嚴寒地區跨橋梁工程防洪影響評價

周慧平，趙宏燕，李文娟

（內蒙古恒源水利工程有限公司，呼和浩特010018）

1 流域概況

綽爾河流域北鄰雅魯河，南鄰洮兒河，東鄰嫩江，流域西側以大興安嶺山脈為分水嶺與海拉爾河相鄰。流域為窄長型、地勢北高南低，流域內多森林及草原。

綽爾河流域屬中溫帶大陸性季風氣候區。春季干燥多風；夏季濕熱多雨；秋季晴冷溫差大；冬季嚴寒漫長。多年平均降水量426.5mm，降水量年內分配不均勻，6月～9月降水量約占全年降水量的84.2%，其中7月、8月降水量占全年降水量的53.9%； 多年平均氣溫3.4 ℃，歷年極端最高氣溫39.9 ℃，歷年極端最低氣溫-37.0 ℃。流域年最多風向為西北風，冬季西北風最多，夏季多偏西風。多年平均風速3.3m/s，多年平均最大風速18.6m/s。歷年最大凍土深度2.34m。

喇嘛洞大橋位于興安盟扎賚特旗楊樹溝林場東南5km處，建橋梁中心樁號為K17+900，已于2015年建成通車，屬于維護利用大橋，全長286.04m，孔跨結構14孔×20m。上部結構采用鋼筋混凝土預應力空心板，下部結構采用鉆孔灌注樁基礎，柱式墩，肋式臺，橋孔最小凈長252.24m。橋位區屬低山丘陵地貌，地形較平緩，起伏不大。

2 防洪評價

綽爾河干流上共有3個水文站，即塔爾氣、文得根、兩家子水文站。喇嘛洞大橋位于文得根水文站上游65～75km范圍內，且流域面積相差較小，本次防洪評價采用文得根站為參證站。測站以上集水面積12447km2。

2.1 洪峰流量

本次計算將洪水系列延長至2010年，經洪水調查可知，1998年實測最大洪峰流量5770m3/s，洪水重現期采用1998年洪水為1897年以來的第一位，即截止到2010年重現期為114年。本次防洪評價將文得根站實測洪峰系列的基礎上，再加入經過重現期處理特大洪水資料，根據SL44—2006《水利水電工程設計洪水計算規范》按不連續系列進行洪水頻率計算，理論頻率曲線線型采用P-Ⅲ型，特征值通過優化適線法確定，單站設計洪水成果如表1。

表1 文得根站洪峰流量各頻率設計值 單位：m3/s

根據GB50201—2014《防洪標準》及JTG B01—2014《公路工程技術標準》，對于二級公路而言，大橋的設計防洪標準100年一遇，洪峰流量5233m3/s。

根據GB50201—2014《防洪標準》及JTG B01—2014《公路工程技術標準》，對于二級公路而言，大橋的設計防洪標準100年一遇，洪峰流量5233m3/s。

2.2 洪水總量

喇嘛洞大橋橋位處控制流域面積與文得根水文站相差10.6%，本次在計算喇嘛洞大橋橋位處設計洪峰流量時，方法同上，喇嘛洞大橋橋位處流域面積11130km2，經計算，喇嘛洞大橋橋位處100年一遇，設計洪峰流量5233m3/s。

2.3 水面線計算

2.3.1 糙率的選定

查閱文得根水文站大水年洪水期實測成果表，結合該河段河床及堤防的邊界條件，選定主河槽糙率0.026，灘槽糙率取0.040。

2.3.2 評價河段起始斷面的水位

由于S204線浩饒山（興呼界）至察爾森段公路改建工程對于喇嘛洞大橋是舊橋利用，橋位處天然河寬864m，橋寬286m，其余為路基。因此，本次防洪評價在設計水面線推求時，在天然河道水面線（即路基和橋梁均未建設時）和路基橋梁均已建設兩種工況下進行。確定斷面100年一遇流量設計水位在工況1條件下400.22m，工況2條件下400.24m。如表3，表4。

2.3.3 跨河建筑物壅高計算

喇嘛洞大橋橋位處河道為天然河道，沒有堤防。根據JTJ062—2002《公路橋位勘測設計規范》，采用道布松公式計算，計算結果如表2。

表2 100年一遇洪水對橋梁影響 單位：m

由表2可知，喇嘛洞大橋橋位處100年一遇設計洪水位考慮橋梁壅水高、橋前水流沖高、凈空高后，低于橋梁下緣底高程0.33m，橋梁的建設滿足100年一遇防洪標準的要求。

