桥墩高速铁路论文

摘要：本文基于笔者多年从事高速铁路土建工程施工的工作经验，以某特大桥桥墩施工为研究对象，结合某高速铁路特大桥3＃墩31.5米、7＃墩39m薄壁高墩的施工，研究探讨了空心薄壁高墩施工方案选定、模板设计、混凝土的施工、高墩控制测量、混凝土外观质量控制措施，全文是笔者基于工程背景实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。下面小编整理了一些《桥墩高速铁路论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

桥墩高速铁路论文 篇1：

对高速铁路桥墩墩身偏移控制的几点探讨

摘要：为了控制高速铁路线下工程的工后变形和不均匀变形，高速铁路设计采取了“以桥代路”的设计思路，桥梁已经成为高速铁路线下工程的主要工程类型。控制高铁桥墩的墩身偏移是在建铁路面临的一项重要挑战。

关键词：高速铁路 高桥墩 偏移控制

近年来铁路建设的快速发展，越来越多的山区铁路桥梁以高墩和超高墩的方式跨越深谷河流，给高墩施工抗偏移能力提出了严峻的挑战，而高铁桥墩的横向偏移一般要求不超过8 mm。

1.桥梁墩身偏移的原因分析

桥梁墩身偏移的原因很复杂，其中某些工程是因为施工操作的不当，在施工的过程中不够认真负责，由于某些操作上的失误导致这种后果。有施工设备和材料因为没有放置对称，而造成墩身产生荷载不对称，并进而影响到墩身的形状，导致它产生扭曲甚至变形等，这样就造成了偏移的墩身轴线，并且对于墩身建设的质量造成一定影响，这些都是人为因素造成的影响。模板发生中线扭曲变形和漂移等现象，并且这类现象随墩身高度的增长而不断加剧，从而对于墩身轴线产生严重偏移和偏差，这是人为因素带来的消极影响。对于降温和升温造成的温度荷载、太阳辐射和风载等，则是自然因素造成对桥墩身轴线偏移的影响。温差和日照的作用，它所产生的墩身轴线偏移以及值的大小，完全取决于结构物的温差以及柔度系数，而它的柔度系数又和墩身结构的截面尺寸息息相关。结构物因为温差和日照等作用引起的中心偏移，后果是非常严重、不堪设想的，所以要对于这个因素产生的效应极度重视。

2.高墩身偏移施工监测技术

2.1桥梁高墩平面位移监测

出于对较高墩身的考虑，应当在主墩范围之内，来对于加密的平面控制网进行特定的增设。对于墩身的截面尺寸和中线，一定要坚持每隔一段时间进行复测和检查的习惯，从而对于有效而实时发现因仪器误差导致的墩身偏斜，从而对于控制墩身线性有效确保。

2.2桥梁高墩倾斜监测

倾斜传感器是以铅垂方向的重力矢量为基准的，如果能将它用于对桥墩墩顶位移的测量，就可以避免设立固定基准点的问题；另外，倾斜传感器还具有体积小、电气连接简单安装方便等特点，非常适合用于开发远程实时监测。

2.3桥梁高墩沉降监测

高大建筑物施工测量中的最主要问题是控制竖直偏差，也就是如何把轴线精确向上引测的问题。另一个问题是对高大建筑物在建设过程中沉降的观察，发现对建筑物不利的下沉现象以便采取措施，以保证建筑物安全使用。 因为无法对于常规的经纬仪的十字方向控制模板的中线法进行有效而适当的采用。這里考虑并运用到的，是全站仪的三维坐标放样法为主的控制方式，并且利用垂球和激光垂准仪配合且结合使用的方式，来对于施工工程中的截面的平面位置进行控制。出于墩身高度受风力和气温影响的考虑，所以选择了风速小且受外界气候影响也相对比较小的地段进行测量，这样就能最大程度规避温差、风向和口照等自然因素对于其作业时的影响。主要做法是，墩身施工前设置护桩，随墩身升高延长护桩至墩身距离（即加设远距离护桩，但最大距离不宜大于200m），使置镜点仰角不大35度。在操作平台上层设10X10cm对位孔并在孔边刻对位线。

在承台上画出承台边线及对位线，严格平整模板底面高程，依据承台边线立第一节模板。模板的垂直度和上口位置用在模板底加垫片的方法来调整，用垂球控制。平面位置作控制依据，垂直度作参考。注意在试拼时检查模板四边底脚是否平整，不平时在立模前进行处理。

