寧江松花江特大橋平面布置試驗研究

趙 青 ，張 鶴 ，王 影 ，翟天夫

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司科學研究院，吉林 長春 130061；2.水利部松遼水利委員會，吉林 長春 130021）

寧江松花江特大橋平面布置試驗研究

趙 青1，張 鶴2，王 影1，翟天夫2

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司科學研究院，吉林 長春 130061；2.水利部松遼水利委員會，吉林 長春 130021）

文中通過河工模型試驗，對寧江松花江特大橋橋位河段的水力和泥沙特性進行了研究，并在此基礎上提出了兩套橋位河段的整治方案，避免了該工程的建設對河道行洪、通航和河道演變造成不利影響。文中對兩套整治方案進行了分析比較，最終推薦整治后的方案二作為工程方案。

模型試驗；通航參數；泥沙沖淤；寧江松花江特大橋

擬建的寧江松花江特大橋位于第二松花江的下游，在吉林省松原市西北方向跨越第二松花江，是目前吉林省內高速公路上第一座矮塔斜拉橋，同時也是吉林省內最大的矮塔斜拉橋。寧江松花江特大橋的修建將對完善對外交通體系，緩解城市道路交通擁擠，促進社會經濟發展具有十分重要的意義。

擬建寧江松花江特大橋，推薦的橋線位置分別位于前扶松花江大橋下游約4.6 km（方案一）和6.8 km（方案二）處。為避免工程布置對該河道的行洪、通航和河道演變造成不利影響，因此通過開展河工模型試驗對各種方案河段水流特性進行研究論證。

1 試驗的基本情況

試驗著重在研究橋梁對防洪及通航影響，考慮到第二松花江為寬淺型河道，因此采用變態模型開展研究，平面比尺αl=250,垂直比尺αh=100。模型縱向邊界上游取至前扶松花江大橋上游約2.6 km處，下游取至前扶松花江大橋上游約14.4 km處，模擬河段的縱向范圍總長17 km；橫向范圍包括整個橋梁長度、左岸防洪堤、右岸136 m高程以下范圍的河道寬度約3.5 km，模型平面尺寸為70 m×14 m。

鑒于現場查勘以及以往的研究經驗，對第二松花江河道中造床起決定性作用的是推移質泥沙（d50=0.20 mm），所以模型選用陽離子交換樹脂作為試驗用的模型沙（d50=0.15 mm）。

為盡可能保證模型與天然河道相似，模型按照相似率的理論進行設計，并通過水位、分流比和沖淤等率定試驗對有關比尺進行了適當的調整，確保了主要物理量相似，使試驗結果能夠滿足研究內容的要求。

2 試驗結果分析

2.1 水面線分析

施放各典型流量，測得各頻率的洪水水面線如圖1所示。圖1分別例舉了原河道、方案一和方案二各頻率的洪水水面線。

當發生10年一遇洪水（Q=4 300 m3/s）時，方案一、方案二橋前（注：橋前指位于上游50 m處，下同）壅水均為0.02 m；當發生100年一遇洪水（Q=7 500 m3/s）時，兩方案橋前壅水均為0.05 m；當發生300年一遇洪水（Q=10 300 m3/s）時，方案一橋前壅水為0.06 m、方案二橋前壅水為0.05，因此從行洪的角度來說兩個方案差別不大，方案二壅水較方案一略小，且大橋的壅水距離較短，不會對前扶大橋產生不利影響。

2.2 流速分析

圖2為發生100年一遇洪水（Q=7 500 m3/s）時，原河道與各方案實施后的橋位附近平面流速圖。

方案一橋位上游150 m、下游200 m范圍內右岸邊和方案二橋位上游250 m、下游300 m范圍內左、右兩岸邊流速隨著流量的加大流速分別增加0.03～0.30 m/s和0.04～0.58 m/s。由于方案一和方案二橋位處右岸邊已有塌岸現象，同時流速增加也會加劇右岸邊沖刷塌岸的趨勢，為了防止工程建設后流速增加對河道的河勢變化產生影響，并考慮通航固岸要求，應在橋位處河槽兩側上、下游采取防護措施。

