浅议弯曲河段桥区航道整治措施|90度弯头弯曲半径计算

　　摘 要：水上运输具有运量大、成本低和能耗小的优点，然而桥梁的不断兴建，对船舶航行造成一定的影响，特别是处于弯曲河段内的桥区航道，由于桥区河段水流与桥轴线法线夹角、航线流速较大、通航净宽不足等原因，常导致船舶撞击桥墩等海损事故的发生，同时由于弯道的演变也会对桥区航道维护产生不利的影响；研究此类桥梁碍航问题具有重要的工程现实意义。本文结合工程实际，研究弯曲河道桥区河段桥梁碍航成因，提出整治方法与整治措施，可供类似工程参考。
　　关键词：桥区航道 弯曲河段 整治
　　桥梁建成后，由于桥墩等的存在使得原有的水流条件发生改变，河床的冲淤也相应发生改变，从而使原有的通航条件发生改变，形成航道部门习称的桥区航道。《内河通航标准》（GB50139-2004）中规定：“水上过河建筑物应建在河床稳定、航道水深充裕和水流条件良好的平顺河段，远离易变的洲滩；水上过河建筑物选址应避开滩险、通行控制河段、弯道、分流口、汇流口、港口作业区和锚地。”弯曲河道是平原河流常见的河型之一，随着交通运输事业的发展，交通基础设施建设投资加大，桥梁不断兴建，由于各种原因，桥梁建设常常难以避开此种河段。由于弯道水流的特殊性，桥区河段洪、中、枯水时流向变化较大，斜流与桥轴线夹角较大，航线流速大，通航净宽不足等原因，常导致船舶撞击桥墩等海损事故的发生；同时由于弯道的演变也会对桥区航道维护产生不利的影响；有时弯道通航水域的淤积、采砂船在桥区河段停泊也给航道维护增加了困难。一旦桥梁规划设计不当，船舶难以正常航行，碰撞桥墩，出现船毁桥损的事故，会引起一系列的社会问题。因此，研究此类桥梁碍航问题具有重要的现实意义。
　　 1.弯曲河道桥区河段碍航成因及特点
　　 1.1弯曲河道的水流运动特点
　　弯道水流在离心力的作用下，水流形成螺旋状向前运动。弯曲河道在天然河流中是一种常见的河型，从对水运行业条件影响的角度看，弯曲河道是影响最大的河型，常常成为航道的咽喉河段，不但在弯道的弯顶、进出口可能出现滩险，而且上下弯道的过渡段也常常存在碍航浅滩，而且水流的螺旋前进引起的斜流常常成为妨碍航行的重要原因。原型观测和室内模型试验均表明，弯道河段恒存在复杂的环流和横比降。弯曲河道恒存在纵轴环流，水流螺旋前进，表面水流指向凹岸，而且各级水位下的环流强度和特征各不相同，水流过渡的位置和水流方向随流量变化而变化，环流的变化和分布具有多样性，有的为单向环流，有的为双向环流，有的则为多层的负责环流。产生环流的原因是多方面的，最主要的是水流流线发生弯曲所致。环流结构主要决定于该处离心环流和上游环流沿程衰减后的大小和方向的对比关系。因此，通常弯曲河段航道区水面均存在斜向水流。
　　1.2斜流是引起事故的最为常见的水流因素
　　通常弯曲河段航道区域水面均存在斜向水流，航道在条件良好的情况下，船舶通过操纵控制，能够克服斜流作用，安全航行。弯曲河道跨河建筑物附近的航道内，斜流的影响就成了主要的限制条件，在某些弯曲河段主通航孔洪、中、枯水流向与大桥轴线法线交角大大超过《内河通航标准》中不得大于5°的规定，且伴随有扫弯水等不良碍航流态产生，船舶避让操作时间不足，船舶易撞桥墩。因此，选择弯道建设桥梁时，必须谨慎，充分考虑桥下斜流对航道的影响。
　　1.3通航净宽不足
　　由于桥梁建设技术和工程投资的限制，有些建成桥梁没有充分考虑通航净宽而碍航。由于桥区弯道出现斜向水流的必然性，船舶在通过桥孔时产生横向漂移，在斜流较强时桥墩附近有显著的紊流区，故在《内河通航标准》中规定：当水上过河建筑物的墩柱附近可能出现碍航紊流时，其通航孔的净宽应在标准规定的通航净宽基础上加大，增加值宜通过模拟试验研究确定。在实际中通航净宽计算都应考虑适当加宽。