完成第一节墩身（4.5m）后用经伟仪较核已浇模板上层对位线的准确性，记录偏差值，依据偏差值计算所需垫层厚度，用安装第一节模板的方法安装第二节模板，其余依此类推。

用经伟仪只检核两块模板的对位线，其余两块模板用钢尺丈量和垂球检核。 10#墩位置特殊，横向护桩无法设放，但应设纵向护桩，横向定位线用全站仪检核（误差5mm以内可不调整，每施工四个节段，用全站仪全面复核一次。

3.桥梁墩身偏移控制的具体措施

3.1墩身偏移的计算方法

部颁通用图通过以下方法来反算目标桥墩的墩顶横向水平位移限值：目标桥墩墩顶的梁端水平折角达到1 %rad的限值时，假设目标桥墩相邻一孔（联）梁的另一侧梁端处的桥墩墩顶横向水平位移为零，然后根据目标桥墩相邻两孔（联）梁的交点距L与目标桥墩处梁端水平折角a。的关系，推算目标桥墩的墩顶横向水平位移△，推算结果即为目标桥墩的墩顶横向水平位移限值。

3.2实例分析

渝黔铁路扩能改造工程刘家大院双线特大桥，本工程位于贵州省桐梓县大河镇冲锋组～向阳村磨刀组境内，地面高程670～870m，相对高差约100m，自然坡度20～45°属中山～低中山构造剥蚀地貌与岩溶侵蚀地貌。区内坡面植被不发育，以杂草与灌木为主。

起讫里程D3K144+856.513～D3K145+445.950，设计行车速度200km/h，桥梁全长589.437m，共计15个墩台，桩基共计96根。本桥设计线间距为4.4m～4.6m。整桥处于直线段和半径R=3500m的圆曲线段以及缓和曲线上。铁路等级：国铁Ⅰ级； 设计坡度：17.2‰。

本桥10号墩高97m，高空作业。同时本桥下游为既有渝黔铁路，最小距离为25m，临近既有线施工安全防护风险高。

10号墩里程D3K145+221，10号墩为空心墩，墩身混凝土强度C40、C50，20.7m×11.6m×4.0m承台，承台混凝土强度C35，桩长17m，桩径2m，桩身混凝土强度C40共15根。10号墩地面坡陡、危岩落石、地处悬崖沟谷 ，地下水丰富，道路崎岖，施工难道较大。

出于对较高墩身的考虑，应当在主墩范围之内，来对于加密的平面控制网进行特定的增设。对于墩身的截面尺寸和中每隔一段时间进行复测和检查的，从而对于有效而实时发现因仪器误差导致的墩身偏斜，从而对于控制墩身线性有效确保。在桥梁的施工过程中，在两侧进行水准点的布设不仅有必要，而且还应当至少每侧布置2个，为方便校核和高程传递，应当秉持尽量靠近施工现场的原则。一定要注意随时复核水准点，每次测后和使用前后都应当对其进行闭合。在受制于地形限制的前提下，对于三角高程的测量可以使用全站仪。这对于俯角和仰角不大的情况下的测试非常适用和有利。同时，要结合实际情况，采用钢尺、水准仪及全站仪反复校核每个循环，从而确保整个过程万无一失。

十字方向的布设方式不太理想，因为无法对于常规的经纬仪的十字方向控制模板的中线法进行有效而适当的采用。这里考虑并运用到的，是全站仪的三维坐标放样法为主的控制方式，并且利用垂球和激光垂准仪配合且结合使用的方式施工控制的主要方向，应该就是对于垂直度的测量和控制。由于对于墩身进行有效的纠偏工作，是作为控制垂直度的主要依据所在，所以利用全站仪以及垂球垂线法、激光铅直仪法等方式，来对于复核和控制测量工作的有效开展，当然是最合适不过。在高墩的施工工程中，能够全程采用的方法就是垂球的垂线复核法，因为它具有复核非常灵活和便捷的特点。

4.结束语

许多因素造成桥墩桩基和立柱偏位的现象时有发生。桥梁桩基和立柱一般直径大、造价高、施工难度大，当出现较大偏位甚至破坏时一般需要在原位继续成桩，施工难度更大，工期也难以控制。为了保证结构的安全可靠和工期，同时为消除存在的隐患，桥墩立柱偏位后的纠偏处治方案是非常重要的，也是经常要用到的。

参考文献：

[1]张帅，肖锋文，赵杰丽.连续梁墩柱合理设计的影响因素分析[J].公路工程，2012.37 （5） ：135一140

[2]刘长征.敦德乌苏特大桥薄壁空心高墩的施工技术[j].科技创新与应用，2012（8）.

[3]郭新伟.高速铁路桥墩墩顶横向水平位移控制值算法的研究田.铁道标准设计，2012 （3）.