2.3 通航參數分析

通航采用原河道航跡線進行試驗：

1）方案一在Q=300 m3/s（最小通航流量）和Q=4 300 m3/s（最大通航流量）時，橋區內航跡線上通航水深均大于最小通航水深1.6 m，橫向流速均小于0.30 m/s，并且橋位上行和下行的航跡線直線段長度也滿足4倍和2倍船長，方案一通航孔凈寬滿足通航要求，故原河道航跡線能基本滿足通航要求。

2）方案二在Q=300 m3/s和Q=4 300 m3/s時，橋下通航孔水流流向與橋軸線的法線方向交角最大為28.7°（大于5°）、橫向流速最大為 0.77 m/s（大于 0.30 m/s），且橋位上下行航跡線直線段長度不足，需要整治航道以滿足通航標準的要求。

方案二通航整治方案即設上下行通航孔，采取單孔單向通航的方式通過橋位。橋梁通航孔設在右起第二跨和第三跨，其中，第二跨為下行通航孔，第三跨為上行通航孔。上下行航道分別于橋位上游2 200 m和1 700 m處向兩汊匯流區的左岸過渡并通過橋位，過渡段長度分別為2 744 m和2 645 m，航道中心線與橋軸線法線方向交角21.28°。通過橋位后，航道中心線沿匯流區下游左汊進入自然航道。為了滿足通航要求，開挖深槽6處、修建鎖壩1座、丁壩1座、護岸丁壩群1處（9座短丁壩）、護岸2處。

試驗結果表明在Q=4 300 m3/s時，橋下通航孔水流流向與橋軸線法線方向交角最大為21.8°，橫向流速為0.40 m/s。按照《內河通航標準》規定：天然和渠化河流水上過河建筑物軸線的法線方向與水流流向的交角大于5°且橫向流速大于0.30 m/s時，單向通航凈寬應加寬。當橫向流速為0.40 m/s，Ⅳ級航道、2排1列船隊在通航凈寬50 m基礎上須加寬15m，故需要65 m的通航凈寬，而方案二通航孔凈寬有133 m，因此整治方案滿足通航要求。

2.4 沖淤結果分析

試驗是在2008年地形、航道整治方案基礎上開展的，試驗結果顯示經過系列年洪峰后試驗河段地形均沒有發生大的河勢演變，僅有局部的變化。橋墩處被沖刷的床沙質以沙波形式向下游河道疏散，沒有形成明顯的連續型淤坎，對橋孔泄洪和橋前水位無不良影響。

整治后的方案二，橋墩局部沖刷的沖坑最深點發生在上游的樁柱附近，主河槽樁柱沖刷最深點高程為121.32 m，沖刷深度為4.78 m，灘地樁柱沖刷最深點高程為128.05 m，沖刷深度為3.07 m，不會對通航和行洪產生影響。

3 結語

通過試驗研究發現，從行洪角度來說兩種方案差別不大；從通航角度分析方案一較方案二橋區航道穩定，然而無論選擇哪種方案，都需要對航道進行整治，故方案一也不占大的優勢；從工程投資上方案一比方案二橋身要長，造價更高；從城市長遠規劃考慮，方案二在前扶松花江大橋下游6.6 km，更有利于城市布局和發展。所以推薦整治后的方案二作為工程方案。

［1］謝鑒衡，等.河流泥沙工程學［J］.水文，1981（02）.

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［3］張定邦，等.塑料沙的沉降規律［M］.水道港口，1982（01）.

［4］張慧，等.荊岳鐵路專線洞庭湖大橋河工模型試驗研究［M］.水文泥沙研究新進展；2010.

Study on layout test for Ningjiang Songhua river supper-large bridge

ZHAO Qing,ZHANG He,WANG Ying,ZHAI Tian-fu

Through the river model test,the paper studies the characteristics of hydraulic and sediment at location section of Ningjiang Songhua river supper-large bridge.Based on the study,the paper provides improvement scheme for location section,avoids the adverse effects on flood propagation,navigation and river channel evolution.

model test;navigation parameter;sediment scouring and silting

TV131.65

A

1002－0624（2012）06－0056－02

2012-01-09