沈海高速公路復(fù)線福安至漳灣段工程跨河橋梁防洪影響評價

高 榕

(寧德市水利局，福建寧德 352100)

山區(qū)高速公路地形地質(zhì)復(fù)雜，河道眾多，橋梁隧洞總長占路線長度的比例較大。橋梁跨越河道，必會對河道行洪及河段涉水建筑物造成一定的影響，影響程度與跨河橋梁的布置角度、橋墩軸線與水流方向的夾角等有關(guān)。

在本工程防洪評價中，筆者通過對涉河橋梁的布置形式，分析其對河道泄洪的影響，并針對該橋梁建設(shè)對周邊產(chǎn)生的影響提出橋梁布置設(shè)計的整改意見。

1 工程概況

高速公路可研階段主要是針對公路路線進(jìn)行方案比較，無具體橋梁立面圖，因此評價人員必須先根據(jù)平面圖對沿線橋梁先進(jìn)行篩選，確定沿線哪些橋梁需要進(jìn)行防洪影響評價后，再由高速公路設(shè)計單位提供相關(guān)布置設(shè)計圖紙，這就是防洪影響評價的前期工作。

據(jù)此，根據(jù)《高速公路工程可研性研究報告工程圖表》，先對該段高速公路沿線涉河橋梁進(jìn)行現(xiàn)場踏勘，資料收集。對河道較窄的橋梁(河道寬度＜20 m)，要求橋梁設(shè)計單位在設(shè)計中必須采用直接跨越，橋墩不占用河道;對河道較寬、橋墩有可能會占用河道、且上游存在防護(hù)對象的橋梁，做好記錄后提交給橋梁設(shè)計單位，再由橋梁設(shè)計單位提供具體橋型布置圖。

本工程防洪評價所針對的穆陽1#、2#橋梁，位于寧德穆陽溪流域下游、梧溪村附近。擬建的穆陽溪大橋斜跨穆陽溪干流，穆陽溪1#大橋和2#大橋分別跨越主河槽，灘地修建路基連接兩段大橋(圖1)。

圖1 穆陽溪1#、2#大橋平面布置示意圖

2 橋型布置形式對河道泄洪安全的影響分析

2.1 防洪評價標(biāo)準(zhǔn)選擇

由于橋梁自身標(biāo)準(zhǔn)較高達(dá)300 a一遇，遠(yuǎn)高于橋梁所在河段可能影響對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)，因此防洪評價標(biāo)準(zhǔn)主要考慮周邊可能影響的對象(如防洪堤、省道和已建大橋)，并按目標(biāo)自身的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。根據(jù)GB 50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，工程分別采用10 a一遇和50 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價。

2.2 設(shè)計洪水

穆陽溪1#、2#橋橋址位于長潭水文站下游約4 km，控制流域面積相差僅1.4%。因此橋址以長潭站作為參證站，河段設(shè)計洪水采用水文比擬法移用長潭站成果。

2.3 糙率取用

根據(jù)現(xiàn)場河段特征以及《水力計算手冊》，綜合選用河道糙率，并采用1969年調(diào)查洪痕進(jìn)行驗證，糙率在0.035～0.065。

2.4 水面線推算

穆陽溪大橋軸線斜交于行洪斷面，并呈弧形跨越該段河道，將河道一分為二。故應(yīng)對1#、2#大橋和之間引橋占用情況進(jìn)行綜合評價?？紤]到引橋在1#橋址將河道分叉，河流在2#橋址下游匯合，擬定以下步驟進(jìn)行水面線推算。

1)對引橋路基建設(shè)后設(shè)計洪水水面線進(jìn)行推算。引橋左右兩條河流分別按初擬的分洪流量進(jìn)行水面線推算，將左右側(cè)河流水面線均推算至上游匯合斷面，并調(diào)整分配的流量，直至水位相等。

2)根據(jù)以上成果再進(jìn)行2#、1#橋橋墩的阻水要素分析，并進(jìn)行水位壅高計算。

3)根據(jù)橋梁水位壅高計算成果進(jìn)行建橋后水面線計算。按左右側(cè)河流各自推算至上游匯合處，若此斷面水位不相等，應(yīng)調(diào)整分配的流量，重復(fù)以上步驟直至水位相等。

4)工程建設(shè)前后設(shè)計洪水水面線差值即為建橋后水面壅高值。

經(jīng)計算50 a一遇洪水時左側(cè)過洪量僅占主河槽的9%左右，10 a一遇洪水時左側(cè)過洪量僅占主河槽的4%左右。

2.4.1 橋墩阻水要素分析

首先分析橋墩及路基占用天然河道的阻水要素:2#橋50 a和10 a一遇洪水時橋墩及路基占用天然河道行洪面積分別為17.5%和19.4%;K1+182位置50 a和10 a一遇洪水時橋墩及路基占用天然河道行洪面積分別為27.8%和26.5%;1#橋50 a和10 a一遇洪水時橋墩及路基占用天然河道行洪面積分別為14.6%和14.4%。

根據(jù)第(a)步驟，計算出引橋右側(cè)河道50 a一遇和10 a一遇洪水分別為4 870 m3/s和3 350 m3/s，并據(jù)此進(jìn)行引橋路基修建后橋墩占用右側(cè)主河槽的阻水要素分析。經(jīng)計算2#橋50 a和10 a一遇洪水時橋墩及路基占用右側(cè)主河槽行洪面積分別為14.8%和15.8%;1#橋50 a和10 a一遇洪水時橋墩及路基占用右側(cè)主河槽行洪面積分別為21.1%和20.4%。

