橋梁行洪論證的分析與計(jì)算

徐嶺

【摘要】各本文闡述了橋梁建成后壅水、沖刷、橋面中心最低高程等理論知識(shí)，并引入工程實(shí)例，通過(guò)具體分析，最后得出對(duì)工程設(shè)計(jì)實(shí)用可靠的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】 行洪；壅水；沖刷；

1引言

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)加快發(fā)展，涉河工程越來(lái)越多，如修建河堤，臨河建筑物等，此類項(xiàng)目的行洪論證，只需要分析項(xiàng)目是否滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)上下游的行洪影響，而跨河橋梁的行洪考慮的因素較多，不僅分析項(xiàng)目建成后的行洪影響還要分析橋梁建成后自身是否安全。本文重點(diǎn)分析橋梁建成后產(chǎn)生的壅水、橋梁沖刷深度、橋面中心最低高程等特性，對(duì)于一般行洪論證的河勢(shì)穩(wěn)定只作簡(jiǎn)要說(shuō)明。

2壅水計(jì)算

2.1壅水計(jì)算方法

涉河橋梁修建后，斷面形狀、糙率系數(shù)及河道底坡沿程都有變化，其水力因素十分復(fù)雜。壅水計(jì)算思路為先通過(guò)水文分析計(jì)算出橋梁下游控制斷面的各頻率設(shè)計(jì)洪水位，再以該斷面為起算位置，分別推算項(xiàng)目建設(shè)前后評(píng)價(jià)河段各斷面的水面線，從而求得該工程建設(shè)后對(duì)各斷面行洪影響的壅水高度。水面線計(jì)算采用天然河道水位沿程變化的伯努利能量方程式：

式中：等式左邊兩項(xiàng)為上斷面的勢(shì)能和動(dòng)能；z1、z2分別代表下、上斷面水位；a為流速分布系數(shù)；g 為重力加速度；hf沿程水頭損失；hj局部水頭損失；v斷面平均流速；對(duì)于沿程損失項(xiàng)，目前一般采用下述公式求解：

式中： ， ， ，R上上斷面水力半徑，R下下斷面水力半徑，A上上斷面面積，A下下斷面面積，Q河道流量，L上下斷面間距，n上下斷面間河道平均糙率， 為局部水頭損失系數(shù)。

2.2回水長(zhǎng)度計(jì)算

為了分析壅水對(duì)上游兩岸產(chǎn)生的影響范圍必須進(jìn)行回水計(jì)算，根據(jù)《橋涵水力水文》一書(shū)推薦的壅水曲線長(zhǎng)度的近似公式為：L=2ΔZ/I 式中：L壅水曲線長(zhǎng)度；ΔZ壅水高度；I河床比降

2.3橋面中心最低高程分析

從大橋自身安全角度考慮，應(yīng)計(jì)算大橋中心最低高程是否滿足設(shè)計(jì)洪水頻率和其它綜合因素要求的安全高度。橋孔壓縮水流后的橋下壅水、浪高、河灣超高、河床淤積等引起的橋下水位增高，還要考慮設(shè)計(jì)最高通航水位及通航凈空高度。根據(jù)人民交通出版社《橋涵水力水文》（第三版）中對(duì)于通航河流橋面中心最低高程計(jì)算，通航河流橋面中心最低高程除應(yīng)滿足不通航河流的要求外，同時(shí)還應(yīng)滿足下式要求：

式中： 橋面中心最低高程（m）； 設(shè)計(jì)最高通航水位（m）； 通航凈空高度（m）； 橋梁上部結(jié)構(gòu)建筑高度（m），設(shè)計(jì)最高通航水位 。

3工程實(shí)例

3.1工程概況

以巴中城區(qū)在建的麻柳灣大橋?yàn)閷?shí)例，該項(xiàng)目位于巴中市城區(qū)東面，建成后將連通巴中市江南、江北的城市主干道，是連接南江河兩岸暢通道路的重要樞紐工程。大橋建成后將為緩解城市交通壓力、完善城市骨架、優(yōu)化交通格局起到不可忽視的作用，同時(shí)也為巴中市的全面發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

