省道S202蕭濉新河大橋防洪評(píng)價(jià)

楊保達(dá), 范玉明

(1.宿州水文水資源局，安徽 宿州 234000；2.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 231603)

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省道S202蕭濉新河大橋防洪評(píng)價(jià)

楊保達(dá)1, 范玉明2

(1.宿州水文水資源局，安徽 宿州 234000；2.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 231603)

文章對(duì)改建蕭濉新河大橋橋址河段進(jìn)行不同頻率水文計(jì)算、橋前壅水計(jì)算、橋下沖刷計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析評(píng)價(jià)橋梁改建后對(duì)防洪的影響以及洪水對(duì)橋梁自身安全影響，并提出相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

蕭濉新河大橋；防洪評(píng)價(jià)；措施

橋梁上部連續(xù)板懸臂翼緣板底出現(xiàn)多處大面積混凝土剝落、鋼筋外露、銹蝕，面積達(dá)0.8m×0.8m；整體板跨中底板出現(xiàn)橫向裂縫，其中多數(shù)橫向貫通；各跨整體板板底大量蜂窩麻面，后期經(jīng)過(guò)修補(bǔ)；底板局部有鋼筋外露、銹蝕；另外，車(chē)輛通過(guò)時(shí)，整體板振動(dòng)較為嚴(yán)重；0號(hào)橋臺(tái)右側(cè)側(cè)墻存在1條從整體板板端向臺(tái)后斜向45°發(fā)展裂縫，長(zhǎng)度在2.0m左右，寬度最寬達(dá)5mm；其余橋臺(tái)外觀尚好；混凝土橋面鋪裝外業(yè)期間經(jīng)過(guò)修復(fù)，目前狀況良好；伸縮縫為雜物堵塞，喪失伸縮功能；防撞護(hù)攔存在較多的豎向裂縫，局部表面鋼筋外露、銹蝕。為保障交通及橋梁安全，擬對(duì)橋梁改建，即留用老橋(左幅)，擬建新橋(右幅橋)，新橋梁中心線與老橋(左幅橋)中心線平行，橋梁全長(zhǎng)233.40m。

1 防洪評(píng)價(jià)計(jì)算

1.1 水文分析計(jì)算

蕭濉新河橋橋址處河道水位、流量除受流域降水徑流因素影響外，還受上、下游水利工程控制運(yùn)用影響，水文情勢(shì)復(fù)雜。本文設(shè)計(jì)流量根據(jù)《安徽省淮北地區(qū)除澇水文計(jì)算辦法》推求，設(shè)計(jì)水位由《淮北市中小河流治理規(guī)劃報(bào)告》中的有關(guān)分析成果推算。

(1)設(shè)計(jì)流量。橋址斷面位于蕭濉新河后黃里斷面上游約2.5km，根據(jù)《安徽省淮北地區(qū)除澇水文計(jì)算辦法》，采用100年1遇設(shè)計(jì)暴雨和經(jīng)驗(yàn)公式Q=0.026RF0.75推求設(shè)計(jì)流量，修峰系數(shù)取0.75，經(jīng)分析計(jì)算，橋址斷面100年1遇設(shè)計(jì)流量為710m3/s，分析計(jì)算成果如表1所列。

表1 橋址斷面100年/遇設(shè)計(jì)流量計(jì)算成果表

(2)設(shè)計(jì)水位。橋址處設(shè)計(jì)水位根據(jù)《淮北市中小河流治理規(guī)劃報(bào)告》中蕭濉新河后黃里斷面設(shè)計(jì)水位上推算。根據(jù)后黃里斷面設(shè)計(jì)水位和河道比降，求得橋址處5年、20年1遇設(shè)計(jì)洪水位分別為：32.19m、34.43m。

根據(jù)50年、100年1遇設(shè)計(jì)流量，由河段比降、河床糙率及河道斷面資料，采用曼寧公式推求，中泓糙率采用0.025，灘地糙率采用0.0325，河道比降采用0.01%。

經(jīng)計(jì)算，橋位處50年、100年1遇設(shè)計(jì)洪水位為35.07m、35.92m。不同頻率設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算成果表2所列。

注：表中50年、100年設(shè)計(jì)水位按照兩岸堤防向上延伸、認(rèn)為洪水堤內(nèi)行洪推算。

1.2 壅水分析計(jì)算

(1)橋下過(guò)水面積計(jì)算。根據(jù)《橋渡水文》，橋下過(guò)水面積計(jì)算公式為：

(1)

(2)

(3)

其中，wx為橋下需要過(guò)水面積，等于天然河道設(shè)計(jì)水位下過(guò)水?dāng)嗝婷娣em2，wg為橋下供給面積，為設(shè)計(jì)水位以下河床以上扣除前端投影擋水部分的凈過(guò)水面積(m2)；wd為橋墩阻水投影面積總和；Qp、Vp分別為設(shè)計(jì)流量，m3/s、設(shè)計(jì)流速(m/s)；η為橋墩水流側(cè)向壓縮系數(shù)，取值范圍為0.85～1.0，當(dāng)橋孔跨徑大于50m時(shí)，η=1；α為橋梁軸線的法線與水流方向的夾角；P為沖刷系數(shù)。橋下過(guò)水面積及沖刷系數(shù)的計(jì)算成果如表3所列。

