南城縣富民跨河橋梁工程防洪影響評價探析

李 芳

（江西省撫州市水電勘測設計院 江西 撫州 344000）

1 工程概況

南城縣是江西省建縣最早的十八個古縣之一，位于江西省東部，屬撫州市轄縣，位于東經116°24′～116°57′，北緯27°18′～27°47′之間，東西長58km，寬56km，東鄰資溪、黎川，南毗黎川、南豐，西連宜黃、臨川區，北接金溪，全縣土地總面積1698km2。大橋位于南城縣建昌鎮，跨越盱江，橋址下游建有廖坊水利樞紐工程，其壩址距離橋址約29.74km，大橋處廖坊水庫回水末端，橋位斷面地理位置為東經116°38′30″，北緯 27°32′35″。

2 壅水計算分析

2.1 選擇計算公式

（1）《水利動能設計手冊》（防洪分冊）中對橋位壅水的計算有科學的總結，采用河道水面線法推求建橋洪水期壅水范圍。根據大橋所在河段兩岸堤防工程的防洪標準，對50年一遇、20年一遇洪水標準進行建橋前后水面線分析計算。

式中：△h——最大壅水高度

α——動能修正系數

V3——橋墩下游為正常水深時的斷面平均流速

B——無橋墩時斷面的寬度

b——兩墩間的凈寬

h3——橋墩下游正常水深

ε——過水斷面收縮系數

各頻率計算水位壅高值見表1。

表1 不同方法推求橋體水位壅高成果對比表

式中：△h——最大壅水高度

Q——流量

h3——橋墩下游正常水深

b——兩墩間的凈寬

B——無橋墩時斷面的寬度

兩種方法計算對比成果見表1。

上表表明，計算橋體水位壅高的兩種方法得到的結果基本是一致的，其中，《水利動能設計手冊》公式二比較簡便，計算數值為估算值，結合本工程的實際情況，對項目的精確度要求比較高。綜合分析考慮后，橋體最大壅水值采用偏安全的公式一進行推求。

2.2 計算建橋后橋址上游的壅水

本次使用公式一計算建橋前后河道水面線，對洪水水面線的變化進行分析，得出大橋建設完工后，對河道洪水位的抬高程度及其影響范圍。

2.2.1 水位的控制

由于工程建成后，上游河段會產生壅水，所以，根據大橋斷面設計的洪水位來計算建橋前和建橋后的下游控制水位[1]。廖坊水利樞紐在2006年建成，富民大橋在廖坊水庫庫區的回水末端，大橋斷面設計洪水位可以借用《廖坊初步設計報告》水面線成果根據斷面位置進行內插取值。取值結果見表2。

表2 各頻率控制水位成果表

2.2.2 各河段洪水的設計

南城水文站位于橋址下游1000m左右，集雨控制面積4159km2，橋址上游100m處匯入大支流麻港，麻港集雨控制面積47.4 km2，麻港匯合口以上集雨控制面積4111.6km2，與南城站控制面積相比，面積相對差值1%，因此上游河段洪水也采用南城站洪水成果，20年一遇洪峰流量為4240m3/s，50年一遇洪峰流量為5120m3/s。

2.2.3 采用河道糙率

南城水文站測流河道上無實測水位、比降、糙率關系，主要采用根據廖坊以上河段調查的1982年、1998年洪水水面線反推的綜合糙率成果，經分析該河段河床綜合糙率范圍在0.02～0.035之間，灘地糙率范圍在0.04～0.05。

2.2.4 水面線推求設計

確定了河段設計洪峰流量、控制水位、河道綜合糙率以及建橋后的邊界條件，建橋前后設計水面線采用《水力計算手冊》推薦的試算法由各自控制水位自下而上逐段進行，因為此階段的水體流動速度很小，推算時均不考慮行近流速水頭影響[2]。本次推求了兩種洪水頻率的水面線，分別為2%、5%，對比分析了建橋前后的差異，設計水面線成果詳見表3。在20年和50年一遇洪水條件下，富民大橋橋上最大壅水高度分別為0.05m和0.06m。

表3 盱江防護工程工程設計水面線成果表

3 分析計算沖刷

3.1 一般沖刷計算

建橋后，河道的行洪斷面將會縮小，河道中的水流狀況會出現變化，河床也會隨之出現變化，變化的特點為，在橋梁上游，因壅水作用導致流速變小，會出現淤積情況；橋梁處由于行洪斷面縮小導致流速增大，出現沖刷。從此次測得的橋址處河道橫斷面的實際情況可以得出，橋址處河道橫斷面基本呈“U”型，河槽為單式斷面，全為主河槽，因此本次論證橋下一般沖刷計算采用《公路工程水文勘測設計規范》（JTGC30-2002）中有關河槽一般沖刷公式進行分析計算。