作者：冉万云

桥墩高速铁路论文 篇2：

高速铁路特大桥桥墩施工关键技术研究

摘要：本文基于笔者多年从事高速铁路土建工程施工的工作经验，以某特大桥桥墩施工为研究对象，结合某高速铁路特大桥3＃墩31.5米、7＃墩39m薄壁高墩的施工，研究探讨了空心薄壁高墩施工方案选定、模板设计、混凝土的施工、高墩控制测量、混凝土外观质量控制措施，全文是笔者基于工程背景实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：空心高墩 薄壁施工技术

1 工程概况

某高速铁路特大桥全长1084.70m，桥中心里程DK171+780.36位于，位于R＝8000m的圆曲线上；全桥均在+6‰坡道上。孔跨布置为：20-32m+1-24m+12-32m后张法预应力混凝土组合箱梁。该桥3#墩墩高31.5米，采用钻孔桩基础；7#墩墩高39米，采用台阶式扩大基础；墩身为变截面空心墩，壁厚50cm。桥址区为剥蚀低山及山间谷地,山谷洼地主要为旱地及梯形水田,海拔在161～200m，相对高差40m左右；洼地两侧山体主要为杉树林,植被发育较好；地表水主要由大气降水补给;地下水主要为孔隙潜水,整体水位埋深较深,一般为3.5-13.2m,山谷稍浅,水量不大,地下水和地表水对钢筋混凝土均无侵蚀性。

2 总体施工方案

由于桥址区属剥蚀低山及山间谷地地貌，地面起伏相对不大，施工条件相对恶劣，这就要求施工方案必须解决垂直运输、水平运输、混凝土输送、支架模板等问题。根据现场调查及工期要求，对各种施工方案进行经济比较，采用移挖作填尽量根据现场地形顺桥修建一条施工便道，即满足各墩的施工需要，又解决了材料的运输问题，保证了工期。垂直运输方面，因全桥除2#墩高23米，3#墩高31.5米、4#墩高21.5米、6#墩高30.5米、7#墩高39米、8#墩高25.5米、9#墩高26米，其他墩高均在10米以内，故采取在3#墩处及7#墩处设置塔式吊机各一台，其他墩台施工采用汽车吊施工。根据现场地形在28#墩及15#墩处设置混凝土搅拌站及钢筋加工厂一处，混凝土的输送采用HBT60C-1413DⅢ型拖式混凝土输送泵，另外配合2辆6立方混凝土罐车。人员的施工作业通道：3＃、7＃墩利用塔式吊机内铁梯上下，其他墩身施工充分利用墩身内检查梯进行上下，确保人员的施工安全。模板方面：在施工准备期间，拟定了整体模板和翻模两种施工方案。整体配套设备较多，模板投入大；施工机具投入大；自重大；混凝土外观质量差，施工纠偏困难；翻模配套设备较少，施工机具投入小；模板刚度要求低，自重小；混凝土外观质量容易控制，可以连续或间断施工，考录与其他特大桥桥墩截面一致，圆端模按照最高的墩进行整体加工，施工纠偏容易，故在施工中选择了翻模施工。

3 墩柱模板设计

根据该工程特点及施工要求，经过策划，在充分考虑技术经济合理性的后，采用翻模施工，墩身模板分圆端模、平板模、托盘及顶帽，圆端模又分为托盘底口调整节、墩柱标准节和墩底非标准节等几种形式，且相互间配套使用。采用缆索吊提升墩身模板进行循环施工，外模板均设操作平台（含扶手），操作平台支撑于模板的横肋上，操作平台随模板标准节一起提升，施工人员在操作平台上进行模板安拆、加固、钢筋安装、混凝土施工等。

通过计算，模板标准节高度为2.0米，非标准节根据桥墩高度计算高度为1.5米、1.0米、0.5米3种。内外模板的面板采用6mm钢板，吊钩采用直径20mm圆钢，上下边框为16mm钢板、左右边框为12mm钢板，竖向及竖向龙骨选用12#槽钢，背楞用14#槽钢连接（用直径32mm对拉螺栓加固），模板与模板间用M18×60螺栓连接，模板间采用子母口连接，大小为凸5mm凹3mm。内外模板通过直径20mm对拉杆连接，在稳定性方面主要通过拉杆的抗剪、混凝土与模板的粘结力、模板的整体受力及墩身收坡来保证整个模板的稳定性。外模操作平台采用50×505×5角钢焊接成托架，通过牛腿处直径20mm的圆钢固定于外侧模横肋上（横肋设预留孔），每个标准节外模安装一套，在托架位置外连续铺设，在墩身周圈形成贯通通道，并在外模与与塔式吊机间安装人员通道。在托架顶面满铺5cm厚木板，供施工人员作业、存放小型机具。内模板中间施工平台采用Ф50钢管搭设一施工平台，满铺5cm厚木板，并与模板连接，同时采用钢丝绳打保险，确保平台安全。墩身内平台利用缆索吊随着模板的爬升一起上升。

