一次大洪水对基础造成“不可思议”的冲刷后思考

引言

暴雨洪涝，近期多地出现了严重的灾害，网络中也有很多灾害的照片。本次思考，源自一次大洪水对桥梁基础的冲刷影响。

图1  一次大洪水对该桥梁基础的严重冲刷

图2  一次大洪水对桥梁基础所造成的冲刷情况和河底情况

本次大洪水，冲刷断面很明显，冲刷深度也可与洪水前进行直接对比，几乎整个河槽断面冲刷深度都在3～8m。

有关规范

1）《1000kV架空输电线路勘测规范》

18.0.9条，“在河槽及河滩立塔时，应查勘、搜集洪水期间……滩槽的冲淤变化，一次洪水最大冲刷深度，并应分析计算塔位处与设计洪水相应的垂线平均流速、天然冲刷深度与局部冲刷深度。”

18.0.13条，“提供内涝区100年一遇内涝水位或历史最高内涝水位、5年一遇内涝水位或常年内涝水位及持续时间。水中或滩地立塔时，应提供塔位处垂线平均流速、最大冲刷深度、漂浮物种类和大小等水文分析计算和调查成果。”

19.4.3条，岸滩冲刷调查，需进行纵向冲刷与横向冲刷调查，其中在纵向冲刷调查的内容中要求“河床历年最大一次冲刷深度、附近水工建筑物基础的冲刷特点、冲刷原因与相应洪水特性。”

21.1.2条，水中立塔塔基冲刷应包括自然演变冲刷和局部冲刷。

 2)330kV~750kV 架空输电线路勘测标准（2018版）

图3  一般的线路塔位的冲刷由三部分叠加确定

3）《220kV及以下架空输电线路勘测技术规程》

6.4.2条，对于河中立塔，需调查杆塔基础天然冲刷深度。

10.4.7条，应调查大洪水年份线路跨越处的断面冲淤变化或最大冲刷深度。

12.2.2条，在行洪范围内立塔，塔位处可能出现的最大天然冲刷深度可按下列方法确定：

1）搜集与调查跨越段或上下游邻近河段一次洪水最大冲刷深度。

2）根据上下游邻近河段水文站实测最不利断面或特大洪水的冲刷断面与洪水前的断面资料比较，确定最大天然冲刷深度。

3）通过上述调查与实测的天然冲刷深度，可根据河床演变分析与河道发展趋势的预测移用到跨越处。

4）小结

线路塔位等构筑物，对过流断面影响较小的，可不考虑一般冲刷，只需考虑局部冲刷深度和自然演变冲刷深度。

思考

假设1：有塔位基础将设在图1、图2中这条河道的河滩上，调查的最大天然冲刷深度就是图1和图2这种情况，河道一次大洪水整个河道断面冲刷深度3-8m，塔位处附近在该次洪水中的最大冲刷深度约5m，河底高程明显下降。大洪水期间洪水没过桥梁的桥面。

假设2：根据现状（冲刷后）地形条件和有关地质等资料，分析计算塔位基础的局部冲刷深度约0.6m。

问题：塔位处的总冲刷深度取多少？

思路A：

直接将河道最大冲刷深度8m，加上塔位基础局部冲刷深度0.6m，得到结果8.6m。按该冲刷深度考虑后，不做防冲刷设施。

思路B：

直接将调查塔位处最大冲刷深度5m，加上塔位基础局部冲刷深度0.6m，得到结果5.6m。按该冲刷深度考虑后，不做防冲刷设施。

思路C：

经过本次严重冲刷后，河底软石多，原土层中的细小粒径均被洪水裹挟带走，只是剩下较大粒径的，后在同样的水流条件下，不会被冲刷如此严重，因此不能直接套用调查的最大冲刷深度5m，本次结合经验等，折减按后期天然演变冲刷深度2.5m考虑，再加上塔位基础局部冲刷深度0.6m，得到结果3.1m。按该冲刷深度考虑后，不做防冲刷设施。

思路D：

河道调查的最大冲刷深度，包含了对塔位的局部冲刷的综合影响情况，因为如调查的最大冲刷深度8m，是包括了局部冲刷的影响的。为此在A、B、C三种思路中，均不再加局部冲刷深度情况。

思路E：

基础四周设防冲刷设施，不考虑天然演变冲刷、局部冲刷，冲刷深度取0m。

思路F：

目前的防冲刷设计方案，如果遭遇类似图1和图2这样的整个河道断面严重冲刷的情况，防冲刷措施可能失效，只是在冲刷的前段时间能减缓冲刷情况，但当防冲刷措施被冲毁后，由于塔位基础相较于周边的被冲刷情况，属于明显突出裸露区域，洪水对其的冲刷更为严重，后半段时间则冲刷加速，在洪水持续时间较长的情况下，达到基础附近被冲刷情况与附近河底被冲刷情况接近的状态。也就是说，在大洪水期间，也就是基础防冲刷如按百年一遇等较高标准的洪水来考虑，则应考虑天然演变冲刷和局部冲刷，取A、B、C中的思路与结果，同时要求做防冲刷设施。

亲，您觉得上述的思路，哪些是不靠谱的呢？哪些思路是符合实际的呢？诚邀您的解答。

摘选几张冲刷的图片：

图4  桥梁基础受冲刷示例1

图5  桥梁基础受冲刷示例2

图6  桥梁基础受冲刷示例3

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图7 水流冲刷示意图

图8  基础的防冲刷示意图

塔位基础的冲刷，是非常复杂的问题，笔者参与的项目中，某些塔位基础直接处于堤防上，那么这时候的冲刷又是怎么考量呢？（属于冲刷问题吗？）

图9  塔位处于堤防上该如何考虑冲刷深度呢？

1）和堤防的防洪、防潮浪等级有关，比如是10年一遇，那么是不是需要考虑全溃？比如是30年一遇，半溃？50年一遇，局部破口？100年一遇，嗯，与架空线路塔位的防洪标准一致，不考虑堤防溃破？

2）在堤防临水侧的A、B、C、D设塔位的防冲设施，来保护塔位基础的防冲安全？然后不考虑塔腿位置的冲刷深度。

3)如果能与堤防同步建设，那么对堤防的堤脚C及其附近30m距离进行结构加固设计。

4）如果是已建堤防，那么塔位的基础如何考虑冲刷深度，可以考虑是0m吗？因为对于现有的天然演变冲刷和局部冲刷，是可以不考虑的，而是按照溃堤的情况来考虑？

一般输电线路的杆塔基础的局部冲刷深度套用公式如下：

亲，您觉得对于塔位设在已建或待建堤防上的情况，哪些是不切实际的呢？哪些思路是符合实际的呢？诚邀您的解答。

笔者结合近期河南等地暴雨洪水对基础的冲刷影响，觉得较大洪水的持续时间影响很大，比如局部冲刷深度，一样的流量、流速、水深、河床粒径等，如果较大洪水的持续时间较大，也就是水流流速超过冲止流速的持续时间长，对基础附近的冲刷影响也就大，才会形成类似图1和图2整个河床断面3-8m的冲刷情况。如果是持续时间较短的洪水，由于高速水流的作用时间有限，冲刷的深度也就有限。为此笔者认为，对于河道中较好的冲刷公式，是不是有一个持续时间的概念会更好？（当然，有些读者可能认为天然演变冲刷都涵盖了很长久的时间，最大一次洪水的调查天然演变深度也涵盖了洪水持续时间的影响，那您是这么认为的吗？）

致谢