湯營伊河公路大橋防洪影響研究

□朱曉璞　□張　怡　□甄億位（.河南省洛陽水文水資源勘測局；.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院）

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湯營伊河公路大橋防洪影響研究

□朱曉璞1□張怡2□甄億位2
（1.河南省洛陽水文水資源勘測局；2.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院）

文章通過剖析湯營伊河公路原橋沖毀原因，推求設(shè)計(jì)洪峰及設(shè)計(jì)水位，分析新建橋梁的河道雍水和沖刷情況，全面評估新建大橋?qū)拥佬泻?、河勢穩(wěn)定及其他水利工程等方面的影響。結(jié)果表明：相比原橋，新建大橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)更高，與河道防洪標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，大橋建成后可為兩岸交通、人民生活和防汛搶險(xiǎn)帶來更多便利。

伊河；公路大橋；壅水；沖刷；防洪影響

1　基本情況

湯營伊河新建大橋位于河南省欒川縣潭頭鎮(zhèn)湯營村上游1000 m處，河道坡降16/10000，河床寬300～1000 m，主河槽寬50 m，兩岸灘地寬200～800 m，河道內(nèi)分布粗沙、鵝卵石，主流靠近右岸。河兩岸有農(nóng)田、人工種植林、村莊和公路。

原湯營伊河公路大橋是空腹式石拱橋，全橋5孔，凈跨40 m，全長233.70 m，橋面高程為452.90 m。2010年7月，洛陽市區(qū)及南部山區(qū)普降暴雨，建設(shè)項(xiàng)目所在河段遭遇了罕見的特大洪水，洪峰流量達(dá)3150 m3/s，沖毀了原湯營伊河橋，60多人死亡，造成該地交通癱瘓，給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展社會穩(wěn)定造成了一定影響。

新建的湯營伊河大橋位于原橋舊址上，距潭頭鎮(zhèn)5 km。設(shè)計(jì)橋長306 m，寬9.50 m，單跨30 m。設(shè)計(jì)洪水頻率為100 a一遇。

2　防洪分析計(jì)算

2.1水文分析計(jì)算

2.1.1設(shè)計(jì)洪峰流量

為減少短系列帶來的抽樣誤差，計(jì)算設(shè)計(jì)洪水時(shí)，在充分利用已有實(shí)測資料的同時(shí)，重視并運(yùn)用歷史洪水、暴雨資料。利用臨近測站的長短系列水文資料進(jìn)行分析，結(jié)果表明取潭頭水文站和代表斷面1977-2010 a的33年實(shí)測洪峰流量資料具有較好的代表性。采用P-Ⅲ型曲線［2］［3］適線，代表斷面頻率曲線如圖1，不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表1。

經(jīng)過實(shí)地勘測結(jié)果，經(jīng)分析計(jì)算點(diǎn)繪出代表河道大斷面圖和水位—面積關(guān)系曲線。

2.1.2設(shè)計(jì)洪水位

依據(jù)分析計(jì)算的設(shè)計(jì)流量和實(shí)測河道斷面的資料，經(jīng)分析計(jì)算，湯營伊河大橋橋位處伊河發(fā)生20 a一遇洪水時(shí)，平均流速為2.90 m/s，相應(yīng)的過水面積為800 m2；50 a一遇洪水時(shí)，平均流速為3.40 m/s，相應(yīng)過水面積為966 m2；100 a一遇洪水時(shí)，平均流速為3.60 m/s，相應(yīng)過水面積為1100 m2。

根據(jù)過水?dāng)嗝嬗?jì)算結(jié)果，結(jié)合斷面水位—面積關(guān)系曲線，計(jì)算出設(shè)計(jì)洪水位，結(jié)果見表2。根據(jù)表2，發(fā)生100 a一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，橋位處河道斷面的洪水位為447.20 m，最大水深6.80 m，平均水深3.70 m。

圖1　代表斷面洪峰流量頻率曲線圖

表1　湯營伊河大橋設(shè)計(jì)洪峰流量成果表（單位：m3/s）

表2　湯營伊河大橋設(shè)計(jì)洪水位成果表（單位：m）

2.2壅水分析計(jì)算

水位壅高計(jì)算主要是推算工程阻水引起的水位最大壅高值和壅水長度［6］。本次壅高計(jì)算采用《公路橋位勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ062-2002）中的雍水高度計(jì)算公式：

式中：K=KvkN；DZ為橋前最大壅水高度；K為系數(shù)；VM為橋下平均流速0M為天然狀態(tài)下橋下平均流速；Kv為修正系數(shù)；KN為定床壅水系數(shù)。壅水長度計(jì)算公式如下：

式中：L為壅水曲線全長；DZ為最大壅水高度；I為水面比降。

經(jīng)計(jì)算，100 a一遇洪水時(shí)，湯營伊河大橋下壅水高度為0.20 m，壅水曲線長度為130 m，波浪高度0.50 m。

2.3沖刷分析計(jì)算

建橋后，水流被壓縮而引起的橋下整個(gè)河床斷面的一般性沖刷，同時(shí)由于橋墩阻流產(chǎn)生的水流沖擊和渦流作用，橋墩附近產(chǎn)生局部沖刷。故對本工程建設(shè)后河道進(jìn)行一般性沖刷和橋墩局部沖刷計(jì)算分析。河道沖刷采用《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGC30-2002）沖刷公式計(jì)算。根據(jù)工程地質(zhì)勘探報(bào)告，該橋橋址處河床沖刷層為亞粘性土，河床的沖刷按亞粘性土河床處理。

