淺析跨河橋梁防洪評價

張云梅

為適應國家促進中部地區崛起戰略的總體要求，山西省高速公路發展迅速，路網規模由2008年年初的1 800 km，發展為建成、在建接近5 000 km。不可避免的要跨越部分河道，特別是壓縮河道、改移河道等對下游防洪影響較大。

依據《中華人民共和國水法》《中華人民共和國防洪法》《河道管理范圍內建設項目管理的有關規定》(水利部、國家計委水政[1992］7號文發布)和水利部《關于進一步加強和規范河道管理范圍內建設項目審批管理的通知》(水建管[2001］618號文)等有關法律、法規的規定:“在洪泛區、蓄滯洪區內建設非防洪建設項目，應當就洪水對建設項目可能產生的影響和建設項目對防洪可能產生的影響作出評價，編制洪水影響評價報告，提出防御措施。”作為重點工程的高速公路跨河大橋防洪評價必需通過現場實地勘查、實測資料分析計算，就項目建設后可能對河道防洪產生的影響進行分析評價，并提出相應的措施和建議。跨河橋梁防

洪評價需考慮橋梁的密度、橋梁的跨度、主河槽寬度、孔跨寬度、河道的沖刷與淤積、壅水高度和影響長度、橋梁下弦高程等因素的影響。

防洪評價主要包括項目建設與有關現有水利工程及規劃的關系及影響分析，項目建設是否符合防洪標準、有關技術和管理要求，橋梁跨越處河道設計洪水計算，項目建設對河道行洪的影響分析，項目建設對河勢穩定的影響分析，項目建設對堤防、護岸及其他水利工程和設施的影響分析，項目建設對第三人合法水事權益的影響分析，防洪影響綜合評價及建議八個方面的內容。

1 項目建設與有關現有水利工程及規劃的關系及影響分析

需通過現場察看、充分收集跨越段河道概況、流域概況、水文氣象、地形地貌、地質情況、水文泥沙、河道沖淤、河勢變化、河道演變、橋梁工程設計及干流、支流上已建水利工程、河道上下游城市、水利設施規劃等資料，并利用資料分析影響，針對卡口和畸彎進行有重點的清淤整治，對河槽過于狹窄段擴寬，對阻礙行洪的土臺、河心洲等清除，以理順河勢，保證行洪暢通。彎道頂沖段布置控導工程，以穩固河槽，并對險工險段進行防護。

2 項目建設是否符合防洪標準、有關技術和管理要求

高速公路橋涵設計洪水頻率首先應與《防洪標準》規定一致，滿足相關河道管理規定，同時應符合《公路工程技術標準》特大橋設計防洪標準為300年一遇，大橋、中橋、小橋、涵洞及小型構造物設計防洪標準為100年一遇的要求。

3 防洪評價計算

3.1 橋梁跨越處河道設計洪水計算

首先根據實測水文資料，歷年實測洪水系列，進行頻率分析計算，點繪洪峰—面積相關曲線，結合橋址以上流域面積，確定橋址斷面的設計洪水。

洪水頻率分析按照SL 44-2006水利水電工程設計洪水規范推薦的方法，按不連續系列計算經驗頻率，用矩法計算統計參數，采用P-Ⅲ型曲線進行適線，偏態系數Cs按經驗取Cv的倍比通過適線確定。在適線中盡量使頻率曲線通過經驗點據的中心位置，側重與上部和中部大水點據吻合。

3.2 河道泄洪情況計算

天然河道的河寬、河底高程沿程變化都比較大，因此河道設計洪水位計算按明渠恒定非均勻流進行水力計算，采用試算法推求天然河道的水面曲線。取相距為Δs的兩個漸變流斷面1和2(其中斷面2為下游斷面)，根據以下能量方程推求水面線:

其中，z1，v1和z2，v2分別為斷面1和2的水位和流速;Δhw為斷面1和2之間的水頭損失，Δhw=Δhf+Δhj。

沿程水頭損失Δhf可近似地用均勻流公式計算，即其中為斷面1和2的平均流量模數，計算時，取，謝才系數C可用曼寧公式計算。局部水頭損失Δhj是由于過水斷面沿程變化所引起的，可由公式計算，其中，為河段的平均局部水頭損失系數值與河道斷面變化情況有關。在順直河段=0;在收縮河段，水流不發生回流，其局部水頭損失很小，可以忽略，取在急劇擴散河段，可取1.0);在逐漸擴散河段，取