麻柳灣大橋及兩頭連接道路線全長(zhǎng)431.683m（含引道）。主線橋梁長(zhǎng)368m， 主橋孔跨布置為55+90+55m。主橋箱梁由預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋面板和鋼梁組合而成，箱梁跨中高度2.2m，墩頂高度4.5m。引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁，標(biāo)準(zhǔn)跨度20m，梁高1.4m，橋墩直徑為1.5m，采用重力式橋臺(tái)。

3.2壅水計(jì)算

根據(jù)《公路橋涵通用規(guī)范》的規(guī)定，擬建麻柳灣大橋設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，大橋?qū)υu(píng)價(jià)河段影響按30年一遇洪水進(jìn)行論證。

麻柳灣大橋位于南江河中下游，橋址斷面以上集水面積約2754km2，在其上游距離5.5km處為巴中水文站，集水面積為2732 km2，項(xiàng)目控制斷面位置與巴中水文站集水面積以及地理位置相近，故采用巴中水文站的實(shí)測(cè)資料利用面積比擬法進(jìn)行水文計(jì)算，計(jì)算成果如表1。

根據(jù)實(shí)地踏勘在評(píng)價(jià)河段內(nèi)共布設(shè)了4個(gè)計(jì)算斷面，2號(hào)斷面為麻柳灣大橋，河段總長(zhǎng)1677m。測(cè)出近年來(lái)評(píng)價(jià)河段各斷面的洪痕水位，由洪痕水位推算出中、高洪水的水面比降范圍為0.42‰～0.67‰，低水水面比降采用枯水比降。根據(jù)巴中水文站2011年“7.6”洪水水位和流量，推算出1號(hào)斷面的流量，并利用曼寧公式反算出該河床糙率為0.022～0.026，利用伯努力能量方程推算出其它各斷面建設(shè)前后的水位高程，從而求出壅水高度，麻柳灣大橋建設(shè)后工程河段各斷面壅水計(jì)算成果見(jiàn)表2

3.3回水長(zhǎng)度

麻柳灣大橋建成后，在P=1%（100年一遇洪水重現(xiàn)期）時(shí)其壅水產(chǎn)生的回水長(zhǎng)度為1014.9m，在4號(hào)斷面下游基本尖滅，回水淹沒(méi)長(zhǎng)度相對(duì)較短。

3.4綜合影響結(jié)論

1、工程建成后，在100年一遇洪水時(shí)，工程占用2號(hào)斷面有效行洪河寬比原河寬減小4.98%，行洪面積減少4.01%，平均流速增大4.09%，工程建設(shè)后改變了河道斷面形狀，對(duì)河流泥沙情勢(shì)和河道特性有一定改變，所引起的變化僅局限在工程附近區(qū)域，河流經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的自動(dòng)調(diào)整后，將恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。

2、工程建成后，在100年一遇洪水時(shí)，最大壅水高度0.34m，壅水最大回水距離1014.9m，工程修建后對(duì)上游將產(chǎn)生一定壅水影響。由于巴中市防洪堤達(dá)到了近80年一遇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在30年一遇洪水時(shí)，本項(xiàng)目所造成的壅水對(duì)2號(hào)～4斷面濱河路及民房無(wú)影響，對(duì)評(píng)價(jià)河段內(nèi)其余涉河工程基本不造成影響。

3、麻柳灣大橋按100年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)，大橋橋面最低設(shè)計(jì)高程應(yīng)達(dá)到360.01m，大橋主跨橋梁最低點(diǎn)橋面實(shí)際設(shè)計(jì)高程已達(dá)到364.38m，該大橋的設(shè)計(jì)高度可安全通過(guò)100年一遇的洪水流量。

綜上所述，從河道行洪和大橋建設(shè)自身安全等方面分析，擬建麻柳灣大橋方案對(duì)巴中市城區(qū)行洪影響不大。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 《河床演變及整治》中國(guó)水利水電出版社

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