從表3計(jì)算結(jié)果可知，大橋建成后遇不同頻率洪水，橋下沖刷系數(shù)均小于允許沖刷系數(shù)1.4，說(shuō)明本大橋橋墩設(shè)計(jì)布置符合相關(guān)技術(shù)規(guī)定要求。

表3 蕭濉新河大橋橋下過(guò)水面積及沖刷系數(shù)計(jì)算表

(2)壅水計(jì)算。壅水高度采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

(4)

(5)

經(jīng)計(jì)算，蕭濉新河大橋5年、20年、50年、100年1遇洪水條件下，橋前壅水高度分別為0.010m、0.014m、0.018m、0.019，壅水曲線長(zhǎng)度分別為200.0m、280.0m、360.0m、384.0m。

蕭濉新河大橋橋前壅水高度及長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果如表4所列。

表4 蕭濉新河大橋橋前壅水高度、壅水曲線長(zhǎng)度計(jì)算成果表

1.3 沖刷分析計(jì)算

根據(jù)蕭濉新河橋橋位處地質(zhì)勘探資料，橋位處河床質(zhì)組成為粘性土，根據(jù)《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ062-91)推薦的橋下一般沖刷和局部沖刷計(jì)算公式，對(duì)不同頻率洪水條件下河道沖刷進(jìn)行分析計(jì)算。

河槽部分一般沖刷計(jì)算公式為：

(6)

河灘部分一般沖刷計(jì)算公式為：

(7)

計(jì)算成果如表5所列。

局部沖刷計(jì)算，Kξ取1.0，局部沖刷計(jì)算成果如表6所列。

經(jīng)分析計(jì)算，在5年、20年、50年、100年1遇設(shè)計(jì)洪水條件下，河槽一般沖刷深度分別為0.49m、1.02m、1.36m、1.45m，河灘一般沖刷深度分別為0m、0.17m、0.33m、0.47m，橋墩局部沖刷深度分別為0.73m、1.44m、1.67m、1.79m。

表5 蕭濉新河大橋一般沖刷計(jì)算成果表

表6 蕭濉新河橋橋墩局部沖刷計(jì)算成果表

2 防洪綜合評(píng)價(jià)

2.1 對(duì)河道行洪能力的影響

建橋后，由于橋墩阻水減少了河道有效行洪斷面面積，降低了河道行洪能力，并在橋前形成壅水。建橋后如果保持河道設(shè)計(jì)水位不變，以原設(shè)計(jì)流量與橋下通過(guò)的流量之差稱(chēng)作為減少行洪流量。不同頻率洪水條件下，橋墩阻水減少行洪流量計(jì)算結(jié)果如表7所列。從計(jì)算結(jié)果看，橋梁建設(shè)對(duì)河道行洪能力有一定影響。

表7 蕭濉新河大橋?qū)拥佬泻槟芰τ绊懛治龀晒?/p>

2.2 橋梁防洪標(biāo)準(zhǔn)以及與有關(guān)技術(shù)、管理要求的適應(yīng)性分析

蕭濉新河大橋所在河段防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年1遇，橋梁設(shè)計(jì)洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)100年1遇，符合相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求。

橋址100年1遇設(shè)計(jì)洪水位35.92m，橋梁設(shè)計(jì)梁底高程在36.60m以上，符合《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的不通航河道橋下凈空安全值不少于0.5m的要求。

工程所在河段防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年1遇，考慮蕭濉新河中長(zhǎng)期防洪規(guī)劃要求，河段防洪安全水位按50年1遇洪水位(35.07m)控制，橋梁設(shè)計(jì)梁底高程符合《安徽省實(shí)施<中華人民共和國(guó)河道管理?xiàng)l例>辦法》中跨越河道(包括干堤外灘圩)的橋梁、棧橋等建筑物，其梁底應(yīng)高出河道設(shè)計(jì)洪水位1m以上的規(guī)定。

2.3 對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定的影響分析

建橋后，水流形態(tài)更為復(fù)雜，沖刷加重，一般沖刷坑深度在0.49m～1.36m之間，局部沖刷坑深度為0.73m～1.67m。因此，建橋?qū)觿?shì)穩(wěn)定有一定影響，并威脅橋梁自身安全。

2.4 與堤防連接方式評(píng)價(jià)

(1)橋墩布置。根據(jù)蕭濉新河大橋設(shè)計(jì)方案，新建橋(右幅橋)2～10號(hào)橋墩布置在河槽內(nèi)，其余橋墩布置在河灘上(蕭濉新河橋右幅橋橋墩布置圖略，下同)。