4 混凝土施工

由于工程处在山区，混凝土水平输送距离最远达到300米，垂直距离高达50米，这对混凝土的和易性要求较高，因此混凝土施工是本工程的重点难点。工地附近河砂较为充足，能够满足施工需要，但是地方所产碎石质量相对较差，主要是石粉含量比较大，石粉含量高，吸水量就会相应增加，这就要求增加用水量，水灰比变大，混凝土的强度就会下降。

针对以上问题，在考虑技术可行及经济合理后，通过多次的混凝土配合比试验，采用了以下针对措施解决泵送混凝土问题：1、粗骨料采用连续级配，确保混凝土级配的更加合理。2、加入Ⅰ级粉煤灰作为混凝土掺和料，降低泵送阻力，提高细骨料中细颗粒组分。同时减少水泥用量，降低混凝土水化热，减少因水化热过大产生混凝土裂缝，并降低混凝土成本。3、加入高效缓凝减水剂，降低水灰比，防止混凝土裂缝，保证强度，增加可泵性。水灰比控制在0.4～0.6之间。

在施工过程中，为了确保混凝土质量及混凝土的可泵性，采用了以下施工措施：(1)施工前对混凝土所需原材料进行实地考察，严格按照配合比要求对原材料进行试验检查，保证原材料合格；碎石采用硬质岩石灰岩打制的碎石，石粉含量较大的碎石进行冲洗；外加剂选用上海格雷斯ADVA-152型，并经检验合格；墩身混凝土使用同一厂家、同品种、同强度等级水泥、同品种脱模剂，以保持混凝土外观颜色一致。(2)严格按配合比施工，每次开盘前对现场砂石料进行含水量测定，以对理论配合比调整，确定合理的施工配合比。水泥、砂、碎石、水、粉煤灰、减水剂计量采用自动计量设备，混凝土中水泥、粉煤灰每盘称量偏差控制在±1％之内，粗、细骨料控制在±2％之内，外加剂与拌和用水控制在±1％之内。 (3)严格控制混凝土的搅拌时间，控制在180s分钟左右(4)严格控制混凝土出机与入模的坍落度，坍落度控制在180mm～ 220mm之间，不满足要求的混凝土严禁使用。(5)混凝土入模时对混凝土温度与邻接介质温度进行测量，保证温差不大于20℃。（6）对混凝土的含气量进行测定，含气量控制在≥4.0％。

5 高墩控制测量

高墩的控制测量与施工监测主要从墩中心定位、高程、垂直度测量三个方面加以考虑；施工监测主要从墩的沉陷观测、位移观测、倾斜和扭转观测三方面考虑。因此必须提高测量放线的精度，同时施工前后及施工过程中复核好墩身轴线位置及标高。标高测量至每层模板的顶口，根据不同的标高计算出所对应的墩身截面尺寸，用以检验和控制模板的截面尺寸及坡度。

测量措施：(1)组建精干的精测小组专门负责墩身的测量工作，配备先进的测量仪器，确保墩身的线形控制。我们购置了价值十二万的拓普康6002C型及拓普康701型全站仪。(2)为了防止仪器误差导致墩身偏斜，每烦一模必须用全站仪测设中心点与铅直仪校核一次，并对墩身截面尺寸进行一次复测以确保墩身的几何尺寸准确。(3)坚持墩身中线的复测和墩身截面尺寸的测量检查制度。(4)实行测量换手复核，对同一部位测量坚持两个人两台仪器独立测量复核。(5)对于测量内业，我们严格执行复核制度。测量资料复核无误后，报监理工程师审查认可，方可用于施工。(6)每次测量时，对气压、温度进行测定并输入仪器，减少误差。

空心墩的测量、监控过程：为确保高墩施工的质量，在施工过程中，应做好墩身的测量和监控。提升托架翻转模板施工工艺测量控制墩柱断面复杂，结合现有测量条件,利用三角高程法测定墩柱模板顶标高,采用单测站极坐标法结合量钢尺法，控制墩柱模板主要角点的平面就位，使其满足设计要求。一个墩柱每施工6m,采用双测站极坐标精确测定墩柱模板各主要点的平面位置，同时用悬挂钢尺法精确测定墩柱模板顶的标高，以此来检核及修正三角高程。当一节混凝土浇筑完成,要即刻对混凝土面的控制点进行复测,以掌握模板在混凝土浇筑前后的变位,同时提供下一节模板的安装参数。

