CN108978578B - 一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法及导流坝 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种水毁防护方法，尤其涉及一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法及导流坝；其在最大限度的利用山前河流各项基本特性的基础上，根据河流水流量、水流流速、水深、坡降中的至少一个参数，选择耐冲击、迎水面小的尖形导流坝或防护距离打的椭圆形导流坝或二者的结合。由于实施上述技术方案，本申请通过根据山前河流各项基本特性，如河流水流量、水流流速、水深、坡降选择山前河流跨越公路时的分流束流体系，选择单个导流坝类型或者组合进行公路水毁防治；本申请从水力学分流束流理论考虑导流坝的位置规划和搭配，有效避免强水流造成的公路路基水毁破坏损失，并保证道路工程安全畅通，节约工程费用和维护费用。

Description

一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法及导流坝

技术领域

本申请涉及一种水毁防护方法，尤其涉及一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法及导流坝。

背景技术

公路水毁灾害分布广泛，危害严重，除直接冲毁路基和桥涵等建筑物外，还能诱发路基悬空、挡墙变形和路面开裂等次生灾害，从而造成断道和堵车，严重影响和危害交通运输的运营，甚至直接威胁生命财产的安全。根据自治区公路管理局及各地州公路管理局资料了解到，新疆多段国省道公路跨越山区段在进入夏季后均为易发生自然灾害的重要路段，多发生暴雨洪水、泥石流等公路水毁灾害，毁桥埋路、危害交通安全。

近年随着我国西部大开发的深入，公路建设将迎来新一轮的大发展，而公路水毁的工程治理需求也将越来越旺盛且非常急需；在跨越山前戈壁、荒漠等地理环境时，公路、铁路等交通运输工程往往不可避免地需要与河流、溪流等水道进行交叉，由于水流水势及流速等影响，路基往往需要做结构防护以防水流的淘蚀破坏。

特别是山前河流具有地势落差大、冲击破坏力大和水流量大等特点，现有导流坝无法应用于各种复杂环境下的水流；存在着路基水毁治理不当而造成的公路安全和通畅方面的问题。

发明内容

本申请的目的在于提出一种根据不同水势的情况进行不同形式的分流束流系统的规划，做到对公路路基及边坡的水毁防护，消除安全隐患的一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法。

本申请的技术方案之一是这样实现的：一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法，在最大限度的利用山前河流各项基本特性的基础上，根据河流水流量、水流流速、水深、坡降中的至少一个参数，选择耐冲击、迎水面小的尖形导流坝或防护距离打的椭圆形导流坝或二者的结合。

进一步的，河流为季节性水域，河水充盈河道，水流量大，当水深高于临界水位时，采用尖形导流坝，减少迎水面积而快速将水流分流；当水深低于临界水位时，采用椭圆形导流坝。

进一步的，河流的水流流速、水深超过临界值时，采用尖形导流坝；河流的水流流速、水深低于临界值时，采用椭圆形导流坝。

进一步的，河流的水流流速、坡降超过临界值时，采用尖形导流坝；河流的水流流速、坡降低于临界值时，采用椭圆形导流坝。

进一步的，河流形成坡度大于临界值的冲积扇，冲积扇内设有多条水流跨越公路；采用多个尖形导流坝进行水流分流排导。

进一步的，河流形成坡度小于临界值且覆盖面积大于临界值的冲积扇，冲积扇内设有多条水流跨越公路；采用多个椭圆形导流坝进行水流束流，令多处水流汇聚到一处通过。

本申请的技术方案之二是这样实现的：一种导流坝，包括顺次固定相连的迎水面坝、坝顶和背水面坝；迎水面坝包括底部两侧分别与桥梁涵洞相连的直墙段、连接在两直墙段间的尖形坝或椭圆形坝；背水面坝紧邻道路。

进一步的，直墙段与道路夹角为40°至50°，优选为45°。

进一步的，直墙段的底部连接有水平引流段，水平引流段固定连接在桥梁涵洞的锥坡上。

由于实施上述技术方案，本申请通过根据山前河流各项基本特性，如河流水流量、水流流速、水深、坡降选择山前河流跨越公路时的分流束流体系，选择单个导流坝类型或者组合进行公路水毁防治；通过在迎水面设计尖形导流坝，应对水流对防护结构产生冲击力较大、淘蚀破坏力强的情形，通过在迎水面设计椭圆形坝导流坝，应对水流流速缓、坡降小的山前冲积扇情形，对水流起到束流作用；通过直墙段将水流直接引至桥梁涵洞；本申请从水力学分流束流理论考虑导流坝的位置规划和搭配，有效避免强水流造成的公路路基水毁破坏损失，并保证道路工程安全畅通，节约工程费用和维护费用。

