省道S202蕭濉新河大橋防洪評價

楊保達, 范玉明

(1.宿州水文水資源局，安徽 宿州 234000；2.安徽水利水電職業技術學院，安徽 合肥 231603)

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省道S202蕭濉新河大橋防洪評價

楊保達1, 范玉明2

(1.宿州水文水資源局，安徽 宿州 234000；2.安徽水利水電職業技術學院，安徽 合肥 231603)

文章對改建蕭濉新河大橋橋址河段進行不同頻率水文計算、橋前壅水計算、橋下沖刷計算，根據計算結果分析評價橋梁改建后對防洪的影響以及洪水對橋梁自身安全影響，并提出相應的補救措施。

蕭濉新河大橋；防洪評價；措施

橋梁上部連續板懸臂翼緣板底出現多處大面積混凝土剝落、鋼筋外露、銹蝕，面積達0.8m×0.8m；整體板跨中底板出現橫向裂縫，其中多數橫向貫通；各跨整體板板底大量蜂窩麻面，后期經過修補；底板局部有鋼筋外露、銹蝕；另外，車輛通過時，整體板振動較為嚴重；0號橋臺右側側墻存在1條從整體板板端向臺后斜向45°發展裂縫，長度在2.0m左右，寬度最寬達5mm；其余橋臺外觀尚好；混凝土橋面鋪裝外業期間經過修復，目前狀況良好；伸縮縫為雜物堵塞，喪失伸縮功能；防撞護攔存在較多的豎向裂縫，局部表面鋼筋外露、銹蝕。為保障交通及橋梁安全，擬對橋梁改建，即留用老橋(左幅)，擬建新橋(右幅橋)，新橋梁中心線與老橋(左幅橋)中心線平行，橋梁全長233.40m。

1 防洪評價計算

1.1 水文分析計算

蕭濉新河橋橋址處河道水位、流量除受流域降水徑流因素影響外，還受上、下游水利工程控制運用影響，水文情勢復雜。本文設計流量根據《安徽省淮北地區除澇水文計算辦法》推求，設計水位由《淮北市中小河流治理規劃報告》中的有關分析成果推算。

(1)設計流量。橋址斷面位于蕭濉新河后黃里斷面上游約2.5km，根據《安徽省淮北地區除澇水文計算辦法》，采用100年1遇設計暴雨和經驗公式Q=0.026RF0.75推求設計流量，修峰系數取0.75，經分析計算，橋址斷面100年1遇設計流量為710m3/s，分析計算成果如表1所列。

表1 橋址斷面100年/遇設計流量計算成果表

(2)設計水位。橋址處設計水位根據《淮北市中小河流治理規劃報告》中蕭濉新河后黃里斷面設計水位上推算。根據后黃里斷面設計水位和河道比降，求得橋址處5年、20年1遇設計洪水位分別為：32.19m、34.43m。

根據50年、100年1遇設計流量，由河段比降、河床糙率及河道斷面資料，采用曼寧公式推求，中泓糙率采用0.025，灘地糙率采用0.0325，河道比降采用0.01%。

經計算，橋位處50年、100年1遇設計洪水位為35.07m、35.92m。不同頻率設計洪水分析計算成果表2所列。

注：表中50年、100年設計水位按照兩岸堤防向上延伸、認為洪水堤內行洪推算。

1.2 壅水分析計算

(1)橋下過水面積計算。根據《橋渡水文》，橋下過水面積計算公式為：

(1)

(2)

(3)

其中，wx為橋下需要過水面積，等于天然河道設計水位下過水斷面面積m2，wg為橋下供給面積，為設計水位以下河床以上扣除前端投影擋水部分的凈過水面積(m2)；wd為橋墩阻水投影面積總和；Qp、Vp分別為設計流量，m3/s、設計流速(m/s)；η為橋墩水流側向壓縮系數，取值范圍為0.85～1.0，當橋孔跨徑大于50m時，η=1；α為橋梁軸線的法線與水流方向的夾角；P為沖刷系數。橋下過水面積及沖刷系數的計算成果如表3所列。

