北大河大橋防洪影響分析

(甘肅省酒泉水文水資源勘測局，甘肅 嘉峪關(guān) 735100 )

北大河大橋防洪影響分析

王仙紅

(甘肅省酒泉水文水資源勘測局，甘肅 嘉峪關(guān) 735100 )

北大河大橋位于酒泉市肅州區(qū)境內(nèi)，該橋在舊橋位置處加寬加固。本次北大河大橋防洪評價以百年一遇洪水評價為主，橋址斷面處百年一遇設(shè)計洪水確定為1 330 m3/s，五十年一遇設(shè)計洪水確定為1 020 m3/s。根據(jù)河道實測資料及工程設(shè)計資料，分析改建后的北大河大橋工程的壅水程度、沖刷深度及防洪綜合評價，為工程的可行性及安全性提供科學依據(jù)。

北大河大橋；壅水計算；防洪評價

1 概況

1.1 工程概況

酒泉至嘉峪關(guān)城際一級公路在酒泉市肅州區(qū)境內(nèi)跨越北大河(又名討賴河)，由于舊橋的設(shè)計標準不滿足新建公路的設(shè)計要求，北大河大橋改建工程在原橋基礎(chǔ)上兩側(cè)對稱加寬，橋面總寬度為44 m，設(shè)計橋長306.04 m。

為減少洪水對橋位處河床的沖刷，設(shè)計橋梁中心線下游河床50 m處設(shè)置了平行于橋梁軸線的攔水壩，壩長300 m，頂寬1.5 m，內(nèi)部采用卵礫石土，外層鋪筑50 cm厚片石混凝土。壩體迎水面基礎(chǔ)埋深1.6 m，背水面基礎(chǔ)埋深3.0 m。

1.2 河道堤防概況

北大河大橋橋址所在斷面上游3.6 km處為彎道，下游河道較為順直，河床較平整，地形平緩開闊，兩岸階地為酒泉市肅州區(qū)城市開發(fā)帶。

橋梁通過河段兩岸已建成完整堤防工程，斷面形狀呈梯形，該堤防工程上起清嘉高速公路橋，下至北大河大橋，左岸長6.25 km，右岸長5.72 km，保護范圍28.5 km2。工程等級為二級，防洪標準按五十年一遇洪水設(shè)計。

2 防洪評價分析計算

2.1 設(shè)計洪水流量及水位

設(shè)計洪水頻率計算依據(jù)北大河冰溝水文站洪峰流量資料和歷史調(diào)查洪水資料，采用矩法初估統(tǒng)計參數(shù)，用P-Ⅲ型曲線進行適線，求得冰溝水文站設(shè)計洪水成果見表1，本次北大河大橋防洪評價以百年一遇洪水評價為主，橋址斷面處百年一遇設(shè)計洪水確定為1 330 m3/s，五十年一遇設(shè)計洪水確定為1 020 m3/s。

橋址斷面處沒有實測水文觀測資料，水位～流量關(guān)系只能通過水力學公式確定。根據(jù)實測縱橫斷面資料和實地勘察，確定河段河底比降為7.1‰、河床糙率為0.030，采用曼寧公式計算各級水位相應(yīng)的流量，建立水位～流量關(guān)系曲線，用設(shè)計流量反推相應(yīng)的設(shè)計洪水位。最終確定百年一遇、五十年一遇洪水相應(yīng)的設(shè)計洪水位分別為1 471.47m、 1 471.19 m。

表1 冰溝水文站洪水頻率分析成果 m3/s

2.2 壅水計算

大橋加寬建成后，橋墩對過水面積的壓縮形成橋址處整體壅水。橋前最大壅水高度采用《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》(JTJC30-2002)中的壅水計算公式計算：

(1)

壅水長度采用如下公式計算：

Ly=2ΔZm/I0

(2)

式中：Ly為橋前最大壅水長度(m)；ΔZm為橋前最大壅水高度，取0.45 m；I0為橋址河段天然水面比降，取3.4‰。

北大河大橋改建后百年一遇洪水壅水高度降低，變?yōu)?.45 m，壅水長度增加，變?yōu)?64.7 m。

2.3 沖刷計算

洪水對橋墩基礎(chǔ)的沖刷包括其對河床的一般沖刷和局部沖刷兩個部分。本橋梁所在河段河床表層為卵石夾圓礫石，符合非粘性土河床沖刷計算公式的適用條件，可以用于計算河床一般沖刷最大水深。同時，該河段為“梯形”斷面，發(fā)生較大洪水時，行洪河道為全床面過水，不存在漫灘現(xiàn)象，因此可計算河槽的一般沖刷，一般沖刷深度和局部沖刷深度采用《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》(JTJC30-2002)中的一般沖刷和局部沖刷公式(公式3和公式4)計算，參數(shù)含義見規(guī)范。

(3)

(4)

經(jīng)計算百年一遇洪水時北大河橋墩一般沖刷深度5.87 m，局部沖刷深度4.32 m，總沖刷深度10.24 m，橋墩最低沖刷線高程為1 461.23 m。

