喀拉喀什河建橋河段防洪堤設計分析

李 亮

（塔里木河流域干流管理局,新疆 庫爾勒 841000）

為不斷完善流域防洪工程體系,強化工程河道防洪措施,戰勝大江大河大湖嚴重洪澇災害,保障群眾和河道安全[1]。通過綜合采取“攔、分、蓄、滯、排”措施,大江大河基本形成河道及堤防、水庫、蓄滯洪區為主要組成的流域防洪工程體系,基本具備防御實際發生的最大洪水能力,在保障人民群眾生命財產和重大基礎設施安全方面發揮了重要作用[2]。通過綜合運用工程和非工程措施,成功戰勝了多次大洪水。據文獻記載[3],近十年我國洪澇災害年均損失率由0.57%下降到0.31%,有力保障了人民群眾生命財產安全和供水安全、糧食安全,保障了經濟社會穩定運行。

1 工程概況

喀拉喀什河發源于喀喇昆侖山北坡開拉斯山,河長29.8 km。跨河K54+500 大橋地理位置起點坐標東經79°53′39.61′,北緯37°27′7.23′,終點坐標東經79°53′14.53′,北緯37°27′18.67′,橋長787 m,橋梁設計汽車荷載采用一級公路標準建設,結構類型為26 m×30 m 裝配式預應力混凝土小箱梁,設計洪水頻率標準100年一遇。工程位于墨玉縣英也爾鄉玉依買庫勒境內,47 團至國道580 公路在K23+556.5～K24+343.5 段跨喀拉喀什河后經玉龍喀什河特大橋及公路連接國道580,擬建工程將解決隔河相望、車輛繞道通行的現狀問題,改善兩河四岸三縣人民交通往來,打通47團對外交通首要出口公路和干線公路,極大促進地區經濟發展。

2 河道防洪堤設計

2.1 防洪堤布置

由于建設標準高,對應洪峰流量大,興建大橋后,跨河大橋處上下游左右河道兩岸土堤不能抵御洪水能力不滿足要求,因此,實施如下工程防治措施：①跨河大橋斷面河道兩岸整治方案采用防洪堤壩,其中上游左右岸防洪堤壩長均為200 m,采用C20 現澆砼襯砌護坡；下游左右防洪堤壩長均為150 m,采用為C20 現澆砼襯砌護坡。②根據流域防洪規劃的要求,堤線應與河勢流向相適應,結合河道整治寬度,并兼顧現有防洪工程位置及河岸穩定情況進行布置,大橋工程位于樁號K54+500 河段,河槽寬度大,主流左右擺動而且漢流多,河床總寬度在300 m～800 m,而計算的穩定河槽寬度為275 m,兩岸河段基本沒有永久性防洪工程,因此,直線河段沿自然河岸布置,在彎曲河段,根據河道的自然趨勢裁彎取直,防止河道左右擺動。③本次防洪堤岸段河道自西南向東北流向,河道相對順直,左岸堤線上游規劃指導線向河岸灘地偏移80 m 左右,左岸下游段,右岸上下游段與現有堤線基本一致,左右岸基本平行布置,控制河床寬度在500 m。

2.2 設計斷面及參數

（1）斷面選取：大橋中心樁號對應河道樁號為K23+950。本次選取計算特大橋上游K54+300～K54+500 段河道及下游K54+500～K54+650 段河道。計算斷面為K54+300、K54+500、K54+650。

（2）設計洪峰流量：建設跨河大橋前河道段不屬于重點防洪段, 設計防洪標準為10年一遇, 對應洪峰流量為295 m3/s。建設特大橋后,設計汽車荷載為公路Ⅰ級的大橋,保護對象為特大橋,該段列入河道的重點防洪段范圍[4],設計洪水頻率標準為100年一遇,對應洪峰流量為1430 m3/s。

（3）設計水面線：實測河道54+300、54+500、54+650處斷面,依據防洪規劃報告成果,糙率n 取0.03,河道縱坡0.000725。河道各斷面計算水面高程成果表見表1。

表1 河道各斷面計算水面高程成果表

（4）設計洪水位的確定：通過以上各斷面計算水面高程所得結果,繪制河道計算洪水位線,在此洪水位線基礎上,得出設計水面線縱坡。設計水面高程計算表見表2。

表2 設計水面高程計算表

（5）堤頂高程：堤頂高程為設計水面線加上堤頂超高。基于以上計算成果,確定堤頂高程,結果見表3。

表3 堤頂高程計算結果表

2.3 設計計算分析

2.3.1 沖刷深度計算

（1）沖刷深度計算

按照《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）公式進行計算[5]：考慮到由于河床主流擺動可能,故順堤沖刷深度選取水流平行岸坡與斜沖防護岸坡兩種情況進行相應地計算分析。

