桥涵水文桥梁与环境科技报告之欧阳治创编.docx

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桥涵水文桥梁与环境科技报告之欧阳治创编

桥涵水文第一次研讨会

时间2021.03.10

创作：

欧阳治

--桥梁与环境专题

姓名：

******

专业：

道路桥梁与渡河工程

学号：

21715202

完成日期：

2017.12.8

桥涵水文第一次研讨会--桥梁与环境专题

摘要：

桥梁生态系统是由桥梁建筑主体和与之相联系的环境背景以及桥梁景观所构成。

桥梁生态系统是一个复杂的类似城市生态系统又具有自然生态系统的全部特征的人工生态系统，同时符合人文景观的特点。

桥梁建设必须走可持续发展的道路，实现人类与自然环境的协调发展。

桥梁环境保护应从保护桥梁生态系统的角度来进行，充分考虑到工程地质环境、水文地质环境、生态环境和人文景观这几个方面。

本次研讨，大家分别从正反两个角度评析了国内诸如杭州湾大桥、重庆朝天门大桥；国外诸如瑞士萨尔基那山谷桥、塔科马大桥等经典案例。

这些桥梁中有些以桥梁与环境协调美观而闻名于世；有些则因环境因素美观欠佳，甚至发生坍塌等巨大灾难。

本次报告总结将从正反两面对一些经典案例进行深入分析，并且对课堂上同学探讨提出的待深入思考的问题提出我的看法。

关键词：

桥梁与环境、案例分析。

0引言

以桥梁为主体，桥梁跨越的河流、海域、山涧、峡谷等地形、地貌地质等，桥位所在地区的气象、水文、植被、生物群落等，形成了其独特的自然环境。

桥梁与桥位周围的河流、海洋及湖泊等水域、山涧峡谷等自然环境，形成了一个相互影响、制约的系统。

在建桥的过程中力求做到桥来那个与桥位环境和谐共存，才能避免桥梁受到自然灾害的气息；同事，这样也不会因为桥梁的建设而环境的破坏，从而达到可持续发展的目的。

以下，我讲具体分条阐述桥梁与环境因素：

（1）可持续发展的要求：

1987年，联合国环境与发展委员会发表文件《我们的未来》，指出“可持续发展是既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”。

它有两层含义，一是将满足人类的基本需要放在优先地位来考虑；二是将人类的发展和需求限制在地球的资源和自然地理环境的承受能力相协调的范围之内。

（2）桥梁与河流与海洋环境：

桥梁建设者不仅仅要考虑设计好桥梁实体，还必须处理好桥梁与河流、海洋、高原、山岭的环境关系。

桥梁修建不应当阻挡洪水、潮汐，不应当引起河床海床的不利变形。

桥梁洪水水毁、地震破坏等及大跨度悬索桥及斜拉桥风致震动破坏等自然灾害，都是桥梁结构无力承受自然环境因素的作用，导致桥梁结构失稳或失衡的结果。

（例如塔科马大桥的风震摧毁、杭州湾跨海大桥、舟山连岛工程（以金塘大桥为例）氯盐腐蚀问题及海洋灾害防治等。

）

（3）人类活动对桥梁环境的影响

主要包括河床过度或不合理采砂导致的桥梁破坏及河床泄洪能力下降（欣泽-里贝罗大桥，广东九江大桥撞船致毁事件）；山岭隧道的弃渣和生活区改河影响生态环境和桥梁安全；山区纵向桥或高架桥影响山区急流河槽水流等等。

