有水庫(kù)控制的河流橋梁計(jì)算方法淺析

任淑加

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

1 概述

呼蘭河大橋是綏化至北安高速公路綏化至通肯河段的一座重要大橋，在綏化市與望奎縣之間跨越呼蘭河干流。呼蘭河是松花江較大支流之一。橋位與上游的秦家水文站之間的河段上有呼蘭河的支流諾敏河(包括其支流克音河)匯入，所以，橋位以上的流域面積應(yīng)為秦家水文站控制的流域面積與諾敏河全流域面積之和，即9 809+5 328 km2=15 137 km2。

在橋位下游約10 km處望奎縣衛(wèi)星鎮(zhèn)附近的呼蘭河段上有一座建于20世紀(jì)90年代的綏望呼蘭河大橋。該橋跨徑組成為16×35 m，全長(zhǎng)566 m。該橋設(shè)計(jì)洪水頻率為100年一遇，與本橋相同，其橋長(zhǎng)可作為確定本橋長(zhǎng)度的參考。

經(jīng)水利部門調(diào)查，呼蘭河流域本橋位上游秦家水文站自1911年以來(lái)，先后發(fā)生過(guò)1911年、1914年、1985年、1945年、1962年及1961年洪水，洪水流量數(shù)據(jù)及重現(xiàn)期見表1。

表1 歷史洪水成果表

由表1可知，1911年是近百年以來(lái)第1位大洪水，其重現(xiàn)期95年一遇，非常接近100年一遇，所以，在確定本橋100年一遇洪水流量時(shí)，應(yīng)大于1911年的流量才是合理的。

橋位附近河道情況。

橋位附近河道為平原區(qū)寬灘性河流，河灘地勢(shì)低洼，洪水汛濫寬度較大，大洪水時(shí)河灘流量約占60%以上。河槽平均寬50～80 m，最寬處達(dá)170 m，河床粒徑組成為細(xì)、中砂，平均粒徑約5 mm;岸邊及灘地為細(xì)砂、粉質(zhì)亞粘土?？傮w上來(lái)看，無(wú)論主槽還是灘地，抗沖能力均較差。

2 設(shè)計(jì)流量計(jì)算

(1)計(jì)算依據(jù)。

依據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，本次設(shè)計(jì)路線為高速公路，大橋按100年一遇洪水頻率進(jìn)行水文孔徑計(jì)算。

(2)設(shè)計(jì)流量推求的方法。

首先采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法對(duì)秦家水文站的流量系列進(jìn)行流量—頻率分析，然后適線法求出該站100年一遇的流量。本次計(jì)算結(jié)果采用該站不連續(xù)的長(zhǎng)系列計(jì)算結(jié)果，并經(jīng)兩次適線求得該站100年一遇的流量Q=4 309 m3/s(詳見“秦家水文站不連續(xù)系列數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析1911年～2004年經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算成果及理論曲線計(jì)算成果表)。其中第二次適線后的經(jīng)驗(yàn)頻率與理論頻率曲線吻合程度較好，推求的100年一遇流量大于1911年的歷史洪水流量，因而是合理的(詳見頻率曲線圖)。

表2 理論頻率曲線及流量成果表(第一次適線)

P/% 1 2 5 10 20 50注5.55 4.56 3.29 2.37 1.51 0.56 Qp/(m3/s) 4309 3842 2772 1997 1273 472統(tǒng)計(jì)參數(shù) Cr=1.14 Cs/Cr=2.5 Cs=2.85Q=842.5(m3/s)Kp采用值

(3)設(shè)計(jì)流量的計(jì)算與確定。

利用流域面積比擬法按下式將水文站100年一遇的流量轉(zhuǎn)換到橋位(或水文計(jì)算斷面)的相應(yīng)設(shè)計(jì)流量。

式中:Q1、F1為橋位處設(shè)計(jì)流量和流域面積;Q2、F2為水文站處100年一遇的流量和流域面積;n為流域面積指數(shù)。

采用上式計(jì)算的100年一遇的流量作為本橋的設(shè)計(jì)流量，并以此作為推橋孔長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)流速、設(shè)計(jì)水位及其他所需資料的依據(jù)。

(4)設(shè)計(jì)水位和設(shè)計(jì)流速的推求。

根據(jù)橋位斷面或水文計(jì)算斷面上水位高度與流量之間的關(guān)系，利用水文計(jì)算軟件直接求出設(shè)計(jì)流速和設(shè)計(jì)水位。其中斷面上各級(jí)水位下的流量和流速按滿寧公式Q=VW(m3/s)及V=mh2/3i1/2分別求算，再根據(jù)采用的100年一遇的設(shè)計(jì)流量及求出相應(yīng)的設(shè)計(jì)水位和設(shè)計(jì)流速如下

3 橋孔長(zhǎng)度計(jì)算

(1)舊橋類比法。

本橋位下游約10 km處呼蘭河上有一座綏化至望奎公路舊橋，建于20世紀(jì)90年代，設(shè)計(jì)洪水頻率與本橋相同，均為100年一遇。該橋橋孔凈長(zhǎng)為15×35 m=525 m，本橋不應(yīng)小于此長(zhǎng)度。

(2)公式計(jì)算法。

采用寬灘河段單寬流量公式

考慮到橋軸線與洪水流向有80°的交角，因此橋孔凈長(zhǎng)應(yīng)大于500 m。

3.1 橋前雍水高度控制法

按水利部門的防洪要求要求，本橋的橋前雍水高度應(yīng)在0.35 m左右，此時(shí)橋孔凈長(zhǎng)應(yīng)為16×35 m=560 m。

3.2 橋孔長(zhǎng)度的采用

綜合以上計(jì)算結(jié)果，參照舊橋長(zhǎng)度并結(jié)合橋前雍水高度及河道水流方向，橋長(zhǎng)采用16×35 m=560 m。