牡丹江青梅大橋?qū)δ档そ篮榈挠绊?/h1>
2014-10-28 07:11:34高至國劉洪慶
黑龍江水利科技 2014年2期
高至國，劉洪慶
(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江 牡丹江157000)
1 基本情況
牡丹江位于黑龍江省東南部，為松花江第二大支流，流域總面積37 023 km2牡丹江市位于牡丹江中游，橋址上游牡丹江水文站處集水面積22 194 km2。城區(qū)段江道長19 km，江道比降0.5‰。行洪寬度500 ～700 m，主槽寬度120 ～280 m。
牡丹江青梅大橋是連接牡丹江市區(qū)與牡丹江東部工業(yè)園區(qū)的重要交通通道，是牡丹江城市發(fā)展規(guī)劃的重要組成部分。橋梁全長897 m，橋梁采用2 ×30 m+3 ×30 m +(60 m +77 m +50 m)+3 ×30 m+(2 ×40 m)+(3 ×40 m)+(75 m+120 m+75 m)變截面連續(xù)箱梁。
2 河道穩(wěn)定性分析
牡丹江城區(qū)段江道處于壯年時(shí)期，現(xiàn)狀處魚鱗式江底和現(xiàn)有防洪工程(堤防、護(hù)坡、護(hù)岸、護(hù)腳)、跨江橋梁及右岸的3 段山體(水文站段、鐵嶺南山段、青梅段)，形成多節(jié)點(diǎn)的控制斷面，對江道的總體穩(wěn)定起到了控制性作用，江道總體處于穩(wěn)定狀態(tài)，近50多年來只有局部江段有一定變化。
根據(jù)實(shí)測斷面的寬深關(guān)系，河道比降及河床質(zhì)組成計(jì)算得出，橋址處ξ =5.34，符合于平面上穩(wěn)定河床中游河段ξ =5 ～9 的規(guī)定。
從現(xiàn)狀河道水流趨勢分析，建橋后橋上流速減小，橋下流速增加。對中低水河勢而言，河流在主槽中運(yùn)行，由于主河道右岸南山和現(xiàn)有樺林公路橋、牡綏公路橋兩處節(jié)點(diǎn)的控制作用，加之主河槽采用大跨度跨越，則主流保持在南側(cè)的穩(wěn)定性關(guān)系不會因建橋產(chǎn)生大的變化［1－2］。
對大洪水而言，橋位斷面處深槽靠近左岸，受灘地橋墩阻水影響，橋下流速增加0.1 m/s，對河勢影響不大，但不應(yīng)忽視流速增加對橋址處河道的沖刷影響，應(yīng)修建上下游河道防護(hù)工程。
3 防洪評價(jià)計(jì)算
主要包括3個(gè)方面的內(nèi)容:
3.1 設(shè)計(jì)洪水
牡丹江青梅跨江大橋位于牡丹江水文站下游13.44 km處，工程地點(diǎn)處設(shè)計(jì)洪水成果采用《牡丹江城市防洪工程初步設(shè)計(jì)》中的方法，該方法采用無資料地區(qū)設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)量公式，即按洪峰與面積關(guān)系，以牡丹江水文站設(shè)計(jì)洪水為準(zhǔn)，按面積指數(shù)換算而得。具體公式為:
式中:Qm設(shè)為工程地點(diǎn)洪峰流量的設(shè)計(jì)值;Qm牡為牡丹江水文站洪峰流量的設(shè)計(jì)值;F設(shè)、F牡分別為工程地點(diǎn)和牡丹江水文站的控制面積。工程地點(diǎn)設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表1。
表1 工程地點(diǎn)設(shè)計(jì)洪峰流量成果表 m3/s
3.2 壅水及回水分析
青梅大橋建成后水面線推算范圍為牡圖鐵路橋至亮子河口斷面，江道長度27.446 km。江道橫斷數(shù)據(jù)采用2009 實(shí)測成果，糙率采用實(shí)際調(diào)查與1991年洪水位試算的方法確定［3］。
水面線計(jì)算采用簡化的穩(wěn)定非均勻流公式為:
式中:Hx、Hs分別為下斷面和上斷面水位，m;Q 設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s;Q 上、下斷面平均流量模數(shù);L灘為按洪水流向確定的斷面間距，m。
橋梁壅水計(jì)算采用“鐵三院”的橋梁壅水高度計(jì)算公式，具體為:
式中:Vm為收縮斷面的平均流速，m/s;V0為擴(kuò)散斷面的平均流速，m/s;η 為壅水系數(shù)。
經(jīng)計(jì)算，100 a一遇洪水時(shí)，橋址處設(shè)計(jì)洪水位為234.09 m，青梅大橋壅高0.07 m，回水影響4.039 km(牡綏公路橋橫斷處)，50 a一遇洪水時(shí)，青梅大橋壅高0.05 m，回水影響2.774 km［4］。
橋址處橋梁原設(shè)計(jì)百年洪水位234.09。由此推求青梅大橋設(shè)計(jì)水位:234.09 +0.97 +1.37 +0.5 =236.93 m ＜河道范圍內(nèi)橋下最小梁底高程239.39 m的要求。
3.3 河道沖刷分析
橋梁河槽部分沖刷計(jì)算一般依據(jù)JTGC30—2002《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》［5］中公式64—2(簡化式)。
根據(jù)橋址斷面及以上數(shù)據(jù)可計(jì)算得到流速V =1.93 m/s，計(jì)算后主槽總沖刷深度為204.29 m。
河內(nèi)橋墩基礎(chǔ)采用的是群樁基礎(chǔ)，樁底埋至花崗閃長巖以下3 m左右，樁底高程為190.56 m，因此橋梁滿足沖刷要求。
4 綜合評價(jià)結(jié)論
本項(xiàng)目建成后，按堤防現(xiàn)狀計(jì)算100 a一遇洪水水位最大壅高0.07 m，對上游橋梁影響很小，對牡丹江市城市防洪設(shè)施有一定的影響，但不會對其他段河道產(chǎn)生長遠(yuǎn)影響。
回水對排水沒有影響，不會影響回水范圍內(nèi)排水工程的正常使用［6］。
由于青梅大橋在工程設(shè)計(jì)上考慮了防洪要求和堤防安全，所以建設(shè)項(xiàng)目能夠滿足現(xiàn)狀和規(guī)劃要求，對牡丹江干流防洪的影響很小。
根據(jù)水面線推求結(jié)論，該工程修建前后對本河段的流速大小、流速分布、流量分配及流向等水流條件影響較小，采取防治措施后對本江段河勢的影響很小。
5 建 議
工程方案采用全跨橋梁方案，對牡丹江干流本江段的防洪沒有影響，對河勢影響很小，建議在施工期注意避免汛期大量占用行洪灘地。在建設(shè)施工中，一定要嚴(yán)格控制臨時(shí)工程的設(shè)計(jì)高程，提高管理及施工人員的防洪意識。
由于橋梁6#、7#橋墩距堤腳距離較近，在橋墩施工和運(yùn)用過程中應(yīng)采取措施減少振動(dòng)，同時(shí)對堤腳進(jìn)行工程護(hù)砌，以免造成破壞。
［1］陳劍懿. 雞西市雞冠區(qū)污水治理工程對防洪的影響［J］.黑龍江水利科技，2011，39(03):241.
［2］許茂松. 灌溉攔河壩對木蘭溪中上游洪水影響分析及建議［J］. 內(nèi)蒙古水利，2011(02):70 －71.
［3］石波唐，唐昌煥，等. 淺析荊岳長江公路大橋?qū)觿菁胺篮榈挠绊懀跩］. 中國農(nóng)村水利水電，2007(07):99 －101.
［4］莊佳，賴冠文，等. 棄渣場與大橋工程對防洪影響的計(jì)算與分析［J］. 中國農(nóng)村水利水電，2008(01):78 －81.
［5］河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院.JTGC30—2002 公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范［S］. 北京:人民交通出版社，2002.
［6］張小峰，陳郡，等. 修建辛安渡大橋?qū)拥婪篮橛绊懙臄?shù)值模 擬［J］. 武 漢 大 學(xué) 學(xué) 報(bào):工 學(xué) 版，2007，40(06):11 －15.
