石棉縣石棉大橋危橋拆除重建工程行洪論證

張 涵 張光碧 王 澤

（四川大學水利水電學院 四川 成都 610065）

1 工程概況

四川省石棉縣石棉大橋危橋拆除重建工程為石棉縣城市橋梁工程，地處石棉縣城的大渡河上，位于國道108線K2574+944大渡河老石棉大橋原橋址處，橋軸線與大渡河流向交角為90°，橋址位于巖子村大渡河大橋下游約1200m，其下游約1600m為川心店至向陽村大渡河大橋，并且處于瀑布溝水電站庫區回水位末端。

石棉大橋危橋拆除重建工程新橋橋梁全寬22m，孔跨布置為（3×46）m。上部結構為三跨預應力混凝土簡支T梁，橋梁底緣最低高程為816.03m；下部結構為重力式墩擴大樁基礎，每墩三根樁，柱徑2.0m，樁徑2.2m，樁臺尺寸2.2m×22m。

根據《城市橋梁設計通用規范》確定四川省石棉縣石棉大橋危橋拆除重建工程為Ⅲ等工程，橋為大中型橋，按100年一遇洪水進行設計。

2 水文分析計算

石棉縣城區內大渡河干流有農場專用水文站和石棉水文站，因石棉水位站處于新建大橋河段內，工程河段總長不到4km，其間無大的支流加入，集雨面積一致，因此，工程河段設計洪水直接采用石棉站設計洪水計算成果。根據石棉站1954年～2007年實測洪水系列加上歷史洪水組成的不連續系列通過水文計算最終確定石棉水文站的設計洪水成果見表1。

表1 石棉站設計洪水成果表

表2 橋址斷面各頻率設計洪水位成果表

表3 建橋前設計洪水水面線

由于石棉大橋危橋拆除重建工程大橋位于瀑布溝庫區回水位末端，可直接采用瀑布溝水庫相應頻率下的洪水位成果作為該橋的設計水位，成果見表2。

3 行洪能力分析計算

為了分析評價河段工程建設前后河道行洪能力的變化情況，需進行天然情況下和大橋建成以后橋下雍水高程計算。

本次行洪論證的計算范圍根據分析確定，縱向為大橋下游500m～橋上游700m的河段，全長1200m。橫向均為大渡河河堤20年一遇洪水水面線的寬度外30m，總寬度為190m～296m。由于工程河段位于瀑布溝水庫回水末端，其建橋前水面線可引用瀑布溝回水線，通過瀑布溝回水線的內插推求論證河段的洪水水面線，橋址上下游各斷面建前設計洪水位見表3。

考慮到橋梁工程河段位于瀑布溝水庫庫尾河段，在瀑布溝建成蓄水后本河段將受瀑布溝水庫回水影響，新石棉大橋的設計水位采用瀑布溝100一遇洪水時的回水位856.27m。

4 壅水分析計算

本次行洪論證河道橋前壅水選用頻率為20%、5%、1%洪水時的設計洪峰流量，進行橋梁建成后橋址上游的各水力要素的分析計算。

4.1 橋前最大雍水高度△Z

Η——系數，與水流進入橋孔的阻力有關。

本次計算河灘路堤阻斷流量與設計流量Qp的比值小于10%，η取0.05。

4.2 橋下壅水高度△Z'