2.3.4 水面線推求

本次防洪評價在設計水面線的推求時，在天然河道水面線（即路基和橋梁均未建設時）和路基橋梁均已建設兩種工況下進行。兩種工況的喇嘛洞大橋橋位上下游河道1%水面線推求成果如表3，表4。

表3 工況1水面線成果

表4 工況2水面線成果

2.4 壅水計算

2.4.1 壅水分析

本次防洪評價壅水計算采用JTJ062—2015 《公路工程水文勘測設計規范》中壅水計算方法。經計算，喇嘛洞大橋100 年一遇的墩前水流沖高值1.07m。本次防洪評價為安全起見，壅水計算不考慮沖刷產生的影響，即流速折減系數為1，沖刷系數為1。經計算，喇嘛洞大橋100年一遇的橋前壅水高度值如表5。

表5 100年一遇的橋前壅水高度成果

通過壅高計算分析發現，壅水高0.31m，壅水長150m，壅水后水位影響范圍均滿足要求，因此，本建設項目設計合理。

2.5 沖刷與淤積分析計算

建橋后，橋墩引起河床變形，洪水對墩臺基礎的沖刷包括其對河床的自然沖刷、一般沖刷和局部沖刷三部分。本次計算只考慮束窄河床引起的一般沖刷和橋墩阻水改變水流結構引起的局部沖刷。

2.5.1 一般沖刷

依據JTGC30—2015 《公路工程水文勘測設計規范》，對非黏性土河床進行計算，喇嘛洞大橋一般沖刷計算參數及成果如表6。

表6 一般沖刷計算參數及成果

2.5.2 局部沖刷計算

根據JTGC30—2015 《公路工程水文勘測設計規范》，對非黏性土河床橋墩的局部沖刷進行計算。計算參數及成果如表7。

表7 局部沖刷計算參數及成果

計算可知，總沖刷深度為一般沖刷深度和局部沖刷深度之和，即6.12m。

2.6 河勢影響

沿河路基布局大體上與水流流向一致，由于對河道不同程度的擠占，使河段水流流速加大，對河道的河勢產生一定的影響。大橋建設后，由于束窄河床、橋墩引起的水流變形等因素，使得橋位水流流速由3.26m/s增加到3.51m/s，增幅7.67%。由于沖刷加劇，對橋位上下游附近河段河勢穩定產生一定影響。

2.7 行洪安全影響

從行洪斷面看，100年一遇天然水面線398.34m時，行洪面積1604.40m2，其中大橋橋位所占行洪面積1488.60m2，占總行洪面積的92.80%。由此可見，該斷面的洪水過流以主槽為主，故喇嘛洞大橋的建設對橋位局部河段行洪產生一定影響。

由于橋墩擠占河道過水斷面，導致橋前產生壅水，綜合考慮設計洪水位、橋前壅水高、凈空高，與河道100年一遇設計洪水位進行比較，從橋高角度分析橋梁是否影響河道100年一遇的行洪安全，成果如表8。

表8 喇嘛洞大橋行洪影響 單位：m

從橋高角度分析，喇嘛洞大橋的建設對河道100年一遇的行洪安全影響較小。

3 結語

（1）喇嘛洞大橋橋位處100年一遇設計洪峰流量5233m3/s，與該處的防洪標準相適應。喇嘛洞大橋位于規劃建設的文得根水庫保護范圍外7.5km，喇嘛洞大橋建設不會對現有水利規劃產生不利影響。

（2）喇嘛洞大橋橋位處天然河寬864m，其中橋寬286m，大橋建設后，雖然沒有全橋跨河道，對橋位局部河段洪水的行洪產生一定影響，從橋高角度分析對河道100年一遇的行洪安全影響較小。當發生100年一遇洪水時，將橋位處100年一遇設計洪水位考慮橋梁壅水高、橋前水流沖高、凈空高后，低于橋梁下緣底高程0.33m。由此可見，從橋高角度分析，100年一遇洪水對喇嘛洞大橋的安全影響較小。

（3） 該橋橋位處水流流速由3.26m/s 增加到3.51m/s，增幅7.67%，由于沖刷加劇進對河勢穩定產生一定影響，需采取補救措施進行防沖刷護砌。建議對喇嘛洞大橋橋臺及兩側路基進行防護，同時對橋位下游100m范圍內的河道兩岸進行防沖刷護砌。