（4）桥梁美学及人文景观因素的考虑

建筑是一种文化现象，反映人类文化意识是它的一种功能。

桥梁与其他类型的建筑具有共通的美学属性，能反映地方与社会的人文内涵。

在进行桥梁设计时，有意识地将人文内涵应用于方案中，并以合适的造型加以体现，能提升桥梁的景观品质，凸显桥梁的个性特征，使其真正成为地区标志。

随着人民生活水平的提高和经济发展，人们对周围自然环境有了更高的要求，桥梁要与自然环境相和谐，必然要加强桥梁美观设计，使得桥梁美学顺应历史发展。

桥梁景观总是与地景、城市景观相伴生，有时其复合景观意义更大。

（例如悉尼大桥与悉尼歌剧院的景观伴生成为悉尼甚至澳大利亚的标志；武汉长江大桥与与龟蛇两山的景观伴生一直为武汉城市的骄傲等。

）

1.案例一：

重庆朝天门大桥-城市环境与桥梁融合的典范

1.1.朝天门大桥的水文环境

重庆朝天门大桥水文环境是河床宽度570m，水深18m，洪水时最大表面流速4.07m/s，设计流量88700m3/s，由于洪水期河道中部普遍流速较大,若采用400m跨径的桥梁,其北岸主墩附近流速较大,接近4.0m/s,桥墩所引起的挑流对附近水流条件影响较大。

此外,主墩位于外石梁的延长线上,迎水面宽度较大,在汛期位于河道主流区,对流场有较大干扰,容易对通航安全构成影响。

由水文条件决定此处应设置大跨度的桥梁，减少桥墩对流场的影响。

1.2.设计方案比选

桥位处的地质条件为长江河流侵蚀地貌。

该段长江由南向北流，河谷走向与地质构造线走向近于一致。

地貌为壮年期河谷地貌，沿线出露地层为侏罗系中统沙溪庙组沉积岩层和第四系全新统松散土层。

两江岸均为岩质岸，土层厚度小，未见塌岸现象，不存在岸坡再造问题。

综上所述，场地不良地质现象不发育。

场地总体地势较平缓，区域构造作用轻微，未见滑坡、断层、崩塌、地面塌陷、塌岸、地表移动等不良地质现象。

地质条件有利于大跨径拱桥的建设。

根据三种方案的比选，最终选择546m的钢结构拱桥。

在桥址的选择上，充分考虑了与周边立交、轨道交通的连接。

距江北梁沱码头和港区较远，对港区作业和船只进出影响较小，南岸桥头线位远离武警医院，同时有位置设置锚旋;

下游桥轴线由于远离弹子石转盘中心区域,因此下游桥轴线的房屋拆迁量也较少。

1.3.外观设计

（1）在色彩设计上,主色调上进行突出的设计，彰显个性,合理运用较高的彩色度,并且彩色度要突出,不能乱,因此选择一种或两种颜色较好。

在桥的两岸多为高楼和树木,交相辉映的如果是杂乱无章的形态,就非常的不适合成为城市的标志性建筑,那么对于色彩的搭配,在主色调上不应该占用过多的成分。

周围色彩调查根据全方位的周围环境色彩调查,周围的环境主要的色彩,是以绿、黄色调的灰色系为主要范畴。

调查的过程是多次数、多角度的，要根据不同的季节进行分析,在朝天门大桥的周边，占据最主要范围的则是江面和天空，天色的改变意味着江面的色调。

同时北岸和南岸的色调也有着不同的倾向。

（2）灯光设计：

大桥景观工程采用点、线、面三种手法相结合来表现大桥夜景,主要光源由线形灯、轮廓灯、投光灯及桥铭牌灯组成,辅以路灯照明构成整个大桥景观工程。

在主拱上下弦采用大功率高亮度桥体轮廓灯点光源,间距4米,以点连线方式,表现主拱的轮廓。

在全桥上下桥面的桥身外侧,采用线形投光灯,连续布灯,以表现桥梁连接两岸的延伸性,同时表现出双层桥的空间层次感。

在主拱两侧的上下弦之间的桁架和主桥两侧上下桥而之间的桁架采用窄光束投光灯相向照亮桁架外立面,以表现桥梁整体的气势。

2.案例二：

舟山连岛工程-金塘大桥-恶劣海洋环境下的工程典范

2.1.金塘大桥的水文环境

舟山连岛工程金塘大桥位于舟山金塘岛与宁波镇海间的灰鳖洋海域，起点为金塘小岭（K28+957），在客运码头南约200m下海，跨越沥港水道、灰鳖洋，然后南偏前进至宁波镇海。