附图说明

本申请的具体结构由以下的附图和实施例给出：

图1是本申请的构造示意图；

图2是尖形导流坝的结构示意图；

图3是椭圆形导流坝的结构示意图；

图4是尖形导流坝与尖形导流坝组合的结构示意图；

图5是椭圆形导流坝与椭圆形导流坝组合的结构示意图；

图6是尖形导流坝与椭圆形导流坝组合的结构示意图。

图例：1.坝顶，2.背水面坝，3.直墙段，4.尖形坝，5.椭圆形坝，6.地表部分，7.地下部分，8.混凝土基础，9.预制板层，10.砂砾垫层，11.伸缩缝，12.水平引流段，13.锥坡。

具体实施方式

本申请不受下述实施例的限制，可根据本申请的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

如图1所示，一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法：在最大限度的利用山前河流各项基本特性的基础上，根据河流水流量、水流流速、水深、坡降中的至少一个参数，选择耐冲击、迎水面小的尖形导流坝或防护距离打的椭圆形导流坝或二者的结合。

山前冲积扇河流往往具有不同的特性，如：河流水流量、水流流速、水深、坡降等，并且会随着季节性出现大的变动。

根据水文历史资料，假定某处山前河道的河床糙率n一定，根据导流坝冲刷公式对其他的相关因素进行界定：

式中

h_s——导流坝端部局部冲刷深度，单位为m；

D_e——上游导流坝头部端点至岸边距离在垂直水流方向的投影长度，单位为m；

h——导流坝端部冲刷前水深，单位为m；

v——导流坝端部冲刷前的垂线平均流速，单位为m/s；

v₀——河床泥沙起流速度，单位为m/s；

v′₀——坝头泥沙起动速度，单位为m/s，

C_m——边坡减冲系数，C_m＝2.7^-0.2m，m为边坡系数。

通过(1)式发现，局部冲刷深度与诸多因素相关，除泥沙土质因素外，主要和导流坝的形态大小、山前冲洪积扇的地形坡度自身的坡降以及其驱使的河流水流量、水流流速相关联。选取测得相关的临界水流速度、临界水深、临界坡度，利用这些临界参数，或根据水流特性或根据地势特性或根据水流特性和地势特性结合，进行导流坝的选取与设计。导流坝设计为两种类型：一种为尖形导流坝，迎水面面积小，适用于水流流速大、对防护结构产生的冲击力大、对导流坝分束流体系冲刷淘蚀破坏力很强的情形；一种为椭圆型导流坝，迎水面面积大，防护距离大；适用于水流量较小、水位低的情形。

本申请在最大限度的利用山前河流各项基本特性的基础上，通过对山前河流水流量、水流流速和河道坡降等临界条件选取，选择相对应合适的防护类型和组合形式；充分利用两种样式的导流坝分别适应不同水流特性的优势，从水力学分流束流理论考虑导流坝的位置规划和搭配，有效避免强水流造成的公路路基水毁破坏损失，并保证道路工程安全畅通，节约工程费用和维护费用；冲刷防护效果更为显著、稳定型更有保障，并节省不必要工程开支，既满足季节性河流水流旺季的巨大冲刷防护，也保证枯水季对河道水流的汇流约束，更是保障了交通运输道路的安全畅通。

如图3所示，河流为季节性水域，河水充盈河道，水流量大，当水深高于临界水位时，采用尖形导流坝，减少迎水面积而快速将水流分流；当水深低于临界水位时，采用椭圆形导流坝。

如图2、3所示，河流的水流流速、水深超过临界值时，采用尖形导流坝；河流的水流流速、水深低于临界值时，采用椭圆形导流坝。水流流速、水深临界值为相互影响、相互变动，参考表1，表中A为尖形导流坝，表中B为椭圆形导流坝。

如图2、3所示，河流的水流流速、坡降超过临界值时，采用尖形导流坝；河流的水流流速、坡降低于临界值时，采用椭圆形导流坝。水流流速、坡降临界值为相互影响、相互变动，参考表2，表中A为尖形导流坝，表中B为椭圆形导流坝。

如图4所示，河流形成坡度大于临界值的冲积扇，冲积扇内设有多条水流跨越公路；采用多个尖形导流坝进行水流分流排导。

如图5所示，河流形成坡度小于临界值且覆盖面积大于临界值的冲积扇，冲积扇内设有多条水流跨越公路；采用多个椭圆形导流坝进行水流束流，令多处水流汇聚到一处通过。

如图6所示，在坡降较大的区域采用尖形导流坝进行水流分流，而对于坡降平缓的水流处采用椭圆形导流坝进行水流汇集至桥涵通道，采用以上两种导流坝相结合的体系，可以很好的进行公路水毁防治。

