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桥梁工程中泥石流的处理探微范文

时间:2022-09-16 09:59:02

桥梁工程中泥石流的处理探微

不受主河摆动或堵塞影响的部位泥石流汇入主河处,由于主河河床左右摆动,在泥石流沟接近主河某一固定断面(如桥位断面)处往往发生冲淤,因为泥石流沟下游的沟床要维持一定比降,故当主河向泥石流沟入口一岸摆动时,此断面床底会发生冲刷,并下降;相反主河河床向泥石流汇入处对岸摆动时,此断面床底会发生淤积并抬高;若发生大规模泥石流,把主河河床推向对岸,并堵塞主河形成泥石流坝,则泥石流沟会发生更大幅度淤积。桥位选择在该断面,必然会随着主河河床摆动,桥下沟床底面冲刷下切或淤积抬高,在发生堵塞时,会出现大幅度淤高,严重影响桥梁的安全。因此桥位应选择在不受主河摆动影响的沟段;如果必须选在受影响的沟段,则在桥梁高度和桥台基础埋深设计的,必须预留一定的淤积高或基础冲刷深,或者公路桥位选在不受堵塞和主河摆动的影响的流通段陡坎以上的高台,桥台也可设在陡坎上部或陡坎以上的高台上。

在泥石流堆积扇上尽量选在冲淤幅度小沟道(含汊道)比较稳定的部位。公路要在泥石流堆积扇上通过,则必须对堆积扇上沟道,包括汊道的冲淤和稳定性进行深入细致的考察,一般在泥石流堆积扇上有多股汊道,而且主汊道往往摆动不定,在建桥的主汊道,可能过一段时间成了支汊,而一股支汊又成了主汊,这样对桥梁的作用和安全带来了很多问题,在勘测、设计时要特别注意。通常采用两个部位,一是在堆积扇顶部或接近顶部通过;二是堆积扇边缘,通常长期比较稳定的堆积扇,因为泥石流携带的较粗颗粒在堆积扇腰部(中部)大量淤落后,扇缘部分淤积较少,汊道相对比较稳定,主河洪水不会漫上扇缘,线路相对比较安全,可以建桥通过。

1桥梁净孔径和净高的确定

在确定桥梁净孔径和净高时,一般是先定净孔径,再根据设计流量和过流条件计算确定净高。(1)净孔径的确定净孔径确定视沟道断面具体情况而定,通常有3种情况:(a)桥梁通过的沟段,沟床顺直稳定,两岸是基岩或比较坚实的土体,即采用沟道断面的宽度,并且使桥台尽量不占用沟道的宽度;(b)采用与沟道上稳定或基本稳定河段宽度(B1)相适应的净孔径(L);为了使桥前不致淤水过高,L按下式计算(c)在一些淤积明显或较明显的较宽浅沟段可造当压缩沟道确定L,具体视沟演变情况而定。(2)净高的确定跨越泥石流沟桥梁的净高Hm一般用下式确定式中:Hc为泥石流的设计泥深;Hn为桥设计使用年限内淤积总厚度,由调查计算确定,如果考虑到因包括该项后净高太大,大大增加桥梁工程量和投资,则可以不考虑该项或只考虑一年的淤积厚度,但这样必须及时清淤桥下和附近的堆积物,使床底保持设计时的标高;ΔH为弯道超高(包括冲起高),如果不在弯道上,泥石流流向与沟岸平行,则可以不考虑;J为安全超高,视泥石流运动状况和物质结构而定。(a)设计泥深Hc的确定桥下设计泥石流泥深Hc的确定比较复杂,可公式(3)计算