從表3計算結果可知，大橋建成后遇不同頻率洪水，橋下沖刷系數均小于允許沖刷系數1.4，說明本大橋橋墩設計布置符合相關技術規定要求。

表3 蕭濉新河大橋橋下過水面積及沖刷系數計算表

(2)壅水計算。壅水高度采用經驗公式計算：

(4)

(5)

經計算，蕭濉新河大橋5年、20年、50年、100年1遇洪水條件下，橋前壅水高度分別為0.010m、0.014m、0.018m、0.019，壅水曲線長度分別為200.0m、280.0m、360.0m、384.0m。

蕭濉新河大橋橋前壅水高度及長度計算結果如表4所列。

表4 蕭濉新河大橋橋前壅水高度、壅水曲線長度計算成果表

1.3 沖刷分析計算

根據蕭濉新河橋橋位處地質勘探資料，橋位處河床質組成為粘性土，根據《公路橋位勘測設計規范》(JTJ062-91)推薦的橋下一般沖刷和局部沖刷計算公式，對不同頻率洪水條件下河道沖刷進行分析計算。

河槽部分一般沖刷計算公式為：

(6)

河灘部分一般沖刷計算公式為：

(7)

計算成果如表5所列。

局部沖刷計算，Kξ取1.0，局部沖刷計算成果如表6所列。

經分析計算，在5年、20年、50年、100年1遇設計洪水條件下，河槽一般沖刷深度分別為0.49m、1.02m、1.36m、1.45m，河灘一般沖刷深度分別為0m、0.17m、0.33m、0.47m，橋墩局部沖刷深度分別為0.73m、1.44m、1.67m、1.79m。

表5 蕭濉新河大橋一般沖刷計算成果表

表6 蕭濉新河橋橋墩局部沖刷計算成果表

2 防洪綜合評價

2.1 對河道行洪能力的影響

建橋后，由于橋墩阻水減少了河道有效行洪斷面面積，降低了河道行洪能力，并在橋前形成壅水。建橋后如果保持河道設計水位不變，以原設計流量與橋下通過的流量之差稱作為減少行洪流量。不同頻率洪水條件下，橋墩阻水減少行洪流量計算結果如表7所列。從計算結果看，橋梁建設對河道行洪能力有一定影響。

表7 蕭濉新河大橋對河道行洪能力影響分析成果表

2.2 橋梁防洪標準以及與有關技術、管理要求的適應性分析

蕭濉新河大橋所在河段防洪標準為20年1遇，橋梁設計洪水頻率標準100年1遇，符合相關規范、標準要求。

橋址100年1遇設計洪水位35.92m，橋梁設計梁底高程在36.60m以上，符合《公路工程水文勘測設計規范》中規定的不通航河道橋下凈空安全值不少于0.5m的要求。

工程所在河段防洪標準為20年1遇，考慮蕭濉新河中長期防洪規劃要求，河段防洪安全水位按50年1遇洪水位(35.07m)控制，橋梁設計梁底高程符合《安徽省實施<中華人民共和國河道管理條例>辦法》中跨越河道(包括干堤外灘圩)的橋梁、棧橋等建筑物，其梁底應高出河道設計洪水位1m以上的規定。

2.3 對河勢穩定的影響分析

建橋后，水流形態更為復雜，沖刷加重，一般沖刷坑深度在0.49m～1.36m之間，局部沖刷坑深度為0.73m～1.67m。因此，建橋對河勢穩定有一定影響，并威脅橋梁自身安全。

2.4 與堤防連接方式評價

(1)橋墩布置。根據蕭濉新河大橋設計方案，新建橋(右幅橋)2～10號橋墩布置在河槽內，其余橋墩布置在河灘上(蕭濉新河橋右幅橋橋墩布置圖略，下同)。

橋梁設計橋墩軸線與水流方向斜交，且新橋(右幅橋)設計橋墩和老橋(左幅橋)橋墩錯位布置，將增大橋墩阻水面積，對橋位處水流流態影響較大，會加重對岸坡及河勢穩定的影響。

