橋梁防洪評價(jià)與補(bǔ)救措施

謝靜

摘要：本橋梁工程位于懷來縣城內(nèi)，三堡街與濱河?xùn)|路交叉口處的東沙河上。通過對該橋梁進(jìn)行防洪評價(jià)計(jì)算，總結(jié)橋梁防洪評價(jià)要點(diǎn)及補(bǔ)救措施，為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：橋梁；雍水高度；沖刷深度；補(bǔ)救措施

1建設(shè)項(xiàng)目基本情況

三堡街中橋位于懷來縣城內(nèi)，三堡街與濱河?xùn)|路交叉口處的東沙河上；三堡街橋按城市主干路Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，計(jì)算行車速度取40公里/小時(shí)，雙向四車道，橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)采用城-A級，橋?qū)?8米；三堡街橋橋梁按斜橋斜做，設(shè)計(jì)采用4-16m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋，橋梁全長69米。

2防洪評價(jià)

2.1水文分析

2.1.1設(shè)計(jì)洪峰流量

本次評價(jià)東沙河流域無實(shí)測流量資料，設(shè)計(jì)洪水通過暴雨途徑推求，分別采用經(jīng)驗(yàn)公式和推理公式兩種方法進(jìn)行洪峰流量計(jì)算。

本次兩種方法計(jì)算成果相差很大。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)參考初設(shè)報(bào)告中計(jì)算成果，本次匯流計(jì)算最終采用推理公式法計(jì)算成果，其中20年一遇洪峰流量采用批復(fù)成果。

2.1.2河道洪水位計(jì)算

河道洪水位的推算采用河道恒定非均勻流水面線法，主要理論依據(jù)是能量守恒方程。經(jīng)計(jì)算，橋梁位置20年一遇洪水位526.40m，100年一遇洪水位527.52m。

2.2橋梁雍水計(jì)算及分析

在河道中布設(shè)的橋墩壓縮了天然河道行洪斷面，將在交叉斷面上游形成一定范圍的壅水。為了分析擬建工程與河道行洪的相互影響，需計(jì)算橋前壅水高度和壅水影響長度，本次參考《鐵路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10017-99）確定。

壅水高度按下式確定：

式中：△ZM——橋前最大壅水高度，m；

η——計(jì)算系數(shù)，根據(jù)阻斷流量和設(shè)計(jì)流量的比值不同取0.05～0.15；

v——天然河道斷面平均流速，m3/s；

■■——橋下平均流速，m3/s；根據(jù)規(guī)范求得。

壅水長度按下式確定：

式中：Ly——壅水曲線全長，m；

△ZM——橋前最大壅水高度，m；

I0——橋址河段天然水面坡度。

根據(jù)前述公式，本次計(jì)算了20年一遇、100年一遇兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的橋前最大壅水高度和壅水影響長度。計(jì)算成果見表3-2。

表2-2 三堡街橋壅水計(jì)算表

由上表可知，當(dāng)發(fā)生20年一遇河道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，擬建三堡街中橋的橋前最大壅水高度為0.17m，不滿足冀水建管[2016]132號文中規(guī)定的“無堤防河道，最大壅水高度應(yīng)控制在10cm以內(nèi)，山區(qū)河道可控制在15cm以內(nèi)”。擬建三堡街中橋橋前最大壅水高度不滿足要求。

2.3允許最低梁底高程

為了分析確定跨河橋梁底板是否滿足河道行洪及自身防洪安全的要求，需要分析跨河橋梁的允許最低梁底高程。本次評價(jià)跨東沙河橋梁梁底控制標(biāo)高按20年一遇洪水進(jìn)行控制，橋梁允許最低梁底高程由設(shè)計(jì)洪水位加相應(yīng)凈空確定，根據(jù)《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11-2011）相應(yīng)凈空為0.5m。其公式型式為：

式中：Hmin──橋梁底板最低高程（m）；

HS──設(shè)計(jì)最高洪水位（m）；

△hj──橋下凈空，根據(jù)規(guī)范取0.5m。

經(jīng)計(jì)算，三堡街橋設(shè)計(jì)最低梁底高程高于計(jì)算允許最低梁底高程526.90m，當(dāng)發(fā)生20年一遇洪水時(shí)，橋梁梁底是基本安全的。

4防治與補(bǔ)救措施

4.1橋梁布置問題及建議

經(jīng)本次復(fù)核，擬建三堡街中橋橋梁中心線與河道水流方向交角為60°，跨徑垂直于水流方向?yàn)?3.9m，橋墩阻水比為0.11，壅水高度為0.17m；橋面板交角、跨徑、橋墩阻水比、壅水高度不滿足冀水建管[2016]132號文要求。

建議建設(shè)單位對橋梁位置和布置進(jìn)行優(yōu)化，使橋梁軸線盡量與河道水流方向垂直，跨徑不小于20m。

4.2橋梁安全問題及建議

本次評價(jià)三堡街中橋梁底控制標(biāo)高按20年一遇洪水進(jìn)行控制，橋梁結(jié)構(gòu)按100年一遇設(shè)計(jì)進(jìn)行控制。

本次設(shè)計(jì)系梁埋置太淺，沒有考慮河道沖刷帶來的影響；建議系梁應(yīng)埋置在100年一遇河道地面沖刷線以下不少于0.5m。

4.3加劇河道沖刷問題及建議

橋梁建成后，整個(gè)橋梁相對原河道而言，由于橋梁橋墩的影響，水流受到了束縛和集中，使河道斷面流速加大，由現(xiàn)狀的3.51m/s提高至3.97m/s，橋墩周圍流速、流向局部變化，引起漩渦和折沖水流及床面切力，造成局部沖刷，將對河道主槽和岸坡穩(wěn)定產(chǎn)生一定影響。建議對橋梁投影及上游30m、下游80m范圍內(nèi)河道岸坡進(jìn)行防護(hù)，護(hù)砌高度至設(shè)計(jì)堤頂，護(hù)砌基礎(chǔ)埋深為河道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)20年一遇設(shè)計(jì)洪水沖刷線以下不小于0.5m。

5結(jié)語

本文對橋梁防洪評價(jià)計(jì)算理論進(jìn)行了闡述，專家評審滿足規(guī)范要求，為類似工程提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》（SL44-2006）[P].2006.

（作者單位：河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院）