（1）在承台施工前,首先放出墩身十字线，做好型钢支架，将墩身预埋钢筋准确定位并确保在整个施工过程中墩身钢筋不移位，不偏斜。（2）在第一次立墩身模板时，采用平面坐标法(与导线点联测)准确测放出模板4个控制点的平面位置,采用三角高程法测放出模板顶面高程,然后利用铅锤线测量模板的倾斜。（3）以后每节段立模时均与第一次一样测量控制放样,而且还要对前一节段进行竣工检查。（5）每次测量时间固定在温度、阳光等气候因素影响较小的每天早上9:00以前或下午4点以后进行。（6）平面位置控制。将全站仪架于控制点,用极坐标法通过控制模板位置来控制墩柱平面位置。（7）高程控制。在承台上南北面各布设两个水准点作为基准高程,基准高程采用三角高程测量的方法从控制点用检定钢尺沿墩柱向上传递。

6 混凝土外观质量控制

由于多次立模，多次浇注，容易引起外观质量下降。为了提高外观质量，经多次探索，施工中采取了以下措施：

（1）采用同一厂家的水泥、砂石、外加剂、掺和料，确保外观的一致性。（2）针对混凝土泵送难，和易性差，颜色灰白的问题，施工中优化了混凝土配合比，在保持原来配合比、坍落度的前提下，采用“双掺”技术，增加适量粉煤灰和减水剂，这使得混凝土的颜色更均匀，和易性更好。（3）混凝土应按一定厚度、顺序和方向分层浇注，每层30cm，采用插入式振捣棒星型振捣，要求移动间距不超过振动器作用半径的1．5倍；与侧模应保持5—10cm 的距离；插入下层混凝土5—10cm；操作严格遵守快插慢拔要求，避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件。

7 结语

在高墩施工中正确选用合理的施工工艺十分重要。在技术上对方案进行谨慎分析比较，高空、立体、平行、交叉作业才有可靠保证。特大桥采用提升托架翻转模板施工是一种新的，切实可行的施工工艺，它特别适用于跨度较大、地形条件比较复杂，大型机械设备无法进场施工的地方，它具有操作方便，易掌握，成本低，工期短，安全等特点。实践表明，提升托架翻转模板在薄壁空心高墩施工中是切实可行的，可进一步的推广到其它桥梁高墩施工中。

参考文献

[1] 高速铁路桥涵施工规范 TB10203-2002．中国铁道出版社，2002．

[2] 桥涵．中国铁道出版社，2002．

[3] 客运专线高速铁路桥涵工程施工技术指南 TZ213-2005．中国铁道出版社，2005．

[4] 高速铁路测量手册．中国铁道出版社，2001．

作者：任柯

桥墩高速铁路论文 篇3：

山区河道斜交桥梁的防洪计算分析

摘要：山区河道弯曲狭长，洪水期峰高流急，而受地形和线位制约，很多桥梁不得不采用斜交方式跨河，进一步增加了阻水面积，给河道防洪造成很大压力。以拟建兰江特大桥为例，通过二维数值模型计算分析斜交桥梁扭转桥墩和增大桥跨两种结构优化方案对山区河道防洪和河床冲刷的影响效果。结果表明：扭转桥墩轴线与水流方向平行可以减小斜交桥梁对河流的阻水效应，并且可以改善桥墩的挑流作用，减小河道冲刷;增大桥跨（减少桥墩阻水面积）也是减轻桥梁阻水的有效措施，再结合扭墩对桥梁结构进行优化，可以显著减轻桥梁阻水作用，改善桥墩的挑流作用，并且减轻对河道的冲刷。

关键词：山区河道;斜交桥梁;数值模型;防洪安全;河道冲刷

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2019.04.004

随着我国公路和铁路交通建设的蓬勃发展，大量跨河桥梁的建设加大了河流的防洪压力，尤其对于山区河流，河道弯曲狭长，洪水期峰高流急，防洪安全问题尤为突出[1]。受地形和桥梁线位等条件因素制约，很多山区桥梁不得不选择斜交方式跨河，增大了河道内桥墩的阻水面积，进一步增加了防洪压力，而且桥墩轴线与水流存在夹角，容易引起流向偏转，对河床和堤岸造成挑流冲刷[2]。为避免桥墩对水流的控导作用，减缓墩柱束水和挑流作用对河床和堤岸的冲刷，很多工程采取加大桥跨和偏转桥墩的方式减轻河道防洪压力[3]。

山区斜交桥梁壅水计算已有经验公式可供参考[4-5]，然而斜交桥梁的壅水特性和流场分布规律还需要结合数值模型和物理模型试验来分析[6].目前针对此类问题的研究仍较少[7]。本文以拟建兰江特大桥为研究对象，结合二维数值模型分析扭转桥墩轴线方向和增大桥跨方案对河道壅水、流速改变和河床冲刷的影响，为该河段防洪影响评价提供参考依据。