2.4.2 橋梁壅水分析

大橋水位壅高采用公路、鐵道、水利3個部門的公式，即道布松公式、鐵路橋規(guī)范公式和華水橋差公式分別進(jìn)行計算。

方法1:道布松公式:

方法2:鐵路規(guī)范公式:

方法3:華水橋差公式:

經(jīng)以上3種方法計算:2#大橋50 a一遇洪水時水位壅高分別為 0.34、0.33、0.4 m;10 a 一遇洪水時水位壅高分別為0.27、0.26、0.28 m;1#大橋 50 a 一遇洪水時水位壅高分別為0.25、0.25、0.36 m;10 a 一遇洪水時水位壅高分別為 0.18、0.17、0.24 m。

3種方法的計算成果中道布松公式和鐵路橋規(guī)范公式較相近?？紤]到華水橋差公式更具體的考慮了項目的多孔橋墩側(cè)收縮系數(shù)和流速系數(shù)，亦更適合山區(qū)河道。故最終采用華水橋差公式計算成果為建橋后水位壅高值。

2.4.3 建橋前后水面線成果

經(jīng)水面線計算分析出穆陽溪大橋建橋前后的水位差:50 a一遇洪水時在樁號2#橋、K1+182、1#橋、K2+107位置，水位差分別為 1.76、2.5、1.74/2.1(2#橋下/橋上)、1.93 m;10 a一遇洪水時在樁號 2#橋、K1+182、1#橋、K2+107位置，水位差分別為1.61、1.94、1.35/1.59(2#橋下/橋上)、1.43 m。

2.5 分析與評價

本項目建設(shè)后50 a和20 a一遇洪水時壅水最高分別達(dá)2.5、1.94 m。分析原因主要是由于2#橋及路基占用河道后，主流偏向右岸，并在2#橋位置形成卡口段，2#橋在50 a一遇洪水時河道寬度由457.3 m束窄至124.2 m(束窄率高達(dá)70%)，因此引起上游水位劇增，對周邊設(shè)施帶來嚴(yán)重影響。

3 結(jié)論與建議

1)通過本文分析，在高速公路建設(shè)過程中，對橋梁的布置方案中，涉及到河道交叉、分叉等特殊河段，因河道有較寬闊的河灘地等，橋梁布置容易受現(xiàn)狀河道貌似寬闊影響，踏勘期間現(xiàn)場又無明顯洪水威脅，容易忽略高程較高的河灘地在設(shè)計洪水來臨時，對泄洪行洪也能起到很大的分流作用，因此造成橋梁布置上易憑現(xiàn)場主觀印象、選擇造價較低的路基方案，卻產(chǎn)生了較大的阻洪影響，不利于河道及兩岸防洪。因此對這些路段進(jìn)行防洪影響評價、優(yōu)化橋梁布線設(shè)計方案、降低洪水影響、避免人為建設(shè)不合理造成洪災(zāi)，是非常重要和必要的。

2)高速公路在可研階段，還沒有形成具體的橋型布置方案，水利部門防洪影響評價單位在對橋梁布線進(jìn)行防洪影響分析時，必須要由橋梁設(shè)計單位提供高速公路初測設(shè)計中通過審查了的方案，而水利部門的防洪影響評價的批復(fù)卻又是橋梁部門初測設(shè)計、審查的依據(jù)。因此相互間在相關(guān)工作次序上存在矛盾及相互牽制的因素。而且由于橋梁路線的可變性，方案變化大，即使是可研與初測方案，建設(shè)過程均可能存在較大變化，因此當(dāng)評價橋梁的規(guī)模、結(jié)構(gòu)型式、斜跨夾角和地點(diǎn)有較大變動時，應(yīng)重新進(jìn)行防洪影響評價，并報水行政主管部門審批。

3)隨著涉河橋梁建設(shè)的增多，建橋不當(dāng)引起河道行洪不暢的情況時有發(fā)生，但國家有關(guān)部門尚未制定涉河橋梁的水利技術(shù)規(guī)定。設(shè)計允許的橋梁壅水高度和橋梁占過水?dāng)嗝婷娣e，是橋梁防洪影響評價中需考慮的兩項指標(biāo)。山區(qū)性河道洪水暴漲暴落，允許的橋梁壅水高程和橋梁占過水?dāng)嗝婷娣e可適當(dāng)大些。為防止建橋不當(dāng)對水利的負(fù)面影響，應(yīng)對跨越各級堤防橋梁的阻水面積百分比和橋墩阻水引起的最大壅水高度進(jìn)行控制。

4)河流高、中低水位的流向、流速時常是不一致的，因此要求橋梁軸線與各種水位主流正交有時是不可能的，中、高洪水的造床作用和對兩岸堤防(岸)的影響較低水位時大，因此橋梁軸線宜與中、高洪水時的流向正交或交角不宜過大，以提高泄洪能力，避免橋墩的挑流對堤防(岸)的沖刷。因各種自然因素影響，橋梁軸線與水流流向斜交時，應(yīng)加大橋梁跨度，將橋墩軸線盡量設(shè)計成與水流流向平行。

［1］武漢大學(xué)水利水電學(xué)院.水力計算手冊:第二版［K］.北京:中國水利水電出版社，2006.

［2］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTJ 062－91公路橋位勘測設(shè)計規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，1992.

［3］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).TB 10017－99鐵路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，1999.