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牡丹江青梅大橋是連接牡丹江市區(qū)與牡丹江東部工業(yè)園區(qū)的重要交通通道，是牡丹江城市發(fā)展規(guī)劃的重要組成部分。橋梁全長897 m，橋梁采用2 ×30 m+3 ×30 m +(60 m +77 m +50 m)+3 ×30 m+(2 ×40 m)+(3 ×40 m)+(75 m+120 m+75 m)變截面連續(xù)箱梁。
2 河道穩(wěn)定性分析
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根據(jù)實(shí)測斷面的寬深關(guān)系，河道比降及河床質(zhì)組成計(jì)算得出，橋址處ξ =5.34，符合于平面上穩(wěn)定河床中游河段ξ =5 ～9 的規(guī)定。
從現(xiàn)狀河道水流趨勢分析，建橋后橋上流速減小，橋下流速增加。對中低水河勢而言，河流在主槽中運(yùn)行，由于主河道右岸南山和現(xiàn)有樺林公路橋、牡綏公路橋兩處節(jié)點(diǎn)的控制作用，加之主河槽采用大跨度跨越，則主流保持在南側(cè)的穩(wěn)定性關(guān)系不會因建橋產(chǎn)生大的變化［1－2］。
對大洪水而言，橋位斷面處深槽靠近左岸，受灘地橋墩阻水影響，橋下流速增加0.1 m/s，對河勢影響不大，但不應(yīng)忽視流速增加對橋址處河道的沖刷影響，應(yīng)修建上下游河道防護(hù)工程。
3 防洪評價(jià)計(jì)算
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式中:Qm設(shè)為工程地點(diǎn)洪峰流量的設(shè)計(jì)值;Qm牡為牡丹江水文站洪峰流量的設(shè)計(jì)值;F設(shè)、F牡分別為工程地點(diǎn)和牡丹江水文站的控制面積。工程地點(diǎn)設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表1。
表1 工程地點(diǎn)設(shè)計(jì)洪峰流量成果表 m3/s
3.2 壅水及回水分析
青梅大橋建成后水面線推算范圍為牡圖鐵路橋至亮子河口斷面，江道長度27.446 km。江道橫斷數(shù)據(jù)采用2009 實(shí)測成果，糙率采用實(shí)際調(diào)查與1991年洪水位試算的方法確定［3］。
水面線計(jì)算采用簡化的穩(wěn)定非均勻流公式為:
式中:Hx、Hs分別為下斷面和上斷面水位，m;Q 設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s;Q 上、下斷面平均流量模數(shù);L灘為按洪水流向確定的斷面間距，m。
橋梁壅水計(jì)算采用“鐵三院”的橋梁壅水高度計(jì)算公式，具體為:
式中:Vm為收縮斷面的平均流速，m/s;V0為擴(kuò)散斷面的平均流速，m/s;η 為壅水系數(shù)。
經(jīng)計(jì)算，100 a一遇洪水時(shí)，橋址處設(shè)計(jì)洪水位為234.09 m，青梅大橋壅高0.07 m，回水影響4.039 km(牡綏公路橋橫斷處)，50 a一遇洪水時(shí)，青梅大橋壅高0.05 m，回水影響2.774 km［4］。
橋址處橋梁原設(shè)計(jì)百年洪水位234.09。由此推求青梅大橋設(shè)計(jì)水位:234.09 +0.97 +1.37 +0.5 =236.93 m ＜河道范圍內(nèi)橋下最小梁底高程239.39 m的要求。
3.3 河道沖刷分析
橋梁河槽部分沖刷計(jì)算一般依據(jù)JTGC30—2002《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》［5］中公式64—2(簡化式)。
根據(jù)橋址斷面及以上數(shù)據(jù)可計(jì)算得到流速V =1.93 m/s，計(jì)算后主槽總沖刷深度為204.29 m。
河內(nèi)橋墩基礎(chǔ)采用的是群樁基礎(chǔ)，樁底埋至花崗閃長巖以下3 m左右，樁底高程為190.56 m，因此橋梁滿足沖刷要求。
4 綜合評價(jià)結(jié)論
本項(xiàng)目建成后，按堤防現(xiàn)狀計(jì)算100 a一遇洪水水位最大壅高0.07 m，對上游橋梁影響很小，對牡丹江市城市防洪設(shè)施有一定的影響，但不會對其他段河道產(chǎn)生長遠(yuǎn)影響。
回水對排水沒有影響，不會影響回水范圍內(nèi)排水工程的正常使用［6］。
由于青梅大橋在工程設(shè)計(jì)上考慮了防洪要求和堤防安全，所以建設(shè)項(xiàng)目能夠滿足現(xiàn)狀和規(guī)劃要求，對牡丹江干流防洪的影響很小。
根據(jù)水面線推求結(jié)論，該工程修建前后對本河段的流速大小、流速分布、流量分配及流向等水流條件影響較小，采取防治措施后對本江段河勢的影響很小。
5 建 議
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由于橋梁6#、7#橋墩距堤腳距離較近，在橋墩施工和運(yùn)用過程中應(yīng)采取措施減少振動(dòng)，同時(shí)對堤腳進(jìn)行工程護(hù)砌，以免造成破壞。
［1］陳劍懿. 雞西市雞冠區(qū)污水治理工程對防洪的影響［J］.黑龍江水利科技，2011，39(03):241.
［2］許茂松. 灌溉攔河壩對木蘭溪中上游洪水影響分析及建議［J］. 內(nèi)蒙古水利，2011(02):70 －71.
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［4］莊佳，賴冠文，等. 棄渣場與大橋工程對防洪影響的計(jì)算與分析［J］. 中國農(nóng)村水利水電，2008(01):78 －81.
［5］河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院.JTGC30—2002 公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范［S］. 北京:人民交通出版社，2002.
［6］張小峰，陳郡，等. 修建辛安渡大橋?qū)拥婪篮橛绊懙臄?shù)值模 擬［J］. 武 漢 大 學(xué) 學(xué) 報(bào):工 學(xué) 版，2007，40(06):11 －15.
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