如图1至3所示，一种导流坝，包括顺次固定相连的迎水面坝、坝顶1和背水面坝2；迎水面坝包括底部两侧分别与桥梁涵洞相连的直墙段3、连接在两直墙段3间的尖形坝4或椭圆形坝5；背水面坝2紧邻道路；直墙段3的底部连接有水平引流段12，水平引流段12固定连接在桥梁涵洞的锥坡13上。两种类型的坝的坝脚位置均同桥梁涵洞的锥坡13或者八字墙等结构顺接，可对公路、铁路等交通线路的路基起到冲刷保护作用。其中坝顶1可取2-2.5m；坝身左右两侧坡降均为1：1:1至1：1:2；预制板层9为混凝土预制板，厚度为0.1-0.15m；砂砾垫层10厚度为0.1-0.15m。本申请总高度为2.5-3.5m，地表部分6高度为1-1.5m，地下部分7与混凝土基础8总高为1.5-2m。

实施例1，如图1至3所示，某地区山前冲积扇有多条河流流经，季节性明显，盈水期水流溢满河床，枯水期水流稀疏改道。经测算，冲积扇总宽度约10.5km，选取一条典型河流为例，它的河道近导流坝处高程为227m，距离路基5km处海拔高程为328m；近导流坝处河床水深测得最大为1.3m左右，水流流速较快，测得为4.5m/s。基于本申请，具体导流坝样式的选择及组合形式的判断步骤如下：

1.经计算，选取的山前河流5km河道落差为101m，故平均河道坡降约为20.1‰。根据测算资料提供的河床水流深度为1.3m左右，计算取1.3m为河流水深值；水流速取测的实际值4.5m/s。

2.据表2，当河床水深为1.3m，地形坡降为20.1％时，应选取尖型导流坝进行河流分束流规划，以免使防护设施遭到水流冲刷破坏，从而保护射时候的交通运输线路。

3.据表1，当河床水深为1.3m，河道水流流速为4.5m/s时，也应选取尖型导流坝进行河流分束流冲刷防治。

如图1至3所示，某山前区域有多条河流流经交通运输线路，河流水量较大。选取其中一条典型河流为计算例，它的河道5km平均纵坡比降为30.1％近导流坝处河床水深测得最大为2.1m左右，水流流速较快，测得为6m/s。基于本申请，具体导流坝样式的选择及组合形式的判断步骤如下：

1.根据给定数据，选取的山前河流5km河道纵坡比降为30.1‰，河床水流深度为2.1m；水流速取测的实际值6m/s。

2.据表2，当河床水深为2.1m，地形坡降为30.1％时，应选取A-尖型导流坝进行河流分束流规划，减小水流的冲刷作用和破坏力。

3.据表1，当河床水深为2.1m，河道水流流速为6m/s时，也应选取尖型导流坝进行河流分束流冲刷防治，对于此处存在多条河流类似情况，可采用尖型导流坝群进行水流的分流排导。

以上技术特征构成了本申请的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要技术特征，来满足不同情况的需要。

表1

表2

Claims (8)

1.一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法，其特征在于：根据河流水流量、水流流速、水深、坡降中的至少一个参数，选择耐冲击、迎水面小的尖形导流坝或防护距离大的椭圆形导流坝或二者的结合；

所述尖形导流坝或椭圆形导流坝包括顺次固定相连的迎水面坝、坝顶和背水面坝；迎水面坝包括底部两侧分别与桥梁涵洞相连的直墙段、连接在两直墙段间的尖形坝或椭圆形坝；背水面坝紧邻道路；直墙段的底部连接有水平引流段，水平引流段的另一端固定连接在桥梁涵洞的锥坡上；

所述迎水面坝包括位于表层的预制板层和位于内层的砂砾垫层，预制板层分为位于地面上的地表部分和地下部分，其中，地表部分与坝顶相连，地下部分与位于地面下的混凝土基础相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法，其特征在于：河流为季节性水域，河水充盈河道，水流量大，当水深高于临界水位时，采用尖形导流坝，减少迎水面积而快速将水流分流；当水深低于临界水位时，采用椭圆形导流坝。

3.根据权利要求1所述的一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法，其特征在于：河流的水流流速、水深超过临界值时，采用尖形导流坝；河流的水流流速、水深低于临界值时，采用椭圆形导流坝。

4.根据权利要求1所述的一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法，其特征在于：河流的水流流速、坡降超过临界值时，采用尖形导流坝；河流的水流流速、坡降低于临界值时，采用椭圆形导流坝。

5.根据权利要求1所述的一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法，其特征在于：河流形成坡度大于临界值的冲积扇，冲积扇内设有多条水流跨越公路；采用多个尖形导流坝进行水流分流排导。

6.根据权利要求1所述的一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法，其特征在于：河流形成坡度小于临界值且覆盖面积大于临界值的冲积扇，冲积扇内设有多条水流跨越公路；采用多个椭圆形导流坝进行水流束流，令多处水流汇聚到一处通过。

7.根据权利要求1所述的一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法，其特征在于：直墙段与道路夹角为40°至50°。

8.根据权利要求7所述的一种基于分流束流理论的山前公路水毁防治方法，其特征在于：直墙段与道路夹角为45°。