桥梁水害的成因主要包括:桥位选取不当、桥孔跨径偏小、基础埋置过浅、导流防护不完善以及桥梁养护不及时等,此外,过度采砂和河道改变也会导致桥梁水害的发生。
(1)桥位选取不当
桥涵位置一般应设在河道顺直、稳定且较窄的河段。然而,一些遭受水害的桥涵位置却选在河湾处或不良桥位河段上。桥位选取不当的原因,可能是由于选线的缘故,或者地形原因找不到更好的位置,亦或者原选位置本位于优良的顺直河段上,但由于河道变迁,形成了不利于通畅排水和输沙的桥涵位置。这种不当选址导致水流与桥涵轴线存在较大的斜交角度,增加了阻水宽度,加大了局部冲刷。
(2)桥梁孔径布置不当
桥涵孔径设计要满足泄洪、输沙和通过水流的要求。如果孔径设计过小,排洪与输沙不畅,会导致桥前大量雍水,桥下冲刷加剧。在含沙量较大的河流上,桥涵孔径可能被泥沙全部淤塞,进一步导致桥涵水害的发生。
(3)基础埋深不足
桥涵基础的埋置深度由冲刷深度和地基承载力共同确定。当降水量增大,水流速度加快时,冲刷深度会不断增加,导致基础埋深相对降低。一旦洪水来临,桥梁墩台基础附近的泥沙容易被水流冲刷淘空,从而导致桥梁倾覆。
准确计算桥梁的最大冲刷深度对于确定基础埋置深度至关重要。目前,我国桥梁的冲刷深度确定主要依据规范推荐的计算公式。然而,由于我国地域辽阔,各地区的水文地质条件差异显著,这种多样性对桥梁局部冲刷深度的准确确定提出了挑战。单纯依靠65-1修正式和65-2公式难以全面、准确地反映各地区的实际情况。因此,在桥梁设计中,应结合当地实际水文地质条件,进行详细的现场勘察和实测,综合运用多种方法和技术,确保冲刷深度的准确性,从而保证桥梁设计的安全性和可靠性。
(4)导流防护不完善
桥孔和调治构造物是形成完善排洪系统的重要组成部分,二者缺一不可。目前,大多数桥梁的全部或局部毁坏多归因于缺乏导流设施或导流不善,未能有效配合桥孔形成排洪系统。由于导流、护岸和河床整治不善而毁于泥石流的桥梁则更为常见。因此,需要结合水文、地形和地质等条件,合理布设调治构造物,如导流堤和截水坝等,以确保水流均匀顺畅地通过桥孔,防止桥位附近的河床和河岸发生不利变形,确保桥梁墩台和桥头引道的正常使用。
(5)桥梁养护不及时
由于养护资金有限或费用不足,一些桥梁锥坡和防护工程的轻微损坏(如沉陷、铺砌脱落、涵洞洞口淤塞等)未能及时处理,导致在洪水来临后无法抵抗洪水的侵袭,造成锥坡和防护工程的进一步破坏,最终引起桥涵的局部冲毁。
(6)过度采砂
在河道内大量挖沙采石,会改变河床的天然状态,使河床面下降。洪水来临后,会产生局部跌水或急弯,引起局部河床冲刷,导致水害的发生。典型的桥梁水毁形式包括墩台基础埋深不足。如果桥梁采用的是扩大基础,墩台会被冲毁;如果采用桩基础,则表现为基础裸露。
(7)河道改变
河道改变的原因主要分为河流自身的变化、环境变化和人为作用因素。河流自身的变化表现为崩滩、塌岸等,导致河流主流摆动、河床冲深扩宽等。当河道上游的环境改变时,例如上游流域的森林和植被被砍伐,河流的塑造作用也会随之改变。人为因素对河道的影响主要包括临河修建建筑设施、桥位上游筑坝拦水、桥上下游水利工程改动等,这些变动会改变河流的径流分布,增大水流冲刷能力。典型的桥梁水毁形式包括冲断桥头引道、冲毁桥梁锥坡等调治与防护设施,致使墩台被冲毁。此外,临河建筑设施被冲毁后,大量漂浮物也会对桥梁上部结构造成极大的危害。
桥梁水害类型多样、成因复杂,涉及到设计、施工、维护以及环境变化等多种因素,需要根据实际桥梁的特点采取具体的防治措施。在桥梁勘测设计阶段,应全面了解河流特性并合理规划,采用合理的桥型和桥跨布置跨越河流,尽量避免水害的发生。对于由过度采砂和河道改变导致的桥梁水害,应加强监测与防护,及时制定和演练防洪预案。此外,对于在地震、洪水、泥石流和滑坡等特殊情况下,养护部门应立即进行检查,并根据检查结果提出相应的维修和加固措施。对于受汛期影响较大的桥涵,可建立水害实时监测预警系统进行检测,确保桥梁防洪安全。