橋梁設(shè)計(jì)橋墩軸線與水流方向斜交，且新橋(右幅橋)設(shè)計(jì)橋墩和老橋(左幅橋)橋墩錯(cuò)位布置，將增大橋墩阻水面積，對(duì)橋位處水流流態(tài)影響較大，會(huì)加重對(duì)岸坡及河勢(shì)穩(wěn)定的影響。

(2)與堤防連接方式評(píng)價(jià)。蕭濉新河大橋設(shè)計(jì)過(guò)堤方式為平交，橋梁與河堤連接處嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范要求施工，過(guò)渡段處理較好，不影響堤防安全，滿足交通、防汛搶險(xiǎn)、管理維修等方面的要求。橋墩設(shè)計(jì)第0號(hào)、14號(hào)橋墩布置在堤防迎水坡堤腳附近，可能對(duì)堤防安全產(chǎn)生一定的影響。

2.5 對(duì)防汛搶險(xiǎn)的影響評(píng)價(jià)

橋梁設(shè)計(jì)橋面與大堤平交，為不影響堤頂作為防汛道路使用，參照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50186-98)和《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTJ021-89)中的有關(guān)規(guī)定內(nèi)容，應(yīng)對(duì)橋位附近堤防做加高處理，使橋梁左右兩端與原有河道大堤漸變平順連接，連接長(zhǎng)度按縱坡不大于5%計(jì)算，以滿足交通、防汛搶險(xiǎn)、管理維修等方面的要求。

3 防洪影響補(bǔ)救措施

3.1 對(duì)河道行洪能力影響補(bǔ)救措施

針對(duì)橋位斷面實(shí)際情況，結(jié)合橋位河段地質(zhì)資料，為了最大限度地降低建橋?qū)拥佬泻榧芭艥衬芰Φ挠绊?，建議采取斷面補(bǔ)償措施。結(jié)合河道規(guī)劃情況，橫斷面補(bǔ)償面積按20年1遇洪水橋墩阻水面積(54.0m2)的1.2倍進(jìn)行設(shè)計(jì)，開(kāi)挖河槽橫斷面面積為64.8m2；縱向開(kāi)挖長(zhǎng)度宜為大橋中心線上游100m、下游150m范圍。開(kāi)挖面采用漸變線與上下游灘唇平順連接(斷面補(bǔ)償立面圖、平面示意圖略)。具體工程補(bǔ)償方案，應(yīng)委托有相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，并納入橋梁總體設(shè)計(jì)方案中。

3.2 對(duì)堤防、灘前岸坡及河底穩(wěn)定影響的防治措施

鑒于橋梁建設(shè)對(duì)岸坡造成沖刷影響，建議采取工程防治措施。具體為對(duì)大橋中心線上、下游各50m范圍的堤防迎水坡及灘前岸坡進(jìn)行漿砌石護(hù)砌，對(duì)河底采用干砌塊石護(hù)砌，護(hù)砌寬度為橋梁中心線上下游各20m。

3.3 擬建工程與堤防銜接部分防護(hù)措施

橋梁設(shè)計(jì)第0、14號(hào)墩臨近左岸堤防兩側(cè)布設(shè)，橋梁建設(shè)可能會(huì)引起堤防滑坡、滲漏，影響堤防防洪安全及橋梁自身安全。建議建設(shè)部門(mén)委托相關(guān)資質(zhì)部門(mén)，在下階段橋梁設(shè)計(jì)階段對(duì)擬建工程與堤防銜接部位做專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)，報(bào)水行政主管部門(mén)審批。并將該專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)方案及工程量納入橋梁設(shè)計(jì)與建設(shè)中。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大橋橋址河段不同頻率水文計(jì)算、橋前壅水計(jì)算、橋下沖刷計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析評(píng)價(jià)橋梁改建后對(duì)防洪的影響以及洪水對(duì)橋梁自身安全影響，并提出相應(yīng)的補(bǔ)救措施，有一定實(shí)際意義。

[1] JTJ021-89，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S]．

[2] GB50186-98, 堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[3] 安徽省.實(shí)施<中華人民共和國(guó)河道管理?xiàng)l例>辦法[Z]．

(責(zé)任編輯 胡 進(jìn))

Flood control evaluation of Xiaosui New River bridge of provincial highway S202

YANG Bao-da1, FAN Yu-ming2

(1.Suzhou hydrology and water resources bureau, Suzhou, 234000，China; 2.Anhui Technical College of Water Resources and Hydroelectric Power,Hefei 231603,China)

Different frequency hydrological calculation, bridge front backwater calculation, under the bridge scour calculation of the reconstruction of Xiaosui River Bridge site reach are given, according to the calculation results.The influence of bridge reconstruction on flood control and the influence of flood on the bridge themselves are analyzed, and puts forward corresponding remedial measures.

Xiaosui New River Bridge;flood control evaluation;measures

2015-06-25；

2015-09-14

楊保達(dá)(1969-)，男，安徽宿州人，工程師，從事水文水資源工作。

10.3969/j.issn.1671-6221.2015.04.006

TV8

A

1671-6221(2015)04-0017-05