1 工程概况

兰江位于浙江中西部钱塘江水系上游，起自金华兰溪城区三江（金华江、衢江和兰江）口，经女埠、洲上、下埠头至将军岩往北人建德市境内，流经三河、麻车、大洋至建德梅城“三江口”（兰江、新安江和富春江），贯穿兰溪和建德两市。兰江属于典型山区河道，河槽狭窄，坡陡流急，沿程有多个弯道和险滩，洪峰过流期間水位暴涨暴落。兰江原来是砂砾石河床，局部有基岩出露。富春江水库建成后，下游水面比降变缓，流速降低，河床有悬移质泥沙沉积。工程位置河床仍以砂砾石为主，中值粒径21.5 mm，属卵石范畴。

拟建兰江特大桥位于女埠镇下游约4 km处（见图1），为新建金华至建德高速铁路斜跨兰江的一座大型桥梁，长约1 160 m。工程主跨桥梁长度200 m，采用钢筋混凝土系杆拱桥结构，主桥墩采用椭圆墩柱结构，为减小桥墩阻水作用，拟采用扭转桥墩或增大引桥桥跨两种方案进行结构优化。不考虑结构优化时，桥墩轴线和桥梁轴线垂直，共有11个墩（简称11墩原方案）。第一种结构优化方案，不改变桥墩数量，扭转桥墩使桥墩轴线方向与水流方向接近平行（简称11墩扭墩方案）。第二种结构优化方案，增大引桥桥跨，减少桥墩数量至9个，同时扭转桥墩轴线与水流方向接近平行（简称9墩方案）。本研究的目的是对比分析不同方案下桥墩阻水、流场变化和河床冲刷演变情况。

2 兰江特大桥二维数值模型

结合二维数值模型，对比桥墩与桥梁轴线垂直、桥墩与流线平行和增大桥跨3种情况下桥墩的阻水作用，分析流场的分布情况以及对河床冲刷的影响。考虑到该桥位附近河道弯曲狭长、河床地形条件复杂，模型上游截取至兰溪水文站，下游截取至三河水位站，总长度约20.5 km。

2.1 计算原理

二维水流连续性方程如下：

2.2 计算模型和工况

模型采用非结构化网格，网格尺寸在桥墩处减小至2-3 m，桥墩外围网格尺寸渐变至30 m（上、下游边界处）。为削弱网格尺寸对建桥前、后计算结果的影响，建桥前、后采用同一套网格计算分析，建桥前桥墩部分过水，而建桥后剔除桥墩内部计算网格（即桥墩内部不参与计算）。根据桥梁结构优化方案，共建立6套网格进行计算分析。

模型上游取兰溪水文站设计洪水流量过程，模型下游取三河水位站设计水位过程，梅溪和甘溪两大支流取设计洪水流量过程，其他边界设定为无流量边界。桥墩内部不过水时，将桥墩周围网格边界设定为无流量边界。经模型率定后，该河段河槽糙率采用0.015 -0.021.边滩糙率采用0.022 - 0.030。

因为该河段缺乏相应水文资料，所以本次模拟计算先建立富春江库区一维模型，通过中间三河水位站水位变化率定一维模型，率定合理后再利用工程区一维模型水位数据率定二维模型。模型率定采用“20110612”洪水，从计算结果（见图2）可以看出，三河水位站计算结果和实测结果较为吻合，说明富春江库区一维模型可以较好地模拟该区域水位变化情况。同时，二维模型计算结果与一维模型计算结果较为一致（见图2），因此该二维模型计算结果较为合理。

根据《防洪标准》（ GB 50201-2014），准高速铁路桥梁采用100 a-遇防洪标准设计，由于工程区堤防按20 a一遇洪水设防，因此本研究同时对20 a一遇洪水进行模拟计算，为兰江大桥防洪评价提供借鉴。各工况下兰溪水文站、甘溪、梅溪设计洪峰流量见表1。边界洪水流量及水位过程根据兰溪水文站典型洪水过程“19550618”洪水（见图3）采用“峰比”放大获得。由于洪水期三河水位站处于富春江库区回水范围内，因此三河水位站设计洪水位需要结合一维数值模型计算获取，计算结果见表1。

3 计算结果分析

桥梁建成后，桥墩占用行洪面积，产生阻水和束水效应，在防洪影响评价时，通常会考虑水位壅高对桥梁和堤防的影响，以及水流变化导致的河床和堤防冲刷。本文从阻水比、壅水、流速改变和河床冲刷等方面对兰江特大桥不同桥墩布置方案进行对比分析。