2桥下沟床冲刷计算和桥台基础埋深Hpt的确定

桥台基础埋深指桥台基础底面在沟床平均底面以下的深度,通常包括最大冲刷深(含一般冲刷深和局部冲刷深)和安全值。

3桥梁结构形式选择

具有泥石流灾害处置功能的桥梁,为了顺利排出泥石流,并使自身不受泥石流的毁坏,选择适合泥石流特点,能抵御泥石流危害的桥梁结构型式至关重要的。当然这主要是公路工程桥梁设计者的职责,这里只从泥石流防给的角度,提出粗浅的建议,供设计者参考。(1)桥式选择的原则性建议为了能顺利排泄泥石流,又能抵御或减轻泥石流的危害提出下列原则性建议。(a)采用单跨基于泥石流的容重大,含有的固体颗粒多而粗,同时与洪水相同频率的流量往往为洪水的一倍以上,相应流速也比同频率的洪水为大,因此泥石流的冲击力、大块石的撞击力,往往比同频率洪水大得多,可达一倍以上。因此如果沟中立桥墩,易被泥石流冲毁,以致被剪断,造成桥梁不安全,交通中断;同时泥石流往往含有巨石,长径可达几米以上,沟中设桥墩,常常增加巨石堵塞桥孔机率,即降低桥梁抵御呢石流危害的能力,增加自身不安全的因素。因此通过泥石流沟的桥梁,尤其是高容重、大粒径的泥石流,一般采用单跨,沟中间不设桥墩。(b)尽量高桥在可能条件下尽量提高桥梁净高,尤其是在高等级公路上。虽然桥梁有设计标高,但是泥石流的形成、规模、冲淤幅度往往具有不确定性,这种不确定性要比洪水大得多;同是计算的常常又要比洪水低得多。因些跨越泥石流沟桥梁的风险要比跨越等面积、同频率洪水沟的风险大,在确定桥孔净空时,要适当或尽量增大安全值。至于对低等级的公路因投资限制不一定参照这一原则,但应考虑同一个原则。(c)容易修复对于低等级公路可采用容易快速修复的桥式,尽量缩短中断交能的时间,虽然这是一种消极办法,但对跨不确定性大的泥石流沟桥梁,这可能是一种经济、可行的办法。缩短中断交时间,实际上减轻了泥石流危害。(2)桥式选择建议根据泥石流对公路桥梁危害的特点和前述,提出几点原则性建议,下列几种桥型结构型式可供选择。但由于公路等级和建设投资的不同,往往选择的桥式也有所不同。低等级公路往往投资少,运输量相对也少,桥梁的泥石流的设计频率也低,安全性相对也低。因此要基本满足单跨、高桥和容易修复的要求,最佳的桥式是装配式钢桥架桥,这类桥式单跨长度可达45m以上,施工方便,投资较低,一旦被泥石流冲毁钢桁梁,如果桥台本受损,只要有预备桥梁,就可以很快修复。如果桥台受毁或局部受毁,桥跨径不大,可以临时搭木结构桥台,上部仍采用钢桁梁,能很快恢复通车,如果桥跨径较大,超过60m,甚至达到120m以上,则可采用钢桁架吊桥。高等级公路因运输任务重,泥石流设计频率高,一般不允许被泥石流冲毁,从而相应的设计的安全性要求高,即需投资多。一般适合于单比跨径长,桥梁底面高的桥式都可采用。但泥石流地区采用比较多的有拱桥(上承实腹拱和中承空腹拱)、悬索桥等。

4结语

穿越泥石流沟道的公路桥梁,既要保证泥石流的顺利下泄,同时还要预防泥石流对自身危害。在进行桥梁工程泥石流处理技术方面,总结如下:(1)遵循通过泥石流沟的桥位选择原则。(2)按3种情况分别确定宣泄泥石流的桥孔净径。(3)按公式(2)计算净高的确定。(4)按公式(5)确定桥台基础埋深。(5)选择适合泥石流特点的桥梁结构形式。总之,结合泥石流的危害特点,科学合理的处置好以上几方面的技术问题,是桥梁工程泥石流处置技术的关键。

作者:涂国强吴积善陈尊兰单位:四川交通职业技术学院中国科学院成都山地灾害与环境研究所

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