白溝引河大橋防洪評(píng)價(jià)分析

李傳龍，楊紀(jì)偉，耿 更

（河北工程大學(xué) 水電學(xué)院，河北 邯鄲 056021）

1 概況

白溝引河起于新蓋房樞紐引河閘，經(jīng)容城通入白洋淀，河道全長12km。為1970年人工開挖通向白洋淀的河流，其復(fù)興莊以下兩岸筑有堤防，堤長268～244m，設(shè)計(jì)流量500m3/s。本工程擬對(duì)舊白溝引河大橋進(jìn)行加寬改造，舊橋建于1999年，為13～16m鋼筋混凝土連續(xù)空心板橋，橋面寬度15～36m，橋梁布置走向與河道水流方向交角為60°。由于舊路兩側(cè)大中型企業(yè)較多，設(shè)計(jì)采用舊橋兩側(cè)加寬方案，加寬后橋面寬度42m。新橋上部結(jié)構(gòu)采用13～16m先張法預(yù)應(yīng)力連續(xù)空心板，下部采用柱式墩臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋設(shè)深度32m。橋梁設(shè)計(jì)最低梁底高程為12.845m。橋梁長度為208m，跨越處白溝引河寬度178m，橋梁垂直于河道水流方向長度180m，大于河道主槽寬度，橋梁長度基本滿足要求。橋梁采用13～16m布置形式，橋梁布置走向與主河槽水流方向交角為60°，橋梁橋墩布置形式采用平行于河道水流方向。

2 設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算

2.1 有關(guān)參數(shù)的選用及其依據(jù)

2.1.1 流量資料

白溝引河為平原河道，河道規(guī)劃恢復(fù)原設(shè)計(jì)流量500m3/s。白溝引河大橋設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇，高于河道規(guī)劃治理標(biāo)準(zhǔn)，考慮到100a洪水位可能漫堤，本次以河道規(guī)劃過流能力500m3/s作為防洪計(jì)算的基準(zhǔn)。

2.1.2 糙率

根據(jù)橋梁所在河段上、下游實(shí)際情況，參照《水力計(jì)算手冊(cè)》，確定河槽、灘地糙率均取0.035。

2.1.3 起始水位

本次評(píng)價(jià)水面線計(jì)算起始樁號(hào)為0+000，位置在大橋下游1968m復(fù)興莊附近，樁號(hào)采用自下游至上游的排列順序。起始水位根據(jù)《大清河流域防洪規(guī)劃（河北省部分）》，確定該斷面水位為11.52m，大橋橋位處樁號(hào)為1+968.2。

2.2 洪水位及壅水計(jì)算

根據(jù)河流和建設(shè)項(xiàng)目狀況，對(duì)河道防洪情況進(jìn)行計(jì)算分析，選取斷面以進(jìn)行河道水面線計(jì)算，確定河道行洪情況。計(jì)算公式如下：式中 Z為斷面水位 （m）；Q為斷面流量 （m3/s）；V為平均流速（m/s）；鄣，ε為分別為動(dòng)能修正系數(shù)和局部阻力系數(shù)；K為綜合流量系數(shù)。

K由下式確定：

式中 A，R，n分別為左灘、中槽、右灘的過水面積、水力半徑和糙率。

評(píng)價(jià)白溝引河設(shè)計(jì)流量采用500m3/s。先推求未建橋條件下河道水面線，再計(jì)算橋體引起的壅水高度及影響范圍。根據(jù)實(shí)測(cè)建設(shè)項(xiàng)目上下游橫斷面，以0+000作為起始樁號(hào)，計(jì)算河道未建橋時(shí)的水面線成果如表1。

表1 河道未建橋條件下水面線成果表 （Q=500m3/s）

通過設(shè)計(jì)流量500m3/s時(shí)，橋位處水位為11.70m，平均流速為0.76m/s，河道過水面積為658.6m2。根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)方案，橋墩阻水面積為45.1m2。 經(jīng)計(jì)算，橋下流速與未建橋相比加大0.03m/s，橋前最大壅水高度0.08m，壅水影響距離2051m。橋梁建成后占用過水?dāng)嗝姹壤秊?.4%。建設(shè)前后各水力要素的對(duì)比詳見表2。