　　1.4弯道河势演变而碍航
　　弯曲型河道不但具有迂回曲折的外形，而且还具有蜿蜒蠕动的动态特征。由于弯道环流的作用，河湾处的横断面成不对称的三角形，河床窄而深；但在弯道上游的横断面一般成对称抛物线形，河床宽而浅。在中洪水时期由于河弯的阻力，河弯上游水位升高，比降减小，流速降低，水流挟沙力减小，大量泥沙在此落淤，当水位下降时，若不能将淤积物全部冲走，枯水期则容易出浅。若河流的比降较平缓，流速较小，河床中心较较大（河弯转角较大），在此情况下，中、洪水期的淤积更为严重，水位下降时期，往往不能将淤积物全部冲走，枯水期更容易出浅碍航。弯道的演变会导致河势的改变，桥区河段的航道条件也会相应改变。由于洪水、采砂等外部条件的影响，局部河段河势会发生剧烈变化，原设计的桥梁主通航孔会淤积，在枯水时就无法通航，当疏浚等处理措施未能及时跟上的话，船舶只能被迫走非通航孔通过桥梁，但设计的非通航孔跨度往往偏小，不能满足船舶通航需要，且非通航孔桥墩未设置防撞设施，利用非通航孔通航存在严重的安全隐患。因此，在桥梁建设的规划阶段，就应对弯曲河段桥址处河道通航条件进行预测研究，预先对可能产生的问题有足够的认识，尽量避免出现桥梁碍航。
　　 2.弯曲河道桥区河段航道整治原则与措施
　　2.1整治原则
　　（1）疏浚浅滩与整治相结合，在调整河势的基础上归顺航道内的水流运动。
　　（2）对已经在弯道河段建设好的桥梁，如出现中高水位碍航的问题，应以调整河势，顺应桥梁的现实条件为整治原则。
　　（3）对已经在弯道河段建成的枯水时碍航桥梁，以调整局部流向，归顺桥区斜流为整治原则。
　　2.2整治措施
　　（1）在中小河流或对上下游影响能够得到控制的河段上整治中高水期桥梁碍航的问题时，采取裁弯取直或改道避弯等整治措施，调整河道河势及水流流路，是彻底解决弯曲河段桥梁碍航的可行措施。
　　（2）对枯水航槽弯曲的河段桥梁碍航问题，采取裁弯取直和切滩撇弯等整治方法，辅以整治建筑物归顺局部流向，能有效地解决碍航问题。
　　 3.工程实例
　　广东省内韩江高陂镇河段属于弯曲河道，桥区附近的枯水航槽弯曲，航道内水流具有弯道水流的特征，弯顶靠近河岸，高陂大桥处于弯道中间，通航孔位于左岸，由于弯道环流的作用，桥轴线法线方向与水流方向交角达15°，桥梁建成后，不但航宽不足，而且桥下斜流明显影响了船舶的安全正常航行。
　　整治工程措施：
　　（1）在河道左岸（凹岸）修建了几座丁坝，用以稳定洲滩河势，防止河岸进一步被冲刷、坍塌。
　　（2）河道右岸也修建丁坝，束水归槽，增加枯水期航道水深，改善通航条件。
　　（3）疏浚挖深设计航槽，进一步加大通航水深。
　　通过整治措施的采用，使水流能够按照顺直的流过通航孔，船舶通航条件良好。
　　 4.结论
　　（1）桥下斜流是弯曲河流桥梁碍航的主要原因。
　　（2）选择弯道建设桥梁时，必须慎重，充分考虑桥下斜流对航道的影响。
　　（3）在中小河流或对上下游影响能够得到控制的河段上整治中高水期桥梁碍航的问题时，采取裁弯取直或改道避弯等整治措施，调整河道河势及水流流路，是彻底解决弯曲河段桥梁碍航的可行措施。
　　（4）对枯水航槽弯曲的河段桥梁碍航问题，采取裁弯取直和切滩撇弯等整治方法，辅以整治建筑物归顺局部流向，能有效的解决碍航问题。
　　参考文献：
　　[1]内河通航标准（GB50139-2004）.中国计划出版社，2004
　　[2]航道整治（第二版）.人民交通出版社，1980