橋頭渡槽跨朱家川河防洪評價

史玉潔

（山西省中部引黃工程建設管理局，山西 太原 030012）

1 工程概述

橋頭渡槽位于保德縣橋頭鎮(zhèn)，上跨朱家川河，上游方向與2#暗涵相接，下游方向通過3#暗涵與2#隧洞相連。朱家川河溝底地面高程957.0 m 左右，底寬約80 m，河谷呈“U”型，岸坡陡立，底部近乎直立，上部較緩。渡槽在樁號總15+657（改）～總15+667（改）段下部有神保線公路穿過。渡槽為5 孔，槽墩采用C35 鋼筋混凝土矩形空心墩，下接承臺。樁徑1.8 m，樁長12 m～18 m，共28 根。橋頭渡槽設計洪水標準為50 年一遇，校核洪水標準為200 年一遇。

2 渡槽槽墩、基礎與河道位置關系

朱家川河在神池、五寨境內(nèi)為上游，河曲、保德段為下游。上游河道屬寬淺型河谷，其間大部分干流河床寬淺，縱坡平緩，岸灘開闊，比降約為4‰，行洪河槽介于60 m～140 m 之間。干流下游進入河曲，由寬淺型河谷逐漸變?yōu)檎钚蜏喜郏?jīng)保德匯入黃河，行進于黃土丘陵之間，在61 km 的距離內(nèi)，落差達400 m，平均坡降7‰。由于洪水期水流急湍，形成目前河道深切，兩岸陡峻，河底基巖出露的“V”型狹谷河道，較窄處寬度僅10 余米。干流由保德橋頭鎮(zhèn)至花園村為河流出口段，該段處于黃河沿岸土石山區(qū)，河谷較寬，冰期水寬可達100 余米。

橋頭渡槽橫跨朱家川河，0#和5#橋臺、1#和4#槽墩設置在陡峭的半山坡上，2#和3#槽墩位于朱家川河內(nèi)，2#槽墩、3#槽墩布置型式及與河道位置關系見圖1。

2#槽墩位于右岸河床內(nèi)，地面高程為956.33 m，橋墩基礎厚3.5 m，其下為樁基礎，樁深18 m。3#槽墩位于左岸河岸邊，地面高程為962.31 m，橋墩基礎厚3.5 m，其下為樁基礎，樁深18 m。根據(jù)地質(zhì)資料揭示，需對持力層地質(zhì)灰?guī)r、豹皮灰?guī)r巖體較破碎處進行固結(jié)灌漿。

圖1 橋頭渡槽2#、3# 槽墩位置圖

3 防洪評價計算

3.1 橋頭站設計洪水

橋頭水文站的洪峰流量計算成果為：P=5%洪峰流量1560 m3/s，P=2%洪峰流量 2530 m3/s，P=0.5%洪峰流量 4160 m3/s。橋頭站設計洪水成果見表1。

表1 橋頭站設計洪水成果表

3.2 洪水成果合理性分析

本次對橋頭站2009 年～2015 年洪峰流量調(diào)查，無較大洪水發(fā)生，且1956 年～2008 年53 年洪水系列中包括了豐、平、枯各種年份，故認為采用1956 年～2008 年53 年洪水系列是合理的。橋頭水文站無歷史調(diào)查洪水記載，在洪水系列成果中1967年實測洪水最大，最大洪峰流量為2420 m3/s，距今已有50 年，與P=2%洪峰流量2530 m3/s 接近，故認為本次設計洪水采用成果是合理的。故渡槽位置處20 年、50 年和200 年一遇洪水的洪峰流量分別為1560 m3/s，2530 m3/s 和4160 m3/s。

3.3 下游初始斷面水位～流量關系

橋頭渡槽下游138 m 處為一座小村橋，小村橋橋孔斷面為城門洞型，上部為圓拱形，拱高2 m，下部近似為矩形，底寬10 m，高9 m。橋下河道斷面窄深，在上下游河道中恰好形成一個卡口，符合水面線初始斷面的選擇要求，故作為水面線計算的初始斷面。采用堰流公式進行計算，計算結(jié)果見表2 及圖2。在水位～流量關系圖上查得：洪峰流量為1560 m3/s 時，相應洪水位為967.94 m；洪峰流量為2530 m3/s，相應洪水位為969.46 m；洪峰流量為4160 m3/s 時，相應洪水位為971.50 m。

表2 水位～流量關系計算成果

圖2 橋頭渡槽下游138 m 處小村橋水位～流量關系圖

3.4 水面線計算結(jié)果

依據(jù)本次測量縱、橫斷面資料、洪峰流量及初始水位計算成果，對渡槽建設前后兩種工況分別進行水面線計算，以此分析工程建設對河道泄洪的影響。

渡槽建設前后水面線計算結(jié)果見圖3 及圖4、圖5，發(fā)生20 年一遇洪水，渡槽建設前后洪水位均在兩岸岸坡之內(nèi)，不影響河道行洪。發(fā)生50 年一遇洪水，渡槽建設前、后洪水位局部地段高于現(xiàn)狀左岸神保公路。