2.4 橋梁下弦高程復合

北大河大橋位于北大河中游，無通航規(guī)劃，根據(jù)《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》(JTJC30-2002)規(guī)定，在不通航時，按設(shè)計洪水位加安全超高推求橋梁下弦高程，計算公式為：

Hmin=Hs+∑Δh+Δhj

(5)

式中：Hmin為橋梁下弦高程(m)；Hs為相應(yīng)頻率下的設(shè)計洪水位(m)；∑Δh為考慮壅水、波浪高度等諸因素的總和(m)，Δhj為橋下凈空安全值(m)，取1.5 m。

經(jīng)計算北大河大橋防洪要求橋梁下弦最低高程改建前為1 473.51 m，改建后為1 473.72 m，均比實際橋梁下弦設(shè)計高程低，滿足防洪評價要求。北大河大橋改建前后防洪評價各參數(shù)計算結(jié)果見表2，防洪評價綜合數(shù)據(jù)示意圖見圖1。

表2 北大河大橋不同頻率洪水改建前后防洪評價參數(shù)對比

圖1 北大河大橋防洪評價綜合數(shù)據(jù)示意圖

3 防洪綜合評價

3.1 洪水對橋梁自身安全的影響分析

經(jīng)計算百年一遇洪水時，橋梁設(shè)計下弦最低高程高于本次評價計算防洪要求下弦最低高程，橋梁上部結(jié)構(gòu)不受設(shè)計洪水的影響。橋梁跨河斷面橋墩基礎(chǔ)最淺埋深高程為1 447.58 m ，低于本次評價計算的最低沖刷線高程(1 461.23 m)13.65 m，橋墩基礎(chǔ)埋深能夠滿足設(shè)計洪水沖刷深度的要求。

3.2 對河道行洪的影響

北大河大橋改建后百年一遇洪水位為1 471.47 m，比改建前升高了0.38 m，壅水主要集中在大橋上游300 m范圍內(nèi)，水位雍高值在0.41～0.45 m，百年一遇洪水時的雍高水位低于河堤高程，不會發(fā)生洪水漫堤。因此，橋梁改建后雖然對該河段局部行洪有一定影響，但不會威脅到河道整體行洪。

3.3 對堤防的影響

根據(jù)《中華人民共和國防洪法》和《中華人民共和國河道管理條例》，修建橋梁工程不得危害堤防安全，北大河兩岸堤防設(shè)計標準為五十年一遇洪水。大橋改建后，壅水最大值為0.45 m，洪水位與相應(yīng)壅水高度、風浪高度累計高程為1 471.90 m，分別低于兩岸河堤高程1.70 m和1.28 m，滿足2級堤防安全超高取0.8 m的要求。

3.4 對防汛搶險影響分析

北大河大橋0#橋臺～1#橋墩間、14#橋墩～15#橋臺間為連接橋梁上下游兩岸堤頂?shù)耐ǖ?該通道與橋下弦的凈空高度分別為左岸1.31 m，右岸1.73 m，凈空高度不滿足防汛搶險通道凈空高度大于4.5 m的要求；通道寬度為1.5～3.0 m，不滿足通道寬度大于5 m的要求。因此，橋梁建設(shè)對河段防洪搶險有一定影響。

4 結(jié)語

(1)北大河大橋加寬加固改造后，橋梁下弦高度高于允許最低梁底高度，橋梁的長度基本滿足河道泄洪要求，橋墩的最淺埋深低于百年一遇洪水評價的最低沖刷線高程，橋梁的改擴建工程對河道防洪基本沒有影響。

(2)北大河大橋橋下通道高、寬均不滿足防汛搶險的要求，橋梁建設(shè)單位需盡快在橋址斷面兩岸另行修建通往上下游的防汛通道，確保滿足防汛搶險人員通行和物資的運輸。

(3)工程施工應(yīng)嚴格按照有關(guān)規(guī)程規(guī)范施工，如需挖占堤防或岸坡，應(yīng)及時報請水利工程主管部門批準，服從管理，并按要求在施工結(jié)束后立即恢復堤岸的原有防洪安全標準。工程建成運行后，橋梁建設(shè)和管理部門要定期對橋梁進行安全檢查和檢測，尤其在當發(fā)生較大洪水后，建議對橋梁各涉河構(gòu)件進行檢測，確保橋梁的穩(wěn)定安全。

[1]GB50201-94.防洪標準[S].

[2]JTJC30-2002.公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范[S].

[3]GB50286-98.堤防工程設(shè)計規(guī)范[S].

[4]甘肅省水文水資源局.國道312線酒泉至嘉峪關(guān)城際一級公路北大河大橋(在建)防洪評價報告[R].2013.

TV122

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1004-1184(2017)05-0148-02

2017-04-25

王仙紅(1983-)，男，山西陽泉人，工程師，主要從事水文分析計算、水資源調(diào)查評價工作。