將Δhf和Δhj的關系式代入能量方程得:

上式等號右邊為已知量，以 B表示，左邊為 z1的函數，以f(z1)表示，即得:

計算時，假設一系列z1，計算相應f(z1)，當f(z1)=B時的z1即為所求。

3.3 沖刷深度計算

在自然情況下，河道中水流驅使床面泥沙運動，泥沙運動后的床面形態又影響水流結構，河流總是處在不斷的變化和發展過程中。當河流上興建了涉河建筑物以后，河床演變將變得更加迅速，由于受建筑物的影響，建筑物上游常產生水位升高、流速減緩、水流挾沙能力降低等現象，建筑物處則因斷面縮窄，流速增大而產生沖刷。河床沖刷一般包括岸坡沖刷和河床沖刷。

3.3.1 水流對岸坡沖刷計算

1)水流斜沖防護岸坡的沖刷。水流斜沖防護岸坡的沖刷深度按GB 50286-98堤防工程設計規范中的公式計算。

2)水流平行于岸坡的沖刷。水流平行于岸坡產生的沖刷按《水力計算手冊》中7-3-14式計算。3.3.2 水流對河床沖刷計算

1)河床一般沖刷計算。河槽沖刷計算采用JTG C30-2002公路工程水文勘測設計規范推薦的非粘性土河床的有關公式和方法進行。

2)河床局部沖刷計算。一般沖刷后墩前行進流速大于河床泥沙起動流速時，即當V＞V0時，河道中的墩臺局部沖刷按下式進行:

當V≤V0時:

當V＞V0時:

其中，hb為橋墩局部沖刷深度，m;Kξ為墩形系數;B1為橋墩計算寬度，m;V為一般沖刷后墩前行進流速，m/s;V0為河床泥沙起動流速，m/s;V0′為墩前泥沙起沖流速，m/s;Kη1為河床顆粒影響系數;n1為指數。

3.4 橋梁底部高程復核計算

根據JTG C30-2002公路工程水文勘測設計規范和JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范的規定，確定橋梁底部高程時按以下公式計算:

橋梁底部高程=設計洪水位(Hs)+壅水高度(ΔZ)+風壅增水高度(e)+橋墩沖高(Δh沖)+橋下凈空安全值(Δhj)。

各項分別計算如下:

1)壅水高度。壅水高度采用橋下壅水高度，其數據取橋前最大壅水高度的一半。

2)風壅增水高度、波浪高度計算。風壅增水高度e參考GB 50286-98堤防工程設計規范附錄C莆田實驗站風浪要素公式進行計算。

根據山西省水利勘測設計院1991年12月編制的《山西省水利工程建設常用地面氣候資料圖集》，查得大橋的風向和最大風速，最大風速轉換為自計風速。

設計風速采用多年平均年最大風速的1.5倍，由萬分之一地形圖量得最大風速與大橋法線夾角和洪水期風區吹程長度。

3)橋墩沖高計算。橋墩沖高按照《橋渡水文》(中國鐵路出版社，1993年)中的風浪要素公式進行計算。

4)橋下凈空安全值。根據JTG C30-2002公路工程水文勘測設計規范和JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范，按設計洪水位計算要求的橋下凈空高度。

4 防洪綜合評價

通過對河道基本情況分析、防洪評價計算，對項目建設對河道行洪，對河勢穩定，對堤防、護岸及其他水利工程和設施的影響，對第三人合法水事權益進行影響分析、綜合評價及建議。

5 工程影響防治措施

根據綜合評價結果對河道行洪影響提出增建導流涵洞、堤防加高加固、拆除臨建工程、河道疏浚恢復等防治措施;針對建橋后河道束窄，沖刷加劇的情況，提出河道堤防內側防護加固等沖刷影響防治措施;為保證救援通道在洪水來臨時的暢通，提出設置繞行至兩側附近橋梁下的防洪救援專用道路、兩側增加應急搶險救援用平交口等救援通道影響防治措施，以防救援搶險時的突發情況;同時提出減少對環境、水質影響的防治措施。

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