表2 建設(shè)前后水力要素比較表（Q=500m3/s）

2.3 沖刷計(jì)算

建橋前橋址處整治后斷面設(shè)計(jì)水位下的過水面積為658.6m2，建橋后的過水面積為613.5m2，過水?dāng)嗝婷娣e減小了6.84%，造成橋下平均流速增大，改變了水流流態(tài)，因此進(jìn)行橋下一般沖刷計(jì)算。河道沖刷深度，計(jì)算采用JTG C30—2002《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的一般沖刷公式，河槽底部為雜填土和黃土狀粉質(zhì)粘土，故采用粘土性沖刷公式進(jìn)行計(jì)算。

通過上式計(jì)算得到的一般沖刷深度，局部沖刷深度，總沖刷深度。具體計(jì)算成果見表3。

表3 白溝引河大橋沖刷深度計(jì)算結(jié)果

2.4 橋梁底最低高程的確定

橋梁自身的防洪安全主要考慮梁底高程和沖刷埋設(shè)深度兩方面。

白溝引河橋位處現(xiàn)狀兩岸無堤防，按規(guī)劃將對(duì)不滿足設(shè)計(jì)流量段修筑堤防。橋梁允許最低梁底高程結(jié)合現(xiàn)狀兩岸河坎高程及規(guī)劃整治要求綜合分析確定。白溝引河發(fā)生500m3/s洪水時(shí)，大橋橋址處水位為11.70m，橋前最大壅水高度為0.08m，根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)堤頂超高2m，設(shè)計(jì)堤頂高程為13.78m；根據(jù)實(shí)測(cè)資料，現(xiàn)狀左、右岸河坎高程為12.83m和14.37m。一次，允許最低梁底高程按現(xiàn)狀右岸河坎高程確定，即為14.37m。橋梁設(shè)計(jì)最低梁底高程為12.845m，低于最低梁底高程。

3 防洪影響綜合分析

3.1 項(xiàng)目位置和布置分析

橋梁改建設(shè)計(jì)擬在舊橋兩側(cè)進(jìn)行加寬，采用13～16m布置形式，橋梁布置走向與河道水流方向交角為60°，小于《技術(shù)大綱》要求，且橋跨徑較小，可能會(huì)阻擋漂浮物，對(duì)河道行洪產(chǎn)生不利影響，建議跨徑增大至32m，并與舊橋橋墩對(duì)應(yīng)布設(shè)。

3.2 項(xiàng)目自身防洪安全分析

為確保改建橋梁自身防洪安全，根據(jù)沖刷深度計(jì)算結(jié)果，當(dāng)白溝引河通過設(shè)計(jì)流量500m3/s時(shí)，橋梁墩臺(tái)處總沖刷深度為1.08m，建議橋梁基礎(chǔ)埋設(shè)深度按沖刷深1.08m開始起算。

3.3 對(duì)水利工程規(guī)劃的影響分析

根據(jù)《大清河流域防洪規(guī)劃》，白溝引河按恢復(fù)原設(shè)計(jì)流量500m3/s,進(jìn)行治理，堤防超高不足堤段進(jìn)行復(fù)堤加固，左、右堤堤項(xiàng)高程按設(shè)計(jì)水位以上2m考慮，頂寬8m，左、右堤設(shè)計(jì)邊坡均為1∶3。擬改建大橋處現(xiàn)狀左、右堤堤頂超高分別為1.1和3.2，左堤不滿足規(guī)劃超高要求，根據(jù)規(guī)劃將對(duì)左堤進(jìn)行加高培厚。

