某改建跨河橋梁對河道的防洪影響分析

王艷菊

(哈爾濱市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，哈爾濱 150010)

跨河橋梁建設(shè)對河道的影響，主要體現(xiàn)在橋墩的束窄和阻礙作用，減少了河道過水?dāng)嗝?，水流過橋墩時需克服橋墩阻力，造成局部能量的損失，從而在橋墩前形成一定水位壅高和水頭損失[1]。文章結(jié)合某改建跨河橋梁工程，在設(shè)計(jì)洪水計(jì)算和水面線推求成果的基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)有橋梁和拆除重建橋梁后的壅水回水情況，并對這兩種情況下的河道水位、過水?dāng)嗝婷娣e、流速等變化情況進(jìn)行了對比，得到了改建跨河橋梁建設(shè)對河道的防洪影響分析結(jié)論，為跨河橋梁工程建設(shè)方案的審批提供依據(jù)，同時對類似項(xiàng)目的建設(shè)具有一定的參考意義。

1 工程及河道概況

1.1 工程概況

本工程現(xiàn)狀橋梁為6m×6m木橋，全長40m，為保障行車安全，利用原橋位拆除重建。

現(xiàn)狀舊橋橋位復(fù)核路線走向，橋址所在河段穩(wěn)定，排流條件較好，與交通路網(wǎng)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，故重建橋梁利用原橋位。橋梁汽車荷載等級采用公路-Ⅱ級，橋梁全長43.54m，橋梁全寬7.5m，為凈6.5m行車道+2×0.5m防撞墻。橋梁上部結(jié)構(gòu)為3～13m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、臺，擴(kuò)大基礎(chǔ)。共4排墩臺，其中河道主槽內(nèi)2排，每排下設(shè)2根柱，直徑1.0m，柱長3.15m和3.85m。

橋梁設(shè)計(jì)安全等級為一級，規(guī)模為中型，設(shè)計(jì)洪水頻率為50a一遇，設(shè)計(jì)使用年限30a。

1.2 河道概況

工程所在河道現(xiàn)狀為天然河道，防洪標(biāo)準(zhǔn)10a一遇，相應(yīng)10a一遇設(shè)計(jì)洪水位97.35m。河道主槽為復(fù)式斷面，河底高程96.70m，河底寬15m，兩岸邊坡1∶1.5，無護(hù)砌，灘地地面高程98.70m左右。

本工程跨河橋梁位于河道樁號0+820處，該斷面10a一遇設(shè)計(jì)洪水位97.35m，50a一遇水位97.62m。

2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

由于工程位置沒有水文資料，所以分別采用水文圖集法與參數(shù)修正法計(jì)算。

2.1 水文圖集法

本工程所在河道集水面積7.5km2，根據(jù)2019年版《黑龍江省水文圖集》，按流域重心查得設(shè)計(jì)洪水參數(shù)，洪峰流量計(jì)算成果見表1。

2.2 參數(shù)修正法

利用某臨近水文站長系列計(jì)算的參數(shù)對圖集法查取的參數(shù)進(jìn)行修正后，得到本工程所在控制斷面設(shè)計(jì)洪水成果，洪峰流量計(jì)算成果見表1。

表1 水文圖集法和參數(shù)修正法成果對比表

2.3 成果分析

對水文圖集法和參數(shù)修正法洪水計(jì)算成果進(jìn)行比較可以看出，圖集法和參數(shù)修正法推求的洪水略有差別，中大洪水時參數(shù)修正法計(jì)算成果略大于水文圖集法，故本次控制斷面設(shè)計(jì)洪水采用參數(shù)修正法推求的設(shè)計(jì)洪水成果[1]。

3 壅水及回水分析計(jì)算

3.1 基本資料及計(jì)算方法

本次考慮河道已建及在建橋梁等，推求現(xiàn)有橋梁和本次拆除重建橋梁后兩種情況下的水面線，自本工程所在河流入河口處起推，向上游至本工程所在位置上游1km處。

河道橫斷面采用2021年實(shí)測成果，共計(jì)8個橫斷面。縱斷采用2021年實(shí)測的河道縱斷面圖、河道流域1/50000平面位置圖。河道水面線起推斷面為河流入河口處，起推斷面水位流量見表2。

水面線計(jì)算方法采用簡化的穩(wěn)定非均勻流公式，橋梁壅水計(jì)算采用鐵三院橋梁壅水公式。

表2 起推斷面水位流量成果表

3.2 水面線計(jì)算成果

1)水面線計(jì)算成果：

根據(jù)上述斷面數(shù)據(jù)以及計(jì)算方法和參數(shù)，推求本次論證河段現(xiàn)有橋梁情況下和本次拆除重新橋梁情況下的水面線成果，見表3和表4。

表3 現(xiàn)狀橋梁水面線成果表 m

續(xù)表3 現(xiàn)狀橋梁水面線成果表 m

表4 拆除重建橋梁水面線成果表 m

2)水面線成果對比：

根據(jù)本次推求的河道現(xiàn)狀水面線及重建橋梁后的設(shè)計(jì)水面線成果，對比表見表5?，F(xiàn)狀橋梁和本次拆除重建橋梁各頻率洪水壅高值見表6。

