斜交桥对河势的影响分析

王小国，王 宁

（1.河南省新乡水文水资源勘测局，河南 新乡 453002；2.河南省开封水文水资源勘测局，河南 开封 475000）

0 引言

桥梁是道路跨河的主要建筑形式。 斜交桥是指桥梁纵轴线与水流方向的夹角α 不等于90°的跨河桥梁。 受地形限制，或者为了与两岸路线顺畅连接，斜交桥被广泛地采用。 与正交桥相比，斜交桥建筑物不在同一过水横断面上，其对水流的影响更复杂。在近年的桥梁工程防洪评价工作中，发现一些斜交桥梁在设计时只注重安全性和实用性，对桥梁建设后对河势的影响考虑不够。 本文试对斜交桥的阻水宽度计算、河势影响分析方法进行论述，以供斜交桥设计者和防洪评价者参考。

1 斜交桥的阻水宽度

桥下过水净宽是桥梁工程防洪评价中计算桥下过水能力、壅水高度、桥下冲刷等用到的主要参数。要计算建桥后的过水净宽，首先需计算墩台、路坝的阻水宽度。 斜交桥建筑物不在河流同一横断面上，如果采用投影法将斜交桥投影到河流横断面上，再按正交桥计算建筑物的阻水宽度，可能会夸大阻水作用[1～2]。

1.1 斜交桥桥孔部分影响宽度计算

当河流较宽、斜交桥纵轴线与水流方向的夹角α 较小时，在同一横断面上，可能不是全部都有建筑物（如图1 中的D-D 断面）。同一横断面受桥梁影响的河宽包括桥孔部分的影响河宽B″和桥台、路坝形成的死水部分。 有些桥梁桥台在河岸外、河道内全为桥孔，这时影响河宽就是B″。

桥孔部分影响河宽的计算公式为

图1 斜交桥平面图Fig.1 Skew bridge plane

式中：B″为桥孔部分的影响河宽，m；A 为桥墩上游侧与下游侧的距离在桥纵轴线垂线上的投影长度，m；α 为桥梁纵轴线与水流的夹角。

当B″大于河宽B 时，说明全断面受桥梁影响，取B″=B。 在这种情况下，一般河道较窄，而桥面较宽。

1.2 桥墩的阻水宽度

单一桥墩的阻水宽度B1可以按《公路桥位勘测设计规范》[3]（JTJ062-91）中附录十六《墩形系数表》计算。 桥墩总阻水宽度为桥孔部分影响河宽B″内的桥墩数N 乘以B1。 桥孔部分影响河宽B″内的桥墩数N 的计算公式为

式中：N 为桥孔部分影响河宽内的桥墩数；B″为桥孔部分影响河宽,m；L 为单孔跨度,m；α 为桥梁纵轴线与水流的夹角,°。

1.3 桥台、路坝形成的死水宽度

桥台一般突出较短，其占用河道断面的长度可按台沿到岸边的距离计算。 路坝一般建在滩地，只有发生洪水时才对水流产生影响。 路坝形成的死水区应综合考虑路坝长度、与计算断面的距离、与水流的交角、岸线的顺直度等因素。 如果路坝距计算断面较近，可直接把路坝在计算断面上的投影长度作为死水宽度。

受斜交桥影响的是一段河道，因此，在斜交桥防洪评价中，应当对桥址河段河床情况进行分析，选择受影响最严重的断面进行计算，必要时应选择不同断面分别进行计算。

2 斜交桥对河势的影响

2.1 桥墩对河势的影响

正交桥的墩台都在同一过水断面上，墩台压缩过水宽度后，会形成上游侧壅水，增加桥位的水位梯度，但不会改变水位梯度方向（水位梯度的方向与水流方向一致）。 因此，正交桥建成后，河道总体流向保持不变，如图2（b）所示。

图2 河势等水位线示意图Fig.2 River regime water table contour sketch

与正交桥不同，斜交桥的墩台迎水面不在同一过水断面上，如图2（c）所示。 斜交桥上游的桥墩或桥台阻水后，在其附近形成壅水，抬高水位，而其所在断面的其他部分还没有建筑物阻水，因而形不成同样高度的壅水水位。 所以，就在桥的上游侧形成了横向的水位梯度，导致水流横向流动。

斜交桥桥下水流流向受桥墩的绕流影响，流向发生偏转[4]。 桥梁下游，过桥水流对上游来水的作用使得水流向对岸发生偏转，如图2（c）所示。 这种流向的偏转，可以加剧堤岸的冲刷，引起主槽改道，对河势的影响很大，在桥梁工程防洪评价中应引起重视。 斜交桥引起流向偏转，对河势的影响也许建桥后一两场洪水并不明显，但其对河势变化趋势的影响效果是累计的，并可能产生“蝴蝶效应”，引起大范围的河势变化。

2.2 路坝对河势的影响

由于实体路坝完全阻断了水流，使原本从路坝部位通过的水流集中到桥孔部位通过，对断面上的水流进行再分配。 如果在同一过水横断面上两岸同时压缩断面，水流就被集中到中部桥孔下通过，过桥后，水流再向两岸扩散，经一定长度河道调节后，会重新恢复原流态，对桥梁下游河势影响较小。

斜交桥两端不在同一横断面上，即使两岸都有路坝，也不能产生对等的压缩作用。 所以，路坝就起挑水坝作用，使水流流向偏向对岸，使对岸岸坡发生冲刷，严重时可能会引发溃堤和改道。 斜交桥工程防洪评价应重视因路坝引起的横向流及其所引发的河势改变，必要时应进行模型实验，确定可能发生冲刷的堤岸部位。

3 结语

（1）根据斜交桥对河宽的影响，建议在斜交桥壅水计算中改变过去以全桥为计算对象的做法，采用以河流横断面为计算对象。 这样，可以更准确地计算墩、台的阻水面积，有利于比较建桥前后的流速变化。

（2）斜交桥对河流流场、河势影响要比正交桥大，影响因素也比较复杂。 因此，在撰写斜交桥工程防洪评价报告时，应更加注意分析建桥后流向的改变，河床、堤岸的冲刷变化。 需要优化设计方案的，要提醒设计方优化设计，避免不利影响的产生。 需要增加防治工程的，要在防洪评价报告中写明，建议业主在影响部位修建足以防御不利影响的保护工程。

[1] 曹瑞章，高志成. 山区斜交桥的壅水计算[J]. 中国铁路科学，1979(1):125-136.

[2] 季日成，刘志强，张多平. 山区斜交桥水流特性的分析[J].甘肃科学学报，1999，11(4):31-34.

[3] JTJ062-91,公路桥位勘测设计规范[S].

[4] 李付军，张佰战，林桂宾. 斜交桥下水流流向偏转角度的理论分析[J]. 水科学进展，2005，16(5):634-637.