杨纪（1979—），男，湖北荆州人，高级工程师，从事桥梁设计工作

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1 研究背景

1.1 黄河凌情及其对黄河大桥的危害

1.1.1 黄河凌情概况

黄河干流自上而下均存在不同程度的凌情，上游宁蒙河段由低纬度流向高纬度，冬季气温上暖下寒，封河自下而上，开河自上而下。在封河期，由于下游先封河，上游流凌易在封河处堵塞，造成冰塞壅水漫滩；开河期，上游先开河，大量的冰、水拥向还处于封冻状态的下游河段，极易在弯曲、狭窄河段卡冰结坝，壅高水位，造成凌汛灾害。中游河段凌情自上而下逐渐减轻，凌情较严重的河段主要为河曲河段和小北干流（禹门口至潼关）河段。下游河道上宽下窄，排洪能力上大下小，且黄河在兰考折向东北，造成山东窄河段凌汛期先封河后开河，加之窄河段排凌能力较宽河段小，历史上在封开河期常形成冰塞冰坝，壅高水位威胁两岸防洪安全。1999年小浪底水库运用以来，因小浪底水库防凌作用和科学的防凌调度，下游河段凌情有所缓解。

1.1.2 冰凌对黄河大桥的危害

冰凌之所以对大桥安全威胁较大，其原因是桥墩结构以传递竖向荷载为主，其受力特性为竖向承载力较强、水平承载力较弱，当发生凌汛时，冰块从桥墩侧面撞击或挤压墩身，墩身侧面承受冰压力荷载，从轴压受力状态转变为偏压受力状态，容易使墩身开裂或坍塌（见图 1）。

历史上因冰凌造成的桥梁安全事故屡见不鲜，如建于1955年的京包线妨水河铁路大桥，冰凌期长达4个月，流冰期半个多月，先后在1956年和1967年两次发生冰凌破坏，共11个桥墩被剪断；1962年黄河冰凌形势严峻，河内巨大的冰排顺流而下，流经包头至兰州某铁路大桥时撞击桥墩，使桥身产生很大的震动，有关部门釆用爆破方式将上游的成堆冰排炸开，碎冰顺流而下，才使得大桥脱离险情[1]。

图1 桥墩破坏情况

1.2 防凌设计存在的问题及应对措施

1.2.1 防凌设计存在的问题

（1）对凌汛危害认识不统一。黄河大桥遍布整个黄河流域，参建的业主、设计、施工等单位众多，对凌汛危害重视程度和认识不统一。部分设计师认为随着大气持续变暖，冰凌的不利影响不断消弱。且小浪底、刘家峡、三门峡等大型水库使凌汛得到了较好的控制，工程上不必做额外的防凌措施。也有设计师虽然认为有必要设置防凌措施，但对于流冰水位的认识不足，没有一套行之有效的实地调查、理论计算的规范、流程，仅靠个人经验及当地习惯随机调查、取值。同一地区不同单位设计的黄河大桥，经常出现防凌措施不统一的情况，甚至相距不远的两座桥，一座设置了防凌设施，另一座却没设。

（2）各行业规范中防凌标准不统一。流冰水位和冰压力是控制防凌设计的两个关键参数，对桥梁的安全性、造价起着至关重要的作用。防凌设计的关键就是这两个参数的选取。

目前铁路、公路、水工规范关于墩柱的冰压力计算的规定不一。铁路规范虽然列出了5种冰压力的类别，但未详细规范其计算方法；公路规范仅对冰堆静压力做出了具体的规定；水工规范中仅规定了动冰压力及温升导致的静冰压力。

三类规范中对流冰水位的规定都较为笼统，没有较为系统的设计方法和设计流程指导大桥的防凌设计。一方面，设计单位往往根据查阅资料、现场调研及个人经验等确定流冰水位，导致不同单位、不同设计人员确定的流冰水位相差较大，进而导致冰压力计算结果相差甚远。因此，在缺乏权威部门确认流冰水位的背景下，冰压力的取值往往难以令人信服。另一方面，不同行业对凌情侧重点不同，规范中建议的计算方法也不尽相同，因而冰压力取值也就不尽相同，这样设计时可能会遗漏某些工况，增加桥梁结构度凌时的安全风险。

1.2.2 对策与措施

鉴于冰凌危害以及设计现状，笔者认为应尽早采取规范防凌设计流程、规定流冰水位的取值方法、统一冰压力计算方法等措施，对黄河大桥的防凌设计进行规范。特别是流冰水位作为关键性参数，往往控制黄河大桥的下部结构防凌设计，如能随黄河大桥防洪影响评价报告一起报送河务部门审批，则可为黄河大桥的建设提供关键的数据支撑，保证大桥的防凌安全。

2 黄河大桥防凌设计流程

目前防凌设计没有规范的设计流程，笔者根据自己十余年黄河大桥设计经验，整理了黄河大桥防凌设计的流程，见图2。

文章来源：《黄河之声》 网址: http://www.hhzszz.cn/qikandaodu/2021/0626/1372.html