(2)與堤防連接方式評價。蕭濉新河大橋設計過堤方式為平交，橋梁與河堤連接處嚴格按有關規范要求施工，過渡段處理較好，不影響堤防安全，滿足交通、防汛搶險、管理維修等方面的要求。橋墩設計第0號、14號橋墩布置在堤防迎水坡堤腳附近，可能對堤防安全產生一定的影響。

2.5 對防汛搶險的影響評價

橋梁設計橋面與大堤平交，為不影響堤頂作為防汛道路使用，參照《堤防工程設計規范》(GB50186-98)和《公路橋涵設計通用規范》(JTJ021-89)中的有關規定內容，應對橋位附近堤防做加高處理，使橋梁左右兩端與原有河道大堤漸變平順連接，連接長度按縱坡不大于5%計算，以滿足交通、防汛搶險、管理維修等方面的要求。

3 防洪影響補救措施

3.1 對河道行洪能力影響補救措施

針對橋位斷面實際情況，結合橋位河段地質資料，為了最大限度地降低建橋對河道行洪及排澇能力的影響，建議采取斷面補償措施。結合河道規劃情況，橫斷面補償面積按20年1遇洪水橋墩阻水面積(54.0m2)的1.2倍進行設計，開挖河槽橫斷面面積為64.8m2；縱向開挖長度宜為大橋中心線上游100m、下游150m范圍。開挖面采用漸變線與上下游灘唇平順連接(斷面補償立面圖、平面示意圖略)。具體工程補償方案，應委托有相應資質的單位進行設計，并納入橋梁總體設計方案中。

3.2 對堤防、灘前岸坡及河底穩定影響的防治措施

鑒于橋梁建設對岸坡造成沖刷影響，建議采取工程防治措施。具體為對大橋中心線上、下游各50m范圍的堤防迎水坡及灘前岸坡進行漿砌石護砌，對河底采用干砌塊石護砌，護砌寬度為橋梁中心線上下游各20m。

3.3 擬建工程與堤防銜接部分防護措施

橋梁設計第0、14號墩臨近左岸堤防兩側布設，橋梁建設可能會引起堤防滑坡、滲漏，影響堤防防洪安全及橋梁自身安全。建議建設部門委托相關資質部門，在下階段橋梁設計階段對擬建工程與堤防銜接部位做專項設計，報水行政主管部門審批。并將該專項設計方案及工程量納入橋梁設計與建設中。

4 結束語

通過對大橋橋址河段不同頻率水文計算、橋前壅水計算、橋下沖刷計算，根據計算結果分析評價橋梁改建后對防洪的影響以及洪水對橋梁自身安全影響，并提出相應的補救措施，有一定實際意義。

[1] JTJ021-89，公路橋涵設計通用規范[S]．

[2] GB50186-98, 堤防工程設計規范[S]．

[3] 安徽省.實施<中華人民共和國河道管理條例>辦法[Z]．

(責任編輯 胡 進)

Flood control evaluation of Xiaosui New River bridge of provincial highway S202

YANG Bao-da1, FAN Yu-ming2

(1.Suzhou hydrology and water resources bureau, Suzhou, 234000，China; 2.Anhui Technical College of Water Resources and Hydroelectric Power,Hefei 231603,China)

Different frequency hydrological calculation, bridge front backwater calculation, under the bridge scour calculation of the reconstruction of Xiaosui River Bridge site reach are given, according to the calculation results.The influence of bridge reconstruction on flood control and the influence of flood on the bridge themselves are analyzed, and puts forward corresponding remedial measures.

Xiaosui New River Bridge;flood control evaluation;measures

2015-06-25；

2015-09-14

楊保達(1969-)，男，安徽宿州人，工程師，從事水文水資源工作。

10.3969/j.issn.1671-6221.2015.04.006

TV8

A

1671-6221(2015)04-0017-05