淺談西南山區(qū)路橋水文檢驗(yàn)方法

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1西南山區(qū)鐵路橋梁及水文環(huán)境概況

成都鐵路局管轄范圍包含西南兩省一市。川渝地區(qū)地處長(zhǎng)江上游，流域內(nèi)支流眾多，徑流量豐富;水位季節(jié)變化較大;汛期集中在夏季;含沙量較小;沒有結(jié)冰期。川、渝、貴多處山地，地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，主要包含高原、山地、丘陵和盆地四種基本類型，氣候具有明顯的亞熱帶性質(zhì)，主要表現(xiàn)為冬暖、春旱、夏熱、秋雨、多云霧、少日照;氣象災(zāi)害種類多，發(fā)生頻率高，范圍大，主要是干旱，暴雨、洪澇和低溫等也經(jīng)常發(fā)生。西南山區(qū)鐵路橋梁除了一小部分跨越長(zhǎng)江干流和大支流以外，絕大部分位于在山區(qū)峽谷、山間寬谷漫流等小流域地區(qū)。山區(qū)河流流經(jīng)的地方都是地勢(shì)高峻、地形復(fù)雜的山區(qū)，這些地方巖石裸露、徑流系數(shù)大、匯流時(shí)間短，洪水暴漲陡落，而山間寬谷漫流河段則具有河槽淺小且基本穩(wěn)定，河灘遼闊，且灘上廣布耕地，汛期洪峰持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，洪水漲落快。這些地方基本都沒有詳盡的歷史水文資料。橋梁水文勘測(cè)和水文計(jì)算是橋梁設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。從現(xiàn)有鐵路橋梁來看，很少有橋梁被車輛活載破壞，但橋梁淺基和孔徑不足等病害卻時(shí)有發(fā)生。由于地理位置的特殊，橋梁眾多，形式多樣，修建時(shí)間跨度大，橋梁的設(shè)計(jì)抗洪能力標(biāo)準(zhǔn)不一，成為了成都鐵路局鐵路橋梁的一大特色。局管橋梁共計(jì)600余座，其中有始建于1936年，建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20余年的成渝線，也有解放后六七十年代修建的成昆線，川黔線等普速鐵路橋梁。老線橋梁由于水文技術(shù)力量、水文資料積累有限，計(jì)算理論和方法照搬前蘇聯(lián)模式，與當(dāng)?shù)貜?fù)雜的水文情況相差較大;加之設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)橋渡水文認(rèn)識(shí)不夠，節(jié)約投資等原因，造成橋梁水文方面的問題比較多。近年來隨著鐵路建設(shè)的逐步深入，在成都局管內(nèi)對(duì)部分既有線進(jìn)行了提速改造，新建了很多快速鐵路，新結(jié)構(gòu)新工藝建造的橋梁也逐漸增多。雖然橋梁水文理論經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累，得到進(jìn)一步發(fā)展和提高，逐步形成了適應(yīng)我國(guó)各地區(qū)情況比較系統(tǒng)的水文檢算方法。但是橋梁水文計(jì)算涉及到天文、地理和氣候等很多方面的知識(shí)，每個(gè)從事水文的工程師對(duì)河流水文特性的理解、對(duì)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的掌握不同，可能存在按同樣的水文資料由不同工程師設(shè)計(jì)的橋梁差別很大的情況。西南山區(qū)鐵路大部分線路建造年代較早，橋梁設(shè)計(jì)抗洪能力標(biāo)準(zhǔn)普遍不高，特別是在行洪河道中的擴(kuò)大基礎(chǔ)橋梁，經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)后，由于河道變遷，上游采砂，修建水庫(kù)等影響，逐漸出現(xiàn)淺基病害，孔徑不足等問題。為了能及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)鐵路橋梁水文病害和災(zāi)害隱患，避免給人民生命財(cái)產(chǎn)和鐵路交通運(yùn)輸工作帶來?yè)p失，鐵路橋梁的水文檢算工作變得尤為重要。