圖3 橋頭渡槽建設前后河道縱斷面及水面線圖

圖4 橋頭渡槽建設前河道斷面及水位示意圖

圖5 橋頭渡槽建設后河道斷面及水位示意圖

3.5 壅水高度及范圍分析

依據(jù)以上水面線計算成果，對工程建設后的壅水影響進行分析。渡槽建設后，位于河道內(nèi)的槽墩占據(jù)過水面積，增大了水流阻力，造成河道一定范圍內(nèi)水位壅高，行洪能力降低。發(fā)生20 年一遇洪水時，槽墩阻水比17.18%，渡槽跨河處水位壅高0.09 m，壅水長度為303 m。發(fā)生50 年一遇洪水時，槽墩阻水比16.96%，渡槽跨河處水位壅高0.12 m，壅水長度為429 m。發(fā)生200 年一遇洪水時，槽墩阻水比16.92%，渡槽跨河處水位壅高0.23 m，壅水長度為643 m。

3.6 沖刷分析計算

根據(jù)中部引黃工程橋頭渡槽地質(zhì)資料及橋頭渡槽技施地質(zhì)縱斷圖，河床上層碎石土及卵石混合土層（厚度0～3 m）施工前已全部挖除，渡槽基礎（厚3.5 m）持力層中的灰?guī)r、豹皮灰?guī)r巖體較破碎處進行固結(jié)灌漿。因此橋墩基礎已埋設至巖基上，巖基不易被沖刷。

3.7 渡槽梁底部高程復核計算

渡槽梁底部高程復核計算成果見表3。經(jīng)復核，橋頭渡槽梁底部高程應高于976.14 m，橋頭渡槽設計梁底板高程為1018.25 m，遠高于本次復核結(jié)果，因此渡槽設計滿足防洪標準。

4 防洪綜合評價

渡槽的建設對河道行洪有一定影響。橋頭渡槽橫跨朱家川河，槽墩基本順水流方向布置，當發(fā)生20 年一遇洪水時，橋頭渡槽槽墩阻水比為17.18%，對流速及水流方向有一定改變。橋頭渡槽3#槽墩緊鄰左岸岸坡，距神保公路約10 m，在槽墩施工過程中，需要開挖地基，可能造成岸坡的損毀，對岸坡的穩(wěn)定有影響。渡槽建設造成的河道上游壅水，不會影響河道防洪安全。橋頭渡槽位置處左右岸均無提防，而渡槽梁底高程為1018.25 m，凈高為50 m 左右，遠大于5 m，不影響防汛搶險。因此，渡槽在運行期間對防汛搶險無影響。橋頭渡槽建成后，當發(fā)生50 年一遇洪水時會淹及左岸神保公路。渡槽建設后，槽墩墩柱束窄河道，造成橋位一定范圍內(nèi)水位壅高，壅水范圍為429 m，上游257 m 處神朔鐵路橋壅高僅為0.04 m～0.16 m，不會影響到鐵路橋正常運行。渡槽在施工過程中，必將對局部地表進行擾動，而且要永久或臨時占用河道或水利工程管理范圍內(nèi)土地。

表3 渡槽梁底部高程復核計算成果表 單位：m

5 工程影響防治措施

橋頭渡槽槽墩距離岸坡較近，在槽墩施工過程中，需要開挖地基，可能造成岸坡的損毀，建議渡槽管理部門應與河道管理部門協(xié)商對渡槽、河道以及河岸的管理。在施工過程中如若對岸坡造成損壞，完工后應按原狀對其進行恢復，并請當?shù)厮姓鞴懿块T進行驗收。渡槽建設造成的渡槽上游壅水，不會影響河道的洪水標準。

渡槽建成后，發(fā)生50 年一遇洪水時會淹及左岸神保公路。鑒于神保公路上游1 km 內(nèi)已進行過防護，故本次不再提出防護措施。

6 結(jié)論

1）橋頭渡槽設計防洪標準為50 年一遇，校核防洪標準為200 年一遇，工程涉及朱家川河道段防洪標準為20 年一遇，均符合防洪要求。

2）本工程涉及朱家川河道20 年、50 年和200 年一遇洪水的洪峰流量分別為1560 m3/s，2530 m3/s 和4160 m3/s。

3）發(fā)生20 年一遇洪水時，橋頭渡槽槽墩阻水比17.18%。槽址上游最大壅水高度為0.09 m，壅水長度為303 m。

4）橋頭渡槽橋墩基礎已埋設至巖基上，巖基不易被沖刷。

5）橋頭渡槽梁底板高程遠高于本次復核結(jié)果，滿足200 年一遇校核防洪標準。