高速公路涉河橋梁防洪影響評價研究

黨思思

（陜西黃河生態工程有限公司,陜西 西安 710021）

0 引言

跨河橋梁施工是以河道行洪斷面為基礎的,是重要的渡河建筑物[1]。建設施工時河道行洪斷面縮短,這使得河道安全正常運行存在風險[2-3]。因此,需要對其進行防洪影響評價,減輕對現有水利工程、河道行洪等的不良影響,這也是河道管理重要內容之一[4-5]。本文針對跨河橋梁對河道防洪的影響進行評價分析。

1 工程概況

擬建麟游至法門寺高速公路,由絳法高速公路向北延伸至麟游縣城,是南北向的銀昆高速（G85）和福銀高速（G70）的加密和完善,全長46.185 km,沿線跨河橋梁35 座,選取具有代表性的三座大橋進行分析計算：九成宮特大橋位于縣北河；漆水河大橋位于漆水河；西叉溝大橋位于美陽河。

縣北河（澄水河）：是麟游縣境內漆水河左岸一級支流。發源于頁嶺南麓的麟游縣招賢鎮閣頭寺村楊家溝,在九成宮鎮以東城關村匯入杜水河。流域面積161 km2,干流長22.9 km,河道平均比降12.7‰,平均最大流量為每秒16.8 m3/s,含沙量少,河水清澈。

漆水河：是渭河左岸一級支流,位于寶雞和咸陽交界。發源于寶雞市麟游縣招賢鎮西北永豐村硬里溝,干流全長152 km,流域面積3824 km2,河道平均比降4.7‰。多年平均徑流量2.07 億m3,年平均流量6.56 m3/s。

美陽河：是扶風縣韋水河左岸一級支流。發源于扶風縣北部喬山石槽澗。干流長36 km,流域面積230.4 km2,河道平均比降11.6‰。年總徑流量1213.7 萬m3。

2 防洪評價計算

2.1 設計洪水分析計算

本研究評價橋梁涉及的河流均屬無水文資料河段。因此,本次評價采用的設計洪水計算方法主要是《寶雞市水文手冊》和《陜西省暴雨洪水圖集》擬采用“地區經驗公式法”“由暴雨資料推求設計洪水法”和“面積水文比擬法”。沿線各橋梁流域特征值,見表1。

表1 沿線各橋梁流域特征統計

2.1.1地區經驗公式法

根據《寶雞市水文實用手冊》（1988年2月）經驗公式和項目所處位置,查得經驗公式為：

式中：Qp為設計頻率為P的洪峰流量,m3/s；F為設計流域面積,km2；J為主河道平均比降,‰；H6p為設計頻率為6小時的暴雨量,mm。

根據《寶雞市水文實用手冊》中分區確定各參數以及計算結果分別為：九成宮特大橋洪峰流量為589 m3/s、漆水河大橋洪峰流量為737 m3/s、西叉溝大橋洪峰流量為111 m3/s。

2.1.2 設計暴雨推求設計洪水

（1）設計暴雨計算

根據《陜西省中小流域暴雨洪水圖集》《寶雞市水文手冊》以及橋位斷面以上的流域及河道特征計算設計暴雨,計算時段采用1 h,取Cs=3.5Cv,按照公式（2）計算,12 h的設計點暴雨按照公式（3）、（4）計算。點面系數a的計算公式和面雨量計算公式分別為式（5）和式（6）計算。

式中：為點面系數；a、b為參數；F為流域面積,km2。

式中：γ為流域修正系數,計算方法為γ=1.086×F-0.036。

（2）產流量計算

根據《水文手冊》寶雞渭河以北地區損失量計算式,推求扣損之后的各時段凈雨量,計算結果見表 2。

表2 不同設計頻率的凈雨時程分配

（3）匯流計算

用《水文手冊》提供的推理公式進行設計洪峰流量的推求。

① 推理公式的基本形式如下：

1）當流域產量歷時大于匯流歷時（tc>τ）,屬全面積匯流:

2）當流域產量歷時小于匯流歷時（tc<τ）,屬部分匯流:

