为该河段的基本河宽。不同学者根据不同的资料，作出了不同的桥长经验公式。

目前，对于大比降卵砾石河流河段的桥长确定方法多是建立在基本河宽基础，认为基本河宽就是该河流桥位断面排泄水沙的有效宽度，桥长应在此基础上乘以系数进行压缩，以得到合适的较为经济的桥长。但是根据以上对比发现，对于滩槽难分的大比降卵砾石河流河段，各种方法确定基本河宽的标准并不统一，计算结果差异较大。

发明内容

本发明提供了一种根据动床模型确定桥长的方法，旨在解决现有技术提供的计算桥长的公式及方法，对于滩槽难分的大比降卵砾石河流河段，确定基本河宽的标准并不统一，计算结果差异较大的问题。

本发明的目的在于提供一种根据动床模型确定桥长的方法，所述方法包括以下步骤：

第一步：收集桥位河段流量资料，绘制流量过程曲线，选择典型洪水流量过程，推求设计洪水洪峰流量Q_s；

第二步：收集建桥前的桥位河段地形图，在桥位上下游1～2km河道顺直段各选择一个断面作为计算起始点，选取主流河槽附近河底地形高程，沿主流河槽在两断面之间绘制河心线，测量出两断面间距离，根据绘图比尺得到天然河段两断面间间距，计算床面比降J；

第三步：通过桥位河段钻机在河底钻孔取沙，用不同筛径的筛子分选各级床沙，用电子天平称重，计算小于某一粒径的质量，粒径小于1mm的床沙用粒度分析仪测量确定，绘制级配曲线并确定床沙中值粒径d₅₀；

第四步：根据天然河道观测数据做概化动床模型试验，在动床模型中，水位采用精度为0.1mm的测针读取，流量采用自控系统控制，地形采用二维地形测量仪测量，局部流速用旋桨流速器测量；

第五步：根据桥梁初步选线设计要求以及动床模型公式，初步确定桥梁长度L；

第六步：布置概化动床模型试验，根据河床比降、床沙中值粒径、桥位河段压缩比、导流堤布置形式、洪峰过程以及设计洪水单宽流量因素设置不同方案进行实验，流量以自控系统控制，用二维地形测量仪测量地形变化过程以及用测针读取动床模型中纵向断面、桥位断面、导流堤两侧水位；

第七步：根据概化动床模型试验数据，对单宽流量q，导流堤投影流量Q，导流堤迎水面坡度m，河床比降J，床沙中值粒径d₅₀以及主流偏心系数ε，进行相关分析拟合得出桥前壅水最大水深h_max、度h_hbε和导流堤冲刷深度H_p上限计算公式；

第八步：根据最大壅水水深控制深度H_yk、桥位断面冲刷控制深度H_k、导流堤施工控制深度H_dk以及导流堤允许冲刷深度H_k对桥前壅水水深、桥位断面冲刷深度、导流堤冲刷深度进行判断，并做相应措施调整；