本次設(shè)計(jì)對(duì)舊橋上下游進(jìn)行加寬，規(guī)劃實(shí)施時(shí)橋位段將形成較大缺口，對(duì)白溝引河左堤按規(guī)劃加高培厚有影響。建議公路部門在跨越處左堤附近備足土料，以便來洪水時(shí)及時(shí)搶險(xiǎn)。

3.4 對(duì)上游村莊的影響分析

橋上游左岸為新蓋房村，村基高程約13.0m，白溝引河通過設(shè)計(jì)流量500m3/s時(shí)，該村處水位11.75m，考慮橋梁建設(shè)在此產(chǎn)生的壅水高度0.04m，該村仍滿足防洪要求，故橋梁建設(shè)對(duì)新蓋房村沒有影響。

3.5 對(duì)行洪影響分析

橋梁建設(shè)后，由于橋墩布設(shè)占用了河道過水?dāng)嗝妫斐珊拥郎嫌污账叨?.08m，壅水影響距離2051m，流速增大0.03m/s，對(duì)河道行洪有一定影響。建議對(duì)橋梁上下游河道兩岸加強(qiáng)護(hù)砌，護(hù)砌范圍為橋梁投影面及上游30m、下游50m范圍，并對(duì)河道上下游進(jìn)行清淤、清障，確保河道汛期行洪順暢。

橋梁跨徑偏小，對(duì)河道行洪不利，建議公路設(shè)計(jì)部門調(diào)整橋梁設(shè)計(jì)，跨徑不應(yīng)小于32m。

4 建議

（1）建議公路設(shè)計(jì)部門調(diào)整橋梁設(shè)計(jì)：橋梁跨徑增大至32m;河道內(nèi)橋墩與舊橋橋墩對(duì)應(yīng)布設(shè)；橋梁基礎(chǔ)埋設(shè)深度按沖刷深1.08m開始起算。

（2）建議對(duì)橋梁上下游河道兩岸加強(qiáng)護(hù)砌，護(hù)砌范圍為橋梁投影面及上游30m、下游50m范圍，并對(duì)河道上下游進(jìn)行清淤、清障，確保河道汛期行洪順暢。

（3）白溝引河左堤按規(guī)劃實(shí)施后，橋位段獎(jiǎng)形成較大缺口，建議公路部門在跨越處左堤附近備足土料，以便來洪水時(shí)及時(shí)搶險(xiǎn)。

［1］萬建忠，等.淺談防洪評(píng)價(jià)應(yīng)注意的幾個(gè)問題［J］.江蘇水利，2007（11）.

［2］左晚陽.關(guān)于穿越江河工程防洪評(píng)價(jià)的幾個(gè)問題［J］.水文與規(guī)劃，2005（3）.

［3］趙春林.太中銀鐵路汾河柳灣橋防洪評(píng)價(jià)分析［J］.山西水利，2010（4）.

［4］夏麗麗，吳敦銀.防洪評(píng)價(jià)中跨河橋梁壅水和沖刷計(jì)算探討［J］.江西水利科技，2010，36（4）.

［5］孫浩等.輸油管道穿越河道斷面的相關(guān)防洪評(píng)價(jià)分析［J］.水資源與水工程學(xué)報(bào)，2010，21（6）.

［6］李江海.橋梁防洪評(píng)價(jià)雍水計(jì)算方法淺析［J］.山西水利，2010.

［7］金瑞,等.青白江鐵路大橋防洪評(píng)價(jià)數(shù)值模擬研究［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（4）:510-513.

［8］張慧軍.沙河南章令大橋防洪影響評(píng)價(jià)［J］.河北水利水電，2004（2）:18-19.

［9］秦蓓蕾，李家沙特大橋防洪評(píng)價(jià)數(shù)值模擬分析［J］.黑龍江水專學(xué)報(bào)，2010,37（2）:26-28.

［10］付衛(wèi)東,等.河道管理范圍內(nèi)防洪評(píng)價(jià)中雍水分析計(jì)算［J］.東北水利水電，2010.