當水流平行岸坡時,按下式計算：

式中：hB為從水面算起的局部沖刷深度,m；hP為沖刷位置的水深,m；VCP為平均流速,m/s；V允為河床面上允許不沖流速,V允=1.3 m/s；n 為系數,一般取n=1/4。

計算結果見表4。

表4 水流平行于岸坡沖刷深度計算

（2）水流斜沖岸坡

式中：Δ hP為以河底為基底的局部沖深,m；為水流流向和岸坡交角,（°）；m 為建筑物迎水面邊坡系數；d 為坡腳河床砂粒徑,cm；Vj為水流局部沖刷流速,m/s。

將以上數據代入上式,所得結果見表5。

表5 水流斜沖岸坡沖刷深度計算結果表

綜合以上計算結果,由于經過實地選取不同壩段測量沖刷坑深度為4.19 m～4.42 m,計算預先留設1 m～1.5 m 的安全加深,同時考慮下游已建防洪堤的基礎埋深為5.5 m。綜合分析,本工程在河床平均底高程以下的沖刷深度取5.5 m。

2.3.2 橫斷面設計

根據上述沖刷深度計算結果,工程河段橫斷面采用結構形式如下：堤身迎水面襯砌材料及堤基斜插板均為C20 現澆砼,邊坡系數為1∶1.75,背水面邊坡系數為1∶1.5,防洪堤壩堤身高3.6 m,基礎深5.5 m,堤身迎水面C20 現澆砼護坡設計水面線以上部分襯砌厚度為15 cm,砼板下部砂礫石墊層厚30 cm,設計水面線及基礎襯砌厚度為20 cm,砼板下部砂礫石墊層厚30 cm,砼護坡板坡腳下為C20 砼基礎墻,基礎墻上頂寬100 cm,下底寬112 cm,高100 cm；砼基礎墻前5.5 m 范圍格賓礫石籠防護。邊坡垂直水流方向每2.5 m 分一道縫,順水流方向每3.05 m 分一道縫,上下板錯縫。縫寬2 cm,采用上部采用單組份聚氨酯厚2 cm,下部為高壓閉孔板填縫。防洪堤每50 m 沿護坡設一道隔墻,寬50 cm,深80 cm。護坡與隔墻接觸面、護坡與阻滑墻接觸面采用高壓閉孔板填填縫。

2.3.3 設計管理措施討論

此大橋為跨河工程,依據大橋工程等級,工程河段為重點管理河段,與現有河段管理要求不一致。基于此,參考類似工程實際案例,工程設計重點采取如下管理措施[6-10]：①涉河工程依據水利行業有關管理要求,項目前期,向水利主管部門上報建設方案,并編制防洪影響評價報告,施工至竣工驗收應嚴格遵循河道管理部門的規章制度,項目施工前按照河道管理部門的管理要求支付工程保證金,驗收必須通過水利主管部門驗收,并報備河道管理部門。②在橋梁橋墩施工期間,施工單位應獲得當地水利主管部門的允許方可動工,施工單位應編寫防洪預案報當地水利主管部門批準。施工期內橋梁建設部門應與當地水利部門密切配合,嚴格按照制定的防洪方案進行施工,及時按照當地水利部門通知的水情情況,做好施工防洪工作。③橋梁在汛期施工時,施工單位要提前編制汛期施工組織設計,并報河道主管部門批準,方可進行施工,施工時應密切注意天氣變化,并與河道主管部門保持聯系,搞好協作,以避免惡性事故的發生。④橋梁建設初期應及時做好水土保持工作,對可能造成的水土保持方面的影響做出預測和評估；對施工區域內施工材料、設備的存放等事項應事先做好施工組織設計,以防影響環境和工程進度,避免出現意外事故造成重大損失。切實做好水土保持工作,防止橋梁建設過程中對河道的破壞。加強施工期間的水土保持防治管理,禁止參建單位將棄土棄渣排入河道和溝道。⑤在橋梁建成并投入使用時,應有必要的監測系統,定期對特大橋橋樁以及兩岸防洪工程沖刷進行監測,對河道主流的擾動進行實地查看,若發現受特大橋影響而使局部水流挑向岸邊的情況時,應注意加強兩岸的防護設施。

3 結語

依據水利行業有關管理要求,大橋施工前向水利主管部門上報相關信息,施工期應獲得當地水利主管部門批準,施工后期應逐步拆除及清理施工場地。定期對特大橋橋樁以及兩岸防洪工程沖刷進行監測,對河道主流的擾動進行實地查看,若發現受特大橋影響而使局部水流挑向岸邊的情況時,應注意加強兩岸的防護設施。同時加強近工程河段及橋梁工程的監測,若發現橋基、河道堤防結構等存在變形與破壞跡象,應及時分析變形機理并采取合理措施。施工期間,如遇洪水等特殊水文工況條件,應加密觀測頻率,及時分析研判橋梁工程施工對河道防洪的影響,確保河道防洪與施工安全。