2.3.1一般沖刷計(jì)算

根據(jù)粘性土河床的橋下一般沖刷公式，湯營伊河大橋橋位100年一遇洪水位為447.20 m，最大沖坑深1.10 m。

2.3.2橋墩局部沖刷計(jì)算

橋墩局部沖刷與橋墩形狀大小有關(guān)，根據(jù)設(shè)計(jì)，伊河新橋橋墩為灌柱樁基礎(chǔ)雙立柱型式，立柱直徑為1.60 m，排列方向與水流方向一致，橋墩計(jì)算直徑B1=1.60 m。湯營伊河大橋100 a一遇設(shè)計(jì)洪水位為447.20 m時(shí)，由于hp/B1＜2.50，根據(jù)粘性土河床局部沖刷計(jì)算公式，求得沖刷完成后墩前在一般沖刷的基礎(chǔ)上局部沖坑深hp=0.30 m。

2.4橋梁梁底高度復(fù)核

所建湯營伊河大橋所處的河段不通航，沒有防凌任務(wù)，橋梁梁底最小高度根據(jù)《公路橋位勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算復(fù)核，結(jié)果如表3。

表3　橋梁底部高程復(fù)核表（單位：m）

由表3可知，建橋后發(fā)生100 a一遇洪水時(shí)，伊河公路大橋梁底高程復(fù)核值為449.50 m，低于橋梁設(shè)計(jì)值451.00 m，工程設(shè)計(jì)合理，不影響河道行洪。

3　防洪影響評價(jià)

3.1對河道行洪安全的影響

湯營伊河大橋與河道流向基本垂直，每排橋墩排列方向也與水流方向一致，對橋前壅水及河勢流態(tài)的干擾小，橋臺在近河岸處，壓縮河道過水?dāng)嗝孑^少，橋墩阻水面積很小，對水流導(dǎo)向作用很弱，不會對主河槽的流勢產(chǎn)生大的影響。發(fā)生100 a一遇洪水時(shí)，橋位處的過水橫斷面面積為1100 m2，比原橋增加了110 m2。因此，大橋能滿足100 a一遇設(shè)計(jì)洪水的行洪要求，相比原橋行洪能力有明顯提高，對河道行洪基本無影響。

3.2對河勢影響

湯營伊河大橋下部結(jié)構(gòu)為灌柱樁基礎(chǔ)雙立柱橋墩，橋臺在兩岸邊坡處，橋墩直徑1.60 m，橋臺、橋墩占用天然河道斷面，對水流有側(cè)向壓縮作用，使得橋位河段天然河道的斷面形態(tài)和水流結(jié)構(gòu)稍有改變，對河道沖淤及河勢都將有一定影響。

當(dāng)發(fā)生100 a一遇洪水時(shí)，墩頭沖坑深為1.40 m。大橋影響范圍內(nèi)的河段兩岸進(jìn)行了護(hù)砌，能有效地保護(hù)岸坡，湯營伊河大橋的建設(shè)不會改變現(xiàn)有的河道岸線，對河勢穩(wěn)定影響較小。

3.3對現(xiàn)有防洪、河道整治及其它水利工程與設(shè)施影響分析

根據(jù)梁底高程復(fù)核計(jì)算，湯營伊河大橋采用100 a一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)橋梁梁底高程高于100 a一遇的洪水位，大于梁底復(fù)核值，對現(xiàn)有防洪不會產(chǎn)生影響，對將來河道整治工程也不會產(chǎn)生不良影響。在湯營伊河大橋上游約10 km處有潭頭水文站，水文站處的河道高程比橋址處的河道高約20 m，建設(shè)項(xiàng)目對潭頭水文站的測驗(yàn)斷面及測驗(yàn)設(shè)施無影響；100 a一遇洪水時(shí)橋址上游最大壅水高度0.20 m，相應(yīng)橋上游壅水長度為130 m，湯營伊河大橋上游有多個(gè)水電站，但最近的距離也在數(shù)公里之外，建設(shè)項(xiàng)目對其無影響。

3.4對防汛搶險(xiǎn)的影響分析

所建大橋連通了兩岸的交通，為當(dāng)?shù)氐木用裆钐峁┝吮憷麠l件，也為防汛提供了更好的交通條件。同時(shí)，大橋的設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)提高為100 a一遇，較原橋更有利于防汛搶險(xiǎn)工作。

4　結(jié)論

根據(jù)湯營伊河公路大橋工程實(shí)際條件，計(jì)算了新建橋梁后河道的壅水高度和沖刷深度，復(fù)核了新橋橋梁梁底高程，經(jīng)評價(jià)分析，新建湯營伊河公路大橋設(shè)計(jì)合理，對河道行洪、周邊水利工程及防汛搶險(xiǎn)工作無不利影響。

［1］黃振平.水文統(tǒng)計(jì)學(xué)［M］.北京：水利水電出版社，2011.

［2］詹道江等.工程水文學(xué)［M］.北京：水利水電出版社，2011.

［3］楊德軒.橋梁壅水的計(jì)算［D］.北京：北京交通大學(xué)，2007.

（責(zé)任編輯：韋詩佳）

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