金塘大桥包含主通航孔桥、东通航孔桥、西通航孔桥、非通航孔桥、浅水区引桥、金塘侧引桥、镇海侧引桥，大桥长21.020km，建设规模巨大，气象、水文、地形、地质条件复杂，桥位处于海洋环境中，受海水侵蚀的问题突出。

金塘大桥气候恶劣，水文、地形、地质情况复杂，海水年平均温度17.3℃，年均含盐度2.56%，环境腐蚀类型为III类海水氯化物引起钢筋锈蚀的近海和海洋环境。

2.2应对海洋腐蚀采取的措施

（1）金塘大桥采用海工高性能混凝土，控制混凝土渗透性能，提高混凝土自身防腐性能。

海工高性能混凝土是目前最有效、最经济的防腐基本措施，以其良好的施工性能、密实性，较好的体积稳定性和抗裂性能在海洋环境下得到广泛应用。

（2）浪溅区混凝土掺加氨基醇类阻锈剂。

（3）预制和现浇墩身均使用透水模板布，降低氯离子扩散系数

（4）采用环氧钢筋

（5）索塔混凝土涂覆防腐涂层，其作用就是通过涂层隔离钢筋与腐蚀介质的接触来达到防腐的目的。

在钢筋表面涂层控制良好的情况下,涂层钢筋能有效地延缓钢筋锈蚀。

2.3.设计方案比选（结构、桥位）

就桥位选择而言，有同学提问了为何不能按照图中箭头指向的趋势进行设计，结合赵健凯同学与相关资料进行分析，我们就可以给出如下回答：

桥位选择的控制要素有金塘侧的沥港船厂，宁波侧的岸线规划及利用；锚地，七里锚地、金塘锚地；地物，高压电缆及塔架、陆军额油库及码头。

限制该同学所提出的桥位选择方案是金塘浦口港口，截止至今年12月8日，宁波舟山港金塘大浦口集装箱码头年吞吐量突破100万标箱，为了不限制该大型港口的使用，综合考虑之后才选用了实际方案。

就结构设计而言，金塘大桥设计之初共拟定了三种结构方案：

钢箱梁斜拉桥、混合梁斜拉桥、叠合梁斜拉桥，三种方案比较如下，最终敲定钢箱梁斜拉桥。

案例三：

人类行为对桥梁环境的影响-欣泽里贝罗大桥

3.1欣泽里贝罗大桥的水文环境

欣泽里贝罗大桥横跨伊比利亚半岛的多罗河自东向西连接Porto地区与Vila Nova de Gaia地区。

多罗河是伊比利亚半岛第三大河流，全长897km，流域覆盖很广，水流湍急，事实上，多罗在欧洲的凯特尔语系的意思是“水”。

水源补给海拔高度2157米，河段区平均高度0米，年平均流量700立方米，特大洪水流量17,000立方米。

3.2桥毁原因分析

2001年3月4日晚,欣泽•里贝罗灾难（也称为Entre-os-Rios灾难）发生，葡萄牙欣泽•里贝罗大桥倒塌,59人死亡,包括一辆公共汽车和三辆车穿越河滨。

最直接和主要的原因是长达20余年之久的无节制采砂，过度和不规则的人工采砂导致了改变天然河道形态，斜流股流集中冲刷，局部河段河床畸形下切。

（类似广东九江大桥撞船事件）无论上下游，采砂必定造成河道底部冲刷加剧，下游采砂，形成砂坑；上游水流将会夹带上游河床内泥沙填补，直接后果就是上游河床顶面降低，桥梁桩基础冲刷线下降，桩身受力区变小，桥体可能发生沉降或坍塌。