3.1 桥墩阻水比和壅水计算

桥墩阻水比反映了桥墩占用行洪面积的比例，是检验桥梁阻水程度的重要指标。从不同工况阻水比变化（见表2）来看，兰江特大桥11墩原方案过水面积减幅超过9%，显著大于文献[8]建议的7%，可能导致墩前壅水作用显著增强。从11墩扭墩方案来看，扭转后桥墩在过水断面上投影面积显著减小，降低了桥墩的阻水作用。由此可见，与河道斜交桥梁扭转桥墩轴线方向与水流方向平行，对降低桥墩阻水作用效果明显，是减小斜交桥梁河段防洪压力的有效方法。桥墩扭转后如果阻水比仍然不满足规范要求，可采用增大桥跨的方法进一步降低桥墩占过水面积的比率，以满足河道行洪需求。

受桥墩阻水作用影响，桥梁上游水位壅高，对堤防防洪安全造成一定影响。壅水范围和壅水高度是河道防洪和涉水建筑物规划设计的重要依据，其中壅水长度是水利部门水域补偿计算的重要依据，墩前水位壅高是桥梁底高程设计的重要参考数据。对比兰江特大桥3种方案的壅水长度计算结果（见图4，其坐标为北京54坐标系，下同）可以看出，100 a 一遇洪水经过时，11墩原方案和11墩扭墩方案桥墩壅水高度0.01 m的范围已经超过兰溪水文站。采用这两种方案建桥，壅水长度计算需要进一步延长模型范围，同时需要考虑模型上游边界效应影响。100 a一遇洪水下，9墩方案桥墩壅水高度0.01 m的范围达到女埠镇下游，壅水长度接近4 km，壅水范围明显小于11墩原方案和11墩扭墩方案。

从现状堤防防洪条件（20 a一遇洪水）来看（见图5），11墩原方案桥墩壅水范围超过7.5 km，到达黄湓大桥附近，11墩扭墩方案壅水范围仅为4.0 km左右，较原方案缩短3.5 km.而9墩方案壅水长度不足1 km。由此可见，扭转桥墩可以显著降低阻水比，缩小壅水范围.在此基础上增大桥跨可以进一步缩小壅水范围。

从不同洪水重现期3种方案墩前壅水高度计算结果来看，100 a一遇洪峰经过时，11墩原方案左岸主墩墩前壅水高度超过0.06 m，而桥墩扭转后（11墩扭墩方案）左岸主墩墩前壅水高度有所降低，主跨右岸临近的4个桥墩墩前壅水高度也有所降低（见图6）。相比而言，20 a一遇洪水时，扭转桥墩对降低墩前壅水高度的作用不再显著（见图7）。由此可见，扭转桥墩方向有利于改善局部水流条件，减小墩前壅水高度，尤其在发生较大洪水时效果更为明显。从整体效果来看，兰江特大桥9墩方案墩前壅水高度相对较低，对改善局部水流条件更为有利。忽略水流的三维特征，通过二维模型计算桥墩墩前壅水高度有一定的局限性，准确描述桥墩周围局部水流条件，还需要借助三维数值模型和物理模型试验。

3.2 流速变化及其对河床冲刷的影响

桥墩阻水和束水效应还表现在对桥位附近水流流速的改变，从而影响附近泥沙运动。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，桥墩挤占行洪断面，增大桥墩两侧水流紊动作用，造成河道断面冲刷，影响桥梁和堤防结构安全。从流速计算结果来看，建桥前100 a一遇洪峰经过桥位附近时最大流速仅为1.8 m/s，而建桥后受桥墩束水作用影响，墩间行近流速接近1.9 m/s.主墩墩头背水侧环流流速最大达到2.25 m/s。受此影响，桥墩之间河床可能存在一定冲刷作用，墩头背水侧局部冲刷作用较强。

从主墩附近流速放大结果来看，当主墩轴线与桥梁轴线垂直布置时（11墩原方案），受桥墩尾部挑流作用影响，桥墩尾部迎水侧流速显著增大，对河床产生局部冲刷作用，影响河床和桥梁结构稳定，而扭转桥墩轴线与水流方向平行后（11墩扭墩方案），该挑流作用基本消失（见图8）。左岸主墩与水流方向仍有一定夹角，桥墩尾部迎水侧存在局部挑流作用，如果桥梁结构受力允许，可以考虑将左岸主墩轴线方向进一步微调至与水流方向平行，以减小桥墩尾部挑流对河床造成的局部冲刷。

