堤防高度对桥梁布置的影响及相关公式

横断面的高度取决于两岸堤防的堤身高度。堤身一般指临水、背水堤脚线之间地面以上建筑的挡水体。堤防高度简称堤高，指从清基后的原地面算起到堤顶的高度（图7.5-12）。

图7.5-12　堤防各部位名称

7.5.4.1　堤顶高程计算

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286—2013），河道堤防设计堤顶高程要满足设计洪水位加堤顶超高，堤顶超高根据计算值和工程经验确定。

堤顶超高按式（7.5-4）计算。

式中　Y——堤顶超高，m；

　　　R——设计波浪爬高，m；

　　　e——设计风壅水面高度，m；

　　　A——安全加高，m。

设计波浪爬高常按式（7.5-5）计算。式（7.5-5）的适用条件是斜坡坡率1.5～5.0，

/L≥0.025。当条件不适用时，可以采用堤防规范上列出的其他公式。

式中　Rp——累积频率为p的波浪爬高，m；

　　　KΔ——斜坡的糙率及渗透性系数，根据护面类型选用；

　　　KV——经验系数，可根据风速、堤前水深、重力加速度的值选用；

　　　Kp——爬高累积频率换算系数；

　　　m——斜坡坡率，适用范围1.5～5.0；

　　　——堤前波浪的平均波高，m；

　　　L——堤前波浪的平均波长，m。

设计风壅水面高度可按式（7.5-6）计算。

式中　e——计算点的风壅水面高度，m；

　　　K——综合摩阻系数，可取K=3.6×10-6；

　　　V——设计风速，按计算波浪的风速确定。设计风浪的计算风速可采用历年汛期最大风速平均值的1.5倍；

　　　F——由计算点逆风向量到对岸的距离，m；

　　　d——水域的平均水深，m；

　　　β——风向与垂直于堤轴线的法线的夹角，（°）。

风浪要素按式（7.5-7）、式（7.5-8）计算确定，波长L按式（7.5-9）计算。

式中　——平均波周期，s；

　　　g——重力加速度，m/s2；

式中其余符号同前文。

河流一般较长，沿程自然条件会发生变化，堤身走向也可能变化，风浪计算值也在变化。因此一般按堤防的级别、材料和河段特性，分段定出堤顶超高值。

7.5.4.2　堤防高度讨论(www.xing528.com)

1.堤顶超高

堤顶超高由安全加高、设计波浪爬高和设计风壅水面高度组成。

堤防工程设置安全加高值的原因主要有三点：①水文分析中观测资料系列的有限性，从而带来的计算水位偏低的误差；②河道冲淤变化。河道可能淤积，带来设计河底的加高；③堤顶磨损和风雨侵蚀，会使堤顶降低。安全加高值按表7.5-4取值。1级堤防重要堤段的安全加高值，经过论证可适当加大，但不得大于1.5 m。山区河流洪水历时较短，可考虑适当降低安全加高值。常见的河堤、湖堤、城市堤防一般是不允许越浪的堤防。设计人员有时想按越浪堤防取安全加高值，以降低城市堤防高度，那么应当按越浪堤防进行结构设计，对堤防的防冲和越堤洪水进行妥善处理。

表7.5-4　堤防工程的安全加高值

波浪计算公式为莆田公式，该公式对海岸、湖泊、水库的精度较对河道的计算偏差小。公式中的风速为水面上10m高度处自计10min的平均风速，陆地上测得的风速需要转化成水面上的。计算风向为一般选择向岸中风速较大、风区较长的方位作为计算主风向。在城市中，受高大建筑的影响，城市的风速、风向会与乡村的相比，有较大的变化。这些分析资料在城市河道设计中并不容易获得。所以类比当地经验，就显得很有价值。对于城市小型河道，风壅高度往往在50mm以下，可以忽略不计。

堤顶超高设计中需要注意预留沉降。安全加高不含施工预留的沉降加高；设计确定的堤顶高程不同于工程施工完成时的高程。一般要预留3%～5%后期沉降。当堤防处于区域沉降量较大的地区，例如煤矿采空区和软基地区，可适当增加预留沉降量。

当土堤临水侧堤肩设有稳定、坚固的防浪墙时，防浪墙顶高程按堤顶高程计算，但土堤顶面高程应高出设计水位0.5m以上，主要是浸润线之上要有一定厚度的干燥土层。若堤防为心墙、斜墙结构，防渗体顶面宜高出设计水位0.5m以上。

当河流有弯道且曲率半径较小时，要考虑弯道水流引起的水面横向坡度，凹岸的堤防超高要加上计算出的弯道超高。

有时河流两岸的防洪标准是相同的，或者近期只能按相同标准实施，但一岸保护对象又显得比另一岸重要，这时两岸堤防可以取不一样的超高，一岸超高大于另一岸约0.5m。

堤顶超高的选取和各地的经验有关，不仅仅是个计算值。建议根据计算值、当地经验和类似工程经验选取，选取时可以取整数到10cm级。一般的，堤顶超高取值1级堤防约2.5m，2级堤防约2.0m，3级堤防约1.5m，4级、5级堤防约1.0m。表7.5-5列出了我国部分流域河流湖泊的堤防超高值。

表7.5-5　我国部分流域堤防超高值表

2.堤高对桥梁的影响

堤防高度对桥梁布置影响很大（图7.5-13）。堤防加高后，在满足规范对纵坡要求的情况下（表7.5-6），会加大桥梁长度，增加桥梁造价，同时对滨河交通路网布置和行车舒适性带来不便。堤防高度增加与桥梁投资增加的关系可以用式（7.5-10）和式（7.5-11）估算。

表7.5-6　桥梁最大纵坡坡度[76]

图7.5-13　堤防高度对桥梁布置的影响

式中　ΔL——桥梁坡道水平长度增加值，m；

　　　ΔH——堤防高度变化值，m；

　　　m——桥梁坡道坡度；

　　　ΔF——桥梁增加投资，元；

　　　B——桥梁宽度，m；

　　　C——桥梁每平方米造价，元/m2，根据桥梁类型、规模而变化。

3.适宜堤高

城市河流堤防过高，会带来以下诸多不利影响：

（1）堤防越高，挡水越高，安全风险越大。从这个角度看，水面线控制在地面之下，堤防只起防浪作用时较好。

（2）堤防越高，对城市的隔离作用越明显；越来越高的隔离墙会使滨河景观的效果会越来越差。

（3）堤防越高，对水陆间的生态分离作用越强。堤防使水陆缓冲带对地表漫流的渗蓄净化作用完全消逝，因此最好没有堤防。

（4）堤防越高，跨河建筑物则变高变长，投资越高。

（5）堤防越高，市政自流排水越困难。堤防越高，意味着水面线越高；如果涝水与洪水的遭遇概率大，涝水会无法自排，需要设置泵站抽排，支流口需要设置节制闸防止洪水倒灌，这些都会增加投资。

然而，受限于历史留下的城市滨河环境条件，不设堤防常常只能是理想状况。当必须布置堤防时，建议尽量控制堤高在2.5m以下，此时堤防挡水深约为1m，防洪风险不大，桥梁布置难度适中，滨河景观较易处理。