2西南山區(qū)鐵路橋梁水文檢算

校核的主要參數(shù)包括橋址處河道的灘槽寬度、橋址河床斷面、灘槽糙率、各項(xiàng)流速數(shù)據(jù)、檢定流量、歷史洪痕等;橋梁抗洪能力檢算的主要指標(biāo)則是由橋梁的孔徑、沖刷檢算結(jié)果來反映。經(jīng)過幾年的水文檢算工作實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)針對(duì)西南山區(qū)鐵路橋梁水文條件的復(fù)雜多樣，歷史水文資料的缺乏等條件限制下，橋梁抗洪能力的檢算的重點(diǎn)應(yīng)放在橋址河流的類型區(qū)分和檢定流量的推求上。只有將橋址河流所處流域和環(huán)境特征調(diào)查清楚，才有利于選擇檢定流量的推求方法。而檢定流量合理推求是橋梁的孔徑、沖刷檢算結(jié)果是否具有參考價(jià)值的前提。檢定流量的推求一般分為兩類。一類是利用橋址附近的水文觀測(cè)資料(包括歷史流量系列，水位觀測(cè)系列等)通過概率統(tǒng)計(jì)法和形態(tài)勘測(cè)方法來推求檢定流量;這類方法主要適用于我局管內(nèi)的跨長(zhǎng)江流域上的干流或主要支流的長(zhǎng)大橋梁。這些橋梁在設(shè)計(jì)建造階段就充分考慮了水文環(huán)境對(duì)橋梁的影響，且歷史水文資料收集保存也較為完善，因此在做水文檢算時(shí)推求的檢定流量和檢定水位一般來說是比較可靠的。這類橋梁因?yàn)榇蠖继幱诖蠼蠛又?，現(xiàn)場(chǎng)水文勘測(cè)工作對(duì)人員、測(cè)量?jī)x器的要求較高。為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，一般采用全站儀和測(cè)深儀結(jié)合，對(duì)橋址處的水下地形和橋址周邊地形進(jìn)行準(zhǔn)確定位和測(cè)量，得到相對(duì)準(zhǔn)確的形態(tài)勘測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行橋前水位坡度測(cè)量和流速測(cè)量。最后將推求的檢定流量與橋梁設(shè)計(jì)文件中的設(shè)計(jì)流量進(jìn)行相互比較、相互映證，最后得到較為合理的檢定流量。另一類則是缺乏水文觀測(cè)資料，利用雨量推求小流域暴雨洪峰流量來確定檢定流量，這類方法在小流域中的橋涵水文檢算中有著重要作用，在西南山區(qū)處于這類小流域的鐵路橋梁數(shù)量較多。該方法的重點(diǎn)是流域面積的確定，同時(shí)也是現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)工作中的難點(diǎn)。目前，確定流域面積的方法主要有兩種，一是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，二是利用計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)有地形資料或者是衛(wèi)星圖片進(jìn)行描繪并輔助計(jì)算流域面積和河道比降數(shù)據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)流域面積的方法優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，對(duì)流域內(nèi)其他水文地質(zhì)資料收集較為全面細(xì)致，但測(cè)量工作任務(wù)繁重且時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)量?jī)x器配備要求高，成本消耗大;利用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算的方法雖然簡(jiǎn)單省事，但是現(xiàn)有地形圖精度低，人為因素對(duì)流域數(shù)據(jù)取值影響較大，這也會(huì)直接反映在檢定流量的推求中。解決這一矛盾的方法唯有進(jìn)行多方調(diào)查、使用多種方法和多次計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證，才能盡可能的接近真實(shí)。在計(jì)算檢定流量之后，橋梁的孔徑檢算和基礎(chǔ)沖刷檢算，以及既有橋梁的過洪能力檢算就會(huì)迎刃而解。目前進(jìn)行鐵路橋梁的孔徑檢算和基礎(chǔ)沖刷檢算主要采用人工計(jì)算和計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算兩種方式。兩種計(jì)算方式采用的計(jì)算依據(jù)都是以一般沖刷計(jì)算公式(64－1式)和局部沖刷計(jì)算公式(85－1式)為理論基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算機(jī)水文檢算軟件雖然可以簡(jiǎn)化整個(gè)水文檢算工作的大部分工作，但是軟件本身開發(fā)不很完善，操作比較繁瑣。在對(duì)成都局300余座山區(qū)過水橋梁的實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，對(duì)水文資料豐富的橋梁得到的檢算成果較為可靠。而對(duì)小流域橋梁的檢算成果可靠性仍然不高，特別是有些很難找到設(shè)計(jì)水文參數(shù)的橋梁，檢算結(jié)果受到小流域檢定流量的準(zhǔn)確性影響很大，并且一些小流域過水橋梁，河床地質(zhì)參數(shù)取值對(duì)沖刷檢算結(jié)果影響同樣較大，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)檢定流量沖刷后橋梁基礎(chǔ)懸空數(shù)米或數(shù)十米的檢算結(jié)果，但經(jīng)手工計(jì)算校核后，實(shí)際情況又并非如此。由此可見，橋梁水文檢算本來是基于理論和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的工作，計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算忽略對(duì)計(jì)算參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的分析，將會(huì)降低對(duì)水文檢算成果準(zhǔn)確性。對(duì)一些不易判定的檢算結(jié)果，仍然要用人工計(jì)算的方法進(jìn)行校核。所以，人工計(jì)算仍是水文檢算工作中不可替代的一種檢算方法。

作者：李俊 單位：成都鐵路局工務(wù)檢測(cè)所