对比11墩扭墩方案和9墩方案可知，增大桥跨（减小桥墩数量）后桥墩占用行洪面积相对较小，桥墩束水作用有所减弱，水流对河床冲刷作用也会相对减小（见图8）。墩后尾水影响区域内流速迅速降低，泥沙可能在墩后落淤，而尾水区外流速较建桥前普遍增大，对河床有一定冲刷作用（见图8）。

建桥后，桥位处除桥墩附近流速变化较大外，河道断面左岸附近和右岸墩后局部（橙红色区域）水流流速变化较为明显（见图9），容易造成河床和堤岸冲刷，应适当抛填碎石和进行堤岸硬化保护。对比3种方案可知，11墩原方案建桥后左岸附近和右岸局部的流速变化最大，而9墩方案影响较小。

堤防防洪现状（20 a一遇洪水）条件下，流速分布及变化规律与设计工况（100 a一遇洪水）基本一致，其主墩墩头附近最大流速接近2.1 m/s，墩间行近流速接近1.65 m/s。尽管二维数值模型可以反映建橋后河道的流速变化以及对河床的冲刷作用变化，但是准确模拟河道断面流速的垂向分布和对河床的冲刷效果，还需要结合三维数值模型和物理模型研究。针对防洪影响评价需求，可以结合二维数值模型和经验公式定量分析建桥后流速变化导致的河床冲刷变化。

3.3 河床冲刷计算

桥涵水文计算中，把河床的冲刷分解成自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷三部分，并假定它们相继进行，可以分别计算后叠加，得到墩台的最大冲刷深度。该桥位附近河段属典型山区河流，河床泥沙组成主要为卵砾石，自然状态下河床相对稳定，建桥后需考虑桥位处河床一般冲刷和桥墩局部冲刷。

本次计算采用《公路工程水文勘测设计规范》（ JTG C30-2015）给出的非黏性河床河槽一般冲刷（8.3.1）和桥墩局部冲刷（8.4.1）经验公式。经计算，100 a一遇洪峰经过时.3种方案河槽一般冲刷水深分别为8.48、8.43、8.38 m，主桥墩局部冲刷水深分别为2.38、2.08、2.03 m（见表3）。对比3种方案，河床的一般冲刷水深差别不大，但1 1墩原方案主墩轴线和水流方向存在一定夹角，墩尾挑流作用会导致局部冲刷水深较为显著。3种方案建桥后最大冲刷水深不超过11 m，而100 a 一遇洪峰经过时桥位附近主槽水深为15.6 m，满足冲刷最大水深要求，桥位处河床不会产生明显冲刷。堤防现状防洪条件下，3种方案建桥后桥下最大冲刷水深分别为9.25、8.85、8.81 m，而该洪水重现期下洪峰经过时河槽水深为13.6 m.满足最大冲刷水深要求，建桥后河床也不会产生明显冲刷。

4 结语

山区河道斜跨桥梁桥墩的阻水面积相对较大，具有明显的阻水效应和绕流作用，造成河段壅水和河床冲刷，甚至可能危及堤防安全，给河段防洪造成很大压力。扭转桥墩使桥墩轴线与水流方向平行，或者增大桥跨（减少桥墩数量）可以减小桥墩的阻水面积。以拟建兰江特大桥为例，通过二维数值模型分析斜交桥梁扭转桥墩和增大桥跨对山区河道防洪和河床冲刷的影响效果。

研究结果表明，100 a一遇洪峰经过时.3种方案桥墩的阻水比分别为9. 03%、7.55%和6.59%，9墩方案桥墩水位壅高0.01 m的范围不足4 km.壅水范围明显小于11墩原方案和11墩扭墩方案;建桥前，100 a一遇洪水时桥位附近最大流速仅为1.8 m/s.建桥后受桥墩束水作用影响，墩间行近流速接近1.9 m/s，11墩原方案主墩墩头背水侧环流最大流速可达2.25 m/s;100 a 一遇洪峰经过时桥位附近主槽水深为15.6 m.而3种方案河槽最大冲刷水深分别为10.86、10.51、10.42m，满足冲刷最大水深要求。

对比3种方案可知，扭转桥墩使桥墩轴线与水流方向平行，可以有效减小桥墩的阻水面积，降低桥墩的阻水和绕流效应，减轻斜交桥梁对河道的壅水作用，改善桥墩周围水流条件，尤其是改善桥墩轴线与水流存在夹角时墩尾挑流造成的紊动作用，减轻桥墩附近河道局部冲刷。桥墩扭转后，如果桥梁阻水比仍然不满足规范要求，可采用增大桥跨的方法进一步降低桥墩占用的行洪面积，以进一步降低桥梁壅水和改善桥位附近水流条件，但可能增加桥梁工程建设成本。

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作者：赵忠伟　马亮　袁帅