表5 設(shè)計(jì)水面線與現(xiàn)狀水面線成對比表 m

表6 現(xiàn)狀橋梁與拆除重建橋梁壅高值成果表 m

3.3 壅水及回水分析

根據(jù)現(xiàn)狀水面線推求成果，現(xiàn)狀橋梁50a一遇、25a一遇和10a一遇洪水情況下，水位壅高值分別為0.10m、0.09m和0.05m，根據(jù)設(shè)計(jì)水面線推求成果，拆除重建橋梁后，50a一遇、25a一遇和10a一遇洪水情況下，水位壅高值分別為0.03m、0.03m和0.01m，回水距離300m。由此可見拆除重建橋梁進(jìn)行擴(kuò)孔之后，雖然有2排橋墩位于河道中間，但其占用的行洪斷面很小，壅水高度較小，回水距離也很短，對河道行洪能力影響很小。

由表5對比成果可以看出，工程實(shí)施后，橋址處不同頻率設(shè)計(jì)洪水位低于現(xiàn)狀橋梁情況下洪水位，50a一遇、25a一遇和10a一遇洪水情況下，設(shè)計(jì)水位比現(xiàn)有橋梁情況下分別降低了0.07m、0.06m和0.04m。

綜上，本次拆除重建橋梁后與現(xiàn)狀橋梁情況相比，并未產(chǎn)生壅水，且河道水面線有所降低，對河道行洪是有利的。

4 防洪影響分析

4.1 工程建設(shè)前后水位流速變化影響分析

工程建成前，橋址斷面10a一遇設(shè)計(jì)洪水位97.35m，相應(yīng)過水?dāng)嗝婷娣e為12.43m2，斷面平均流速為1.35m/s；50a一遇洪水位為97.62m，相應(yīng)過水?dāng)嗝婷娣e為16.12m2，斷面平均流速為1.99m/s。

工程建成后，橋址斷面10a一遇設(shè)計(jì)洪水位97.31m，相應(yīng)過水?dāng)嗝婷娣e為13.78m2，斷面平均流速為1.22m/s；50a一遇洪水位為97.55m，相應(yīng)過水?dāng)嗝婷娣e為18.80m2，斷面平均流速為1.71m/s。

工程建成前后比較：橋址處10a一遇洪水時工程建成前后過水?dāng)嗝嫫骄魉贉p小了0.13m/s，相應(yīng)過水?dāng)嗝婷娣e增加了1.35m2，增加了10.86%；洪水位降低了0.04m；50a一遇洪水時工程建成前后過水?dāng)嗝嫫骄魉贉p小了0.28m/s，相應(yīng)過水?dāng)嗝婷娣e增加了2.68m2，增加了16.63%；洪水位降低了0.07m。

4.2 橋下凈空值分析

橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇，橋址所在河道斷面50a一遇設(shè)計(jì)洪水位為97.62m，橋面板設(shè)計(jì)底高程99.15m，橋底凈空高度為1.53m，滿足非通航河流橋梁高出設(shè)計(jì)水位0.5m的最小凈空要求，滿足行洪要求。

4.3 對河道行洪的影響分析

本工程拆除重建橋梁包含4排橋墩，其中河道中間2排，距離河道中心線左右側(cè)各5.5m，每排下設(shè)2根柱，柱直徑1.0m，與天然情況相比，橋墩占用河道過水?dāng)嗝婷娣e很小，50a一遇和10a一遇洪水情況下，水位壅高值分別為0.03m和0.01m，回水距離300m，壅水高度較小，回水距離也很短，對河道行洪能力影響很小。

與現(xiàn)有橋梁情況相比，原橋址過水?dāng)嗝孑^小，本次拆除重建橋梁進(jìn)行了擴(kuò)孔，10a一遇設(shè)計(jì)洪水時，行洪斷面比原有橋梁行洪斷面增加了10.86%左右，水位降低0.04m；50a一遇設(shè)計(jì)洪水時，行洪斷面比原有橋梁行洪斷面增加了16.63%左右，水位降低0.07m。

因此本次拆除重建橋梁后與現(xiàn)狀橋梁情況相比，并未產(chǎn)生壅水，且河道水面線有所降低，對河道行洪是有利的。同時橋底凈空也滿足行洪要求，故對河道行洪影響很小。

5 結(jié) 語

跨河橋梁建設(shè)項(xiàng)目的防洪影響分析，最終目的是在滿足橋梁建設(shè)需要的基礎(chǔ)上，盡可能減少對河道的影響，從側(cè)面也反映出項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案是否合理可行。文章以某改建橋梁為例，通過計(jì)算橋梁所在控制斷面設(shè)計(jì)洪峰流量，推求了現(xiàn)狀橋梁和拆除重建橋梁情況下的水面線，并計(jì)算了橋梁壅水高度。根據(jù)拆除重建橋梁的特點(diǎn)，對重建橋梁與現(xiàn)有橋梁情況進(jìn)行了對比，由于橋梁進(jìn)行了適當(dāng)擴(kuò)孔和優(yōu)化設(shè)計(jì)，橋梁重建后并未產(chǎn)生壅水，河道水面線有所降低，對行洪更有利[3]。而重建橋梁與天然河道情況相比，橋墩阻水面積和壅高值均也很小，回水距離較短，橋下凈空值滿足相關(guān)規(guī)范要求，因此重建橋梁對河道行洪影響很小。

綜合以上分析，本次改建橋梁對河道防洪影響很小，滿足河道行洪要求。通過文章分析，為類似的橋梁建設(shè)項(xiàng)目防洪影響分析提供一定的思路，同時也為橋梁工程設(shè)計(jì)方案比選提供依據(jù)，以達(dá)到項(xiàng)目建設(shè)與河道管理保護(hù)相互協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的目的。