上游采砂，砂坑会导致水流形成涡流，局部改变水流方向，影响流速，进而增加桩周冲刷深度，影响桥梁稳定性。

过度采砂导致桥墩裸露甚至失稳的悲剧在我国也时有发生，2011年7月1日起施行的《公路安全保护条例》第二十四条规定：

“禁止在公路桥梁跨越河道上、下游的下列范围内采砂：

1）特大型公路桥梁跨越的河道上游500ｍ；下游3000ｍ；2）大型公路桥梁跨越的河道上游500m，下游2000m；3）中小型公路桥梁跨越的河道上游500m，下游100m。

4.总结与未尽事宜

由朝天门大桥与金塘大桥的案例分析可得出以下结论：

（1）城市桥梁设计时的环境因素并不仅限于水文和地质因素。

周边的交通设施、建筑功能、色彩氛围、邻近桥梁的桥型和色彩都是广义上的环境因素，在设计中都应该有合理的调查和考虑。

（2）对于桥位选址的“舍近求远”问题，桥位选址不单单是距离长短的考量，更重要的是要结合水文、地质、地物、经济等环境与非环境因素综合考量。

（3）对于桥柱冲刷的问题，事实上桥柱冲刷无法消除，不过，通过合理设置桥孔及其附属物，调冶构造物的使用（导流堤与导流坝等）可以有效预防；再结合检测手段，对潜在的桥墩过度的隐患及时治理，以防相似悲剧重演。

未尽事宜：

关于金塘大桥水文环境对比选方案决策的影响以及研讨会上同学提出的“清济大桥为何屡毁屡建？

”，网上所涉及资料甚少，遗憾的是，本次总结报告未能给出解答。

5.参考文献与资料

[1]桥梁的人文内涵，高宗余1,张　强2,龙　涛2（1.华中科技大学土木工程力学学院,湖北武汉430074;2.中铁大桥勘测设计院有限公司,湖北武汉430050），《桥梁建设》2006年第5期文章编号:

1003-4722（2006）05-0044–04

[2]桥梁环境刍议，魏华兵，朱颖彦，葛永刚，黄梅（湖北路桥有限责任公司，湖北武汉；中国科学院成都山地灾害与环境研究所，四川成都宝鸡文理学院，陕西宝鸡）15（4）:

688-701，《云南地理环境研究》2006年5月第18卷3期。

[3]桥梁与环境相互协调的重要性以及桥梁美学设计的要点，彭义强，福建省交通规划设计院

[4]桥梁美学价值体系研究[J].刘成,李丽,唐仁伟.四川建筑.2013（05）

[5]从南宁大桥初探桥梁美观设计，高明昌，（中铁第一勘察设计院集团有限公司桥梁隧道处西安710000）《建筑科学》2008（15）

[6]桥梁与环境-210152-第一次研讨.pptx

[7]桥梁与环境-217151-第一次研讨.pptx

[8]桥梁与环境-217152-第一次研讨.pptx

[9]桥涵水文第五版，高冬光、王亚玲编著第一章

[10]桥梁冲刷的超声检测技术，吴彪，哈尔滨工业大学-优秀硕士学位论文，2011年3月

[11]金塘大桥桥墩冲刷现状分析张继东，陈星宇，颜永先，范厚彬（浙江舟山跨海大桥有限公司，浙江舟山316000）浙江交通职业技术学院学报，第15卷第3期，2014年9月

[12]应限制在大型、特大型桥梁附近采砂，卓煌，人民政协报/2007年/7月/16日/第B01版民意周刊

**此外，学生还参考了曹宏斌、赵健凯、李维珍等其他同学的资料文案整理，所涉及的文献繁多，为节省篇幅，在此不额外列出。

时间2021.03.10

创作：

欧阳治