浅谈西南山区路桥水文检验方法

1西南山区铁路桥梁及水文环境概况

成都铁路局管辖范围包含西南两省一市。川渝地区地处长江上游，流域内支流众多，径流量丰富;水位季节变化较大;汛期集中在夏季;含沙量较小;没有结冰期。川、渝、贵多处山地，地质条件复杂多样，主要包含高原、山地、丘陵和盆地四种基本类型，气候具有明显的亚热带性质，主要表现为冬暖、春旱、夏热、秋雨、多云雾、少日照;气象灾害种类多，发生频率高，范围大，主要是干旱，暴雨、洪涝和低温等也经常发生。西南山区铁路桥梁除了一小部分跨越长江干流和大支流以外，绝大部分位于在山区峡谷、山间宽谷漫流等小流域地区。山区河流流经的地方都是地势高峻、地形复杂的山区，这些地方岩石裸露、径流系数大、汇流时间短，洪水暴涨陡落，而山间宽谷漫流河段则具有河槽浅小且基本稳定，河滩辽阔，且滩上广布耕地，汛期洪峰持续时间不长，洪水涨落快。这些地方基本都没有详尽的历史水文资料。桥梁水文勘测和水文计算是桥梁设计的重要内容。从现有铁路桥梁来看，很少有桥梁被车辆活载破坏，但桥梁浅基和孔径不足等病害却时有发生。由于地理位置的特殊，桥梁众多，形式多样，修建时间跨度大，桥梁的设计抗洪能力标准不一，成为了成都铁路局铁路桥梁的一大特色。局管桥梁共计600余座，其中有始建于1936年，建设时间长达20余年的成渝线，也有解放后六七十年代修建的成昆线，川黔线等普速铁路桥梁。老线桥梁由于水文技术力量、水文资料积累有限，计算理论和方法照搬前苏联模式，与当地复杂的水文情况相差较大;加之设计时对桥渡水文认识不够，节约投资等原因，造成桥梁水文方面的问题比较多。近年来随着铁路建设的逐步深入，在成都局管内对部分既有线进行了提速改造，新建了很多快速铁路，新结构新工艺建造的桥梁也逐渐增多。虽然桥梁水文理论经过长时间的经验积累，得到进一步发展和提高，逐步形成了适应我国各地区情况比较系统的水文检算方法。但是桥梁水文计算涉及到天文、地理和气候等很多方面的知识，每个从事水文的工程师对河流水文特性的理解、对桥梁设计规范的掌握不同，可能存在按同样的水文资料由不同工程师设计的桥梁差别很大的情况。西南山区铁路大部分线路建造年代较早，桥梁设计抗洪能力标准普遍不高，特别是在行洪河道中的扩大基础桥梁，经过长期运营后，由于河道变迁，上游采砂，修建水库等影响，逐渐出现浅基病害，孔径不足等问题。为了能及时准确的发现铁路桥梁水文病害和灾害隐患，避免给人民生命财产和铁路交通运输工作带来损失，铁路桥梁的水文检算工作变得尤为重要。

2西南山区铁路桥梁水文检算

校核的主要参数包括桥址处河道的滩槽宽度、桥址河床断面、滩槽糙率、各项流速数据、检定流量、历史洪痕等;桥梁抗洪能力检算的主要指标则是由桥梁的孔径、冲刷检算结果来反映。经过几年的水文检算工作实践，发现针对西南山区铁路桥梁水文条件的复杂多样，历史水文资料的缺乏等条件限制下，桥梁抗洪能力的检算的重点应放在桥址河流的类型区分和检定流量的推求上。只有将桥址河流所处流域和环境特征调查清楚，才有利于选择检定流量的推求方法。而检定流量合理推求是桥梁的孔径、冲刷检算结果是否具有参考价值的前提。检定流量的推求一般分为两类。一类是利用桥址附近的水文观测资料(包括历史流量系列，水位观测系列等)通过概率统计法和形态勘测方法来推求检定流量;这类方法主要适用于我局管内的跨长江流域上的干流或主要支流的长大桥梁。这些桥梁在设计建造阶段就充分考虑了水文环境对桥梁的影响，且历史水文资料收集保存也较为完善，因此在做水文检算时推求的检定流量和检定水位一般来说是比较可靠的。这类桥梁因为大都处于大江大河之上，现场水文勘测工作对人员、测量仪器的要求较高。为了提高测量准确度，一般采用全站仪和测深仪结合，对桥址处的水下地形和桥址周边地形进行准确定位和测量，得到相对准确的形态勘测数据，同时进行桥前水位坡度测量和流速测量。最后将推求的检定流量与桥梁设计文件中的设计流量进行相互比较、相互映证，最后得到较为合理的检定流量。另一类则是缺乏水文观测资料，利用雨量推求小流域暴雨洪峰流量来确定检定流量，这类方法在小流域中的桥涵水文检算中有着重要作用，在西南山区处于这类小流域的铁路桥梁数量较多。该方法的重点是流域面积的确定，同时也是现场勘测工作中的难点。目前，确定流域面积的方法主要有两种，一是进行现场实测，二是利用计算机对现有地形资料或者是卫星图片进行描绘并辅助计算流域面积和河道比降数据。现场实测流域面积的方法优点是测量数据准确，对流域内其他水文地质资料收集较为全面细致，但测量工作任务繁重且时间长，测量仪器配备要求高，成本消耗大;利用计算机辅助计算的方法虽然简单省事，但是现有地形图精度低，人为因素对流域数据取值影响较大，这也会直接反映在检定流量的推求中。解决这一矛盾的方法唯有进行多方调查、使用多种方法和多次计算进行验证，才能尽可能的接近真实。在计算检定流量之后，桥梁的孔径检算和基础冲刷检算，以及既有桥梁的过洪能力检算就会迎刃而解。目前进行铁路桥梁的孔径检算和基础冲刷检算主要采用人工计算和计算机辅助计算两种方式。两种计算方式采用的计算依据都是以一般冲刷计算公式(64－1式)和局部冲刷计算公式(85－1式)为理论基础进行计算。计算机水文检算软件虽然可以简化整个水文检算工作的大部分工作，但是软件本身开发不很完善，操作比较繁琐。在对成都局300余座山区过水桥梁的实际应用中发现，对水文资料丰富的桥梁得到的检算成果较为可靠。而对小流域桥梁的检算成果可靠性仍然不高，特别是有些很难找到设计水文参数的桥梁，检算结果受到小流域检定流量的准确性影响很大，并且一些小流域过水桥梁，河床地质参数取值对冲刷检算结果影响同样较大，时常会出现检定流量冲刷后桥梁基础悬空数米或数十米的检算结果，但经手工计算校核后，实际情况又并非如此。由此可见，桥梁水文检算本来是基于理论和经验相结合的工作，计算机辅助计算忽略对计算参数和现场实际情况的分析，将会降低对水文检算成果准确性。对一些不易判定的检算结果，仍然要用人工计算的方法进行校核。所以，人工计算仍是水文检算工作中不可替代的一种检算方法。

作者：李俊 单位：成都铁路局工务检测所