跨河桥梁间距的合理性研究

■颜 毅 ■林同棪(重庆)国际工程技术有限公司，重庆 401121

随着我国航运的发展，水上事故也越来越频繁，除了船只驾驶员自身的主观因素外，最重要的就是河流上修建的阻碍船只通行的建筑物，特别是跨河桥梁的修建会改变通航的水流条件，增加驾驶船只的难度，很容易引发船只撞桥梁的事故，因此，对于设计人员来说，合理布置跨河桥梁的间距就显得至关重要，本文即是针对此种情况，研究跨河桥梁间距的合理性，减小船只通航的隐患。对于分析跨河桥梁间距的合理性研究，一般来说采取数值模拟计算、船舶航行模拟和大尺度物理模型［1－2］等方法来确定跨河桥梁的合理间距。此外，在选择桥梁地址和类型方面也是至关重要的，由于位置和类型选择的不恰当造成日后运营的问题的案例也是常有的，所以桥梁位置的选择一定要充分保障下方通航船只的安全。Kristlansen，Svein，Rensvik等［3］使用水力学的几何相似模型确定了桥梁位置选取，并对桥墩的间距进行了合理的布置。Januszewski，Jacek［4］指出，在考虑通航条件下对桥梁间距的合理布置需要利用河流分叉的运行机理，注重了解道路模板的设计需要、对桥梁位置的具体调研、充分利用地貌指示器，并且在这个过程中需要对各个学科进行交叉运用。目前，桥梁的选址主要存在三个问题［5］:(1)有关部门对通航理解不到位，前期介入少;(2)建设方考虑道路走线的唯一性，对航道通行考虑少;(3)一般不会考虑对桥梁间距进行一定的优化设计。文章采用船舶数值模型和二维水流数学模型的方法进行观测研究，分析不同间距下航道的流场情况、泥沙淤积情况。为桥梁间距合理性的设计提供相应的佐证。

1 数学模型建立

本文采用二维水流数学模型建立船舶运动模型，系统的模拟建桥对船只通航的影响。由于天然河道弯曲，计算的边界条件起伏大，本文采用的是Willemse推导的正交曲线坐标方程:

模型中水流ξ方向和η方向的动量方程如下:

则表示为紊动效应与流速摩擦阻力之间的比值;

2 计算结果及分析

2.1 水流与桥梁间距的关系

计算模拟的结果表明，在水流流速方向与桥梁轴线不同交角的情况下，当水流流速一定时，随着流速与轴线交角的增大，船只的最大漂角和船只的最大旋转舵角在总体上呈上升的趋势;而当水流流速方向与桥梁轴线交角一定时，随着流速的增加，总体上最大漂角稍微有增加，但增加幅度并不大，而最大舵角变化很小，几乎可以忽略不计。

2.2 泥沙淤积与桥梁间距的关系

桥梁间距对泥沙淤积的影响主要从三个方面来进行说明，分别是卵石河床的冲淤情况、浅滩的冲淤变化和河床局部地区淤积情况。

卵石河床的冲淤规律。一般情况下，位于狭窄河段下游的卵石浅滩或弯曲过渡段的卵石浅滩，在汛期往往因上游有卵石输入而形成浅区淤积，汛后中水期因过水断面面积减小，流速与比降增大而发生冲刷，汛后淤积;卵石边滩的冲淤变化，则属汛期淤积，汛后冲刷，桥梁间距的不同对其影响不大。

浅滩的冲淤变化。河床的浅滩是相对于满足通航而言的。浅滩河床总体来说相对稳定，在洪水期水位上升时，比较趋缓，流速减少，河床产生卵石或中粗砂淤积;汛后退水时间河床产生冲刷。当退水过程较快，汛期河床淤积来不及冲刷，或退水流量较小，河床冲刷不充分，该段就要出现比平均河床高程还要高的淤积部位，即出现碍航的浅滩。这是上述四类浅滩的共性。随着各浅滩河段的平面形态、枯水期水流泥沙运动特性以及河床地貌特征的不同，各浅滩的冲淤变化也不同，这就是特殊性。

桥梁间距大的时候流速较大，水面比降较陡，水流挟沙力有富余，中细砂在悬移质泥沙中只作为冲泻质向下游输移，不参与造床作用。当桥梁间距较小时，整个流场流速分布改变常出现缓流乃至回流，加之此时悬移质含沙量大，中细砂发生大量落淤。

3 结论

本文对跨河桥梁间距的合理性选择进行了相关研究，结果表明，不同间距下，对船只的通航和河床的泥沙淤积均有影响，所以在进行桥梁修建时，应该根据实际情况，因地制宜的对桥梁的间距进行合理性选择。

［1］Degre，T.(IRT，Arcueil，Fr)and Lefevre，X.MICRO － COMPUTERIZED MARITIME TRAFFIC SIMULATOR.Springer－ Verlag，1985.pp 233－241.

［2］Kumar，J.Muneendra.GPS surveyed time － invariant sea floor depths for safe navigation.Proceedings of MTS/IEEE OCEANS.Proceedings of MTS/IEEE OCEANS.2005.v 2005.

［3］Kristlansen，Svein and Rensvik，Egil and Mathisen，Lars.Integrated total control of the bridge.Transactions－ Society of Naval Architects and Marine Engineers.1989.v 97.pp 279 －297.

［4］Januszewski，Jacek.Geometry and visibility of satellite navigation systems in restricted area.Proceedings of the Institute of Navigation.National Technical Meeting.Proceedings of the Institute of Navigation.2005 National Technical Meeting.NTM 2005.2005.pp 827 －839.

［5］Hutchison，Bruce L.and Gray，David L.and Mathai，Thomas;Barr，Roderick A.and Hensen，Henk and Landsburg，Alexander C.，”Maneuvering simulations － An application to waterway navigability”，Transactions－ Society of Naval Architects and Marine Engineers，v 111，2003，pp 485－515.