② 洪峰流量計算：

a.計算匯流參數m,計算公式為：

b.計算Qm~τ曲線,假設Qm并將m、L、J值代入公式：

c.計算Qm~t曲線,將累計凈雨過程代入公式：

d.采用圖解法推求洪峰流量,經推算,橋位洪峰流量計算成果見表3。

表3 匯流參數及暴雨推求設計洪水成果

2.1.3 水文參證站法推求設計洪水

渭河以北河流可采用安頭水文站作為參證站計算橋位設計洪水。安頭水文站集水面積為1007 km2,根據參證站設計洪水計算成果,推求橋位處設計洪水,計算成果見表4。

2.1.4 橋位斷面設計洪水流量計算成果的比選與評價

本研究三座橋梁均無水文資料,采用三種方法計算成果見表4,經比較,采用安頭水文站作為參證站的水文比擬法計算成果整體偏小。經過分析,九成宮大橋和西叉溝大橋選用暴雨推求設計洪水法,漆水河大橋選用水文比擬法。

表4 橋位斷面設計流量計算成果 單位：m3/s

2.2 設計洪水位分析計算

根據項目區所在情況不同,一般選用曼寧公式法和能量守恒法。經過分析計算得出,九成宮特大橋采用能量守恒法計算,設計洪水位為1009.62 m,漆水河大橋和西叉溝大橋采用曼寧公式法計算,設計洪水位分別為987.75 m和754.22 m。

2.3 壅水、浪高分析計算

（1）壅水分析計算

根據《公路工程水文勘測設計規范》《公路橋位勘測設計規范》和《橋涵水文》推薦的壅水計算公式和方法進行壅水計算,計算結果見表5。

（2）浪高分析計算

參考《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。波浪高度按《公路橋涵設計手冊·橋位設計》和《鐵路工程水文勘測設計規范》中推薦的風浪要素公式進行計算,結果見表5。

（3）橋梁底部高度評價計算

本項目區橋位工程河段均無通航要求。橋梁的最低下弦高程根據《公路工程水文勘測設計規范》（JTGC 30 -2015）和《公路橋位勘測設計規范》（JTJ 062 -91）和《公路橋涵設計通用規范》（JTGD 60 -2004）計算,計算結果見表5。由表5 可知,各橋梁的梁底下弦高程滿足要求,并有一定富余。

表5 壅水、浪高和橋梁底部高度計算結果表

2.4 沖刷分析計算

根據相關標準,利用實測橋位河道斷面資料,河床泥沙粒徑資料,設計洪水資料以及水文、地質條件,分析確定沖刷計算參數,計算成果見表6。根據計算結果,將涉河橋墩的基礎埋深高程與最低沖刷高程進行比較,最低沖刷高程均遠遠高于橋墩的基礎埋深高程。

表6 涉河橋梁工程斷面沖刷計算及最低沖刷線評價成果

3 結論與建議

（1）經向當地河道管理處調查與咨詢,本項目跨河橋梁橋位所在河段無在建或相關水利規劃。因此,項目建設與現有水利規劃不矛盾,且不會影響現有橋位河段治理工程的規劃與實施。

（2）根據《公路橋涵設計通用規范》（JTGD 60 -2004）和本文分析計算,九成宮特大橋300 年一遇洪水位為1009.62 m,橋梁設計梁底下弦高程為1018.86 m；漆水河大橋、西叉溝大橋100 年一遇設計洪水位分別為為989.73 m、754.22 m,橋梁設計梁底下弦高程分別為1024.14 m、818.61 m,三座橋梁梁底下弦高程均滿足行洪要求。

（3）經計算大中橋建成后在300 年一遇設計洪水標準時,九成宮特大橋橋下壅水高度為0.62 m,最大壅水長度為75.19 m,橋位斷面沖刷總深度為6.06 m。100 年一遇設計洪水標準時,漆水河大橋、西叉溝大橋橋下壅水高度分別為0.73 m、0.50 m,最大壅水長度分別為74.91 m、53.37 m。涉河橋梁河道對第三者影響不大。

（4）根據沖刷計算表可以看出,水流沖刷的影響深度（水面以下）在4.63 m~10.66 m之間,最低沖刷高程均遠遠高于橋墩的基礎埋深高程。但主河槽中間橋墩較少,橋梁跨徑較大,基本沒有改變河勢的水流影響條件。因此,經河勢分析,大橋建設對河勢穩定影響不大。

（5）項目建設橋梁為高架橋梁,全線多次跨越鄉間道路和省道S306 線,經勘查計算分析,九成宮特大橋、漆水河大橋設計梁底凈空均滿足設計要求,項目建設對防洪搶險通行無影響。

（6）根據設計資料,考慮行洪安全,建議對與河道洪水流向存在較大夾角的橋梁,盡量增大孔跨。對于順河橋梁,進行布局優化,盡量減少對河道的影響。河道主槽內的橋梁建議安排在非汛期施工,工程施工期間應加強管理,合理組織施工,減小對河道周圍環境的破壞和影響。