根據該河段的地質情況和河道沖淤變化情況，橋下壅水高度△Z'計算公式選用：

表4 建橋后雍水水力要素計算成果表

表5 建橋后雍水水力要素比較表

表6 石棉大橋危橋拆除重建工程建橋后沖刷計算成果表

4.3 橋前最大壅雍水高度至橋前的距離S

按公式S=Ks(1-M)B計算。

式中，B——設計洪水時水面寬度，m；

M——建橋前通過橋孔范圍內的設計流量與全河斷面設計流量之比，M=Qm/Qp；

Ks——系數，根據M值確定。

4.4 壅水長度

按公式L=2△Z/I計算。

式中，L——壅水曲線全長，m；

I——洪水比降，以小數計；

△Z——橋前最大雍水高度，m。

根據以上各計算公式計算得各設計頻率下橋后壅水水力要素成果見表4，建橋前后橋址斷面的水力要素變化見表5。

由表中數據可知，各頻率下橋墩阻水面積與橋下過水面積之比均小于5%，因此建橋后橋墩對行洪斷面的影響較小。

5 沖刷分析計算

河流上建橋后，因壓縮水流而引起橋下河床全斷面發生沖刷的現象即為一般沖刷，水流受橋墩阻礙形成旋渦系統對橋墩周圍的沖刷現象即為局部沖刷。

5.1 一般沖刷計算

河槽部分按非粘性一般沖刷的公式進行計算。即：

式中，hp為橋下河床在沖刷停止時從設計水位算起的橋下最大鉛垂水深，m；QC為天然狀態下河槽流量，m3/s；Q2為建橋后橋下河槽部分通過的設計流量，m3/s；BC為天然狀態下河槽寬度，m；B2為建橋后橋下斷面河槽寬度，m；λ為設計水位下，橋墩阻水總面積AD與橋下過水面積A0m的比值；μ為橋墩水流側向壓縮系數；hmc為橋下河槽設計水位相應的最大水深，m；k為單寬流量集中系數，k=（B0.5/H）0.15；B、H分別為平灘水位時河槽寬度和河槽平均水深，m。

河灘部分按照公式：

式中，hmt為橋下河灘的最大水深，m；Qt'為橋下河灘部分通過的設計流量，m3/s；μ為橋墩水流側向壓縮系數；ht'為橋下河槽最大水深，m；hˉt'為橋下河槽平均水深，m；hp為河灘水深，m；VH1為非粘性土不沖刷流速，m/s。

5.2 局部沖刷計算理論

對于非粘性河床橋墩局部沖刷，采用的計算公式如下：

根據以上計算公式，發生百年一遇洪水時的一般沖刷和局部沖刷成果見表6。

根據設計，新橋采用鋼筋混凝土三聯梁橋，左右橋墩位于河槽內，河床最低高程為836.52m，橋墩基礎為樁基礎，樁基埋設高程為804.00m～810.00m，遠低于局部沖刷水深，因此河床沖刷不會對橋墩的安全造成影響。

6 河勢影響分析計算

對河勢的影響分析主要通過計算縱向穩定指標、橫向穩定指標和綜合穩定指標這三個方面來確定。

6.1 縱向穩定指標

一般地認為，Ks＞3即屬于縱向基本穩定河床，Ks越大代表河床越穩定。通過以上公式計算可知，項目建設前Ks=6.18，項目建設后Ks=5.90。因此，可以認為工程河段屬于縱向穩定河床。

6.2 橫向穩定指標

式中，Kw為橫向穩定系數；Q為造床流量，Q=4280m3/s；J為造床流量下水面比降，J=0.0017；B為造床流量下水面寬；Kw＞1即為橫向穩定河床，Kw越大越穩定。

項目建設前后橫向穩定系數不變，經計算，項目建設河段Kw=3.02，即工程河段為橫向穩定河床。

7 綜合穩定指標

綜合穩定指標的計算采用包含縱向和橫向的綜合穩定系數公式：

通過計算本工程建成后綜合穩定性系數為K=53.77（K＞15即屬穩定河床），由此可知河段綜合穩定性較好。

8 結論

通過以上的分析計算，項目建設符合有關規定、規范要求，與現有防洪標準、有關技術及管理要求相適應，對河道行洪影響很小，對河勢穩定影響很小，對現有防洪工程基本無影響，對現有涉河建筑無不利影響。建設項目大橋之間的河段，防洪搶險通道均可到達，項目建設對防汛搶險基本無影響，且本河段無采砂和通航規劃。因此，對第三合法水事權益人無影響。陜西水利

[1]國家電力公司成都院.四川大渡河瀑布溝水電站初步設計調整及優化報告[R].成都：國家電力公司成都院，2003.

[2]廣東省冶金建筑設計研究院.四川省石棉縣石棉大橋危橋拆除重建工程初步設計報告[R].成都：廣東省冶金建筑設計研究院，2007.

[3]四川省雅安地區水利水電勘測設計研究院.四川岷江支流大渡河干流雅安地區段河道防洪規劃報告[R].成都：四川省雅安地區水利水電勘測設計研究院，2000.

[4]肖小玲，薛紅.跨河大橋行洪論證與河勢穩定分析[J].四川建筑，2009，29（1):162-164.