河槽一般沖刷計算公式簡寫為：

其中：

式中：Ad——單寬流量集中系數；

Qp——頻率為p%的設計流量（m3/s）；

Qc——天然狀態河槽流量（m3/s）；

Q2——建橋后河槽部分通過的設計流量（m3/s）；

Qt——天然狀態下河灘部分通過的流量（m3/s）；

Bz、Hz——平灘水位時的河槽寬度和河槽平均水深（m）；

μ——橋墩水流側向收縮系數，本次取值0.98；

Bc——橋下河槽部分橋孔過水凈寬（m），當橋下河槽擴寬至全橋時即為全橋橋孔過水凈寬；

Bcg——橋長范圍內的河槽寬度（m）；

λ——設計水位下，橋墩阻水總面積與橋下過水面積的比值；

hcg——河槽最大水深（m）；

經分析計算，當遭遇50年一遇洪水時，建橋后沖刷深為2.12m，20年一遇洪水時沖刷深為1.95m，各標準下的沖刷深度見表4。

表4 富民大橋橋位斷面河槽一般沖刷計算成果表

3.2 計算沖刷范圍

由于大橋河段屬于緩流河槽，參照之前的大橋設計方案，橋孔壓縮與橋墩阻水有一定的影響，建橋后上游產生雍水曲線，在遠處與天然水面線相銜接。再向下游，水流會擴算，并和天然水面銜接。此次，沖刷起始及終點斷面位置利用《橋梁水力學》中介紹的經驗公式進行確定沖刷起始和沖刷范圍。

（1）橋梁上游沖刷范圍的確定

上游最高處的雍水斷面到橋孔之間，由于水面出現急劇跌落的現象，會形成水流壓縮區，上游普遍受到沖刷，采用如下公式計算普遍沖刷的起始斷面與橋梁軸線之間的距離：

S=0.4×K×B×（1—M）估算。

式中：S——橋梁軸線至沖刷起始斷面距離

B——洪水水面寬度。

M——橋孔流量壓縮比。

K——系數

經計算，流量愈大，S值愈大，為同橋梁防洪標準相適應，本次計算了100年一遇設計水位70.36m時S值為34m。即遇100年一遇洪水時，其到橋梁軸線34m，為墩臺壓縮水流而造成的橋上普遍沖刷范圍。

（2）橋梁下游沖刷范圍的確定

根據《橋梁水力學》的介紹，下游消除橋梁壓縮造成沖刷影響的特征斷面位置采用公式SN=2LD/（1+E）估算，

式中：SN——橋梁軸線至下游沖刷終止斷面的距離

LD——橋墩、橋臺侵占河道長度。

E——橋孔偏置系數。這個指標反映了河谷中設置橋孔的相對位置，依據大橋設計的實際情況，橋孔偏置系數是0，沒有出現偏心影響的情況。通過計算，梁軸線距下游壓縮斷面之間的距離為83m，該段范圍即為橋下游普遍沖刷長度。根據以上計算，100年一遇的洪水設計標準下，其沖刷范圍會達到117m。

3.3 分析計算河勢

結合大橋孔跨布置的資料，大橋橋位軸線垂直于水流流向，主橋546m，大橋橋臺、橋墩編號為0～13，左岸0號橋臺與1號橋墩布置于左岸較高的臺地上，地面高程是67.70m，大橋2號橋墩布置于河西聯圩迎水坡堤腳外5m處，地面高程64.20m，3號～11號橋墩布置于主河槽內，河底高程為60.50m～64.00m，右岸12號橋墩布置于勝利堤迎水坡堤腳，地面高程68.00m。13號橋臺布置于盱江I級沖積階地（勝利堤內），地面高程68.10m[3]。斷面單寬流量、斷面平均流速受到橋墩阻水影響會增大，橋下游河床將產生一般沖刷，通過公式計算，20～50年洪水時沖刷的深度在1.95m～2.12m之間。并且橋墩阻水作用促使水流沖擊和渦流作用產生，橋墩周圍的部分河床會出現一定程度的變形，局部形成沖刷。

當橋位斷面河道遇到20年～50年一遇的洪水時，橋位斷面的水位被抬高0.05m～0.04m，橋位過水面積和水面寬分別減小7.15%～7.11%、7.39%～7.64%，平均流速增加7.15%～7.11%，由此說明富民大橋建設前后，對其所在河道斷面之過水面積、水面寬及平均流速存在一定的變化。

4 結論

綜上所述，富民大橋的興建，對河道平面形態的變化有一定的影響，為了降低這種影響，保證橋梁工程的安全，需要按照橋墩的布置圖和大橋的施工方案，將大橋的右岸和勝利堤連接，左岸和河西聯圩連接。由于大橋左岸第2號橋墩位于河西堤臨水坡堤腳，建議2號橋墩施工時應注意不要破壞堤防的護坡及固腳，或施工后恢復河西堤臨水坡堤腳的預制塊護坡及拋石固腳，以確保防洪墻基礎的安全。在工程施工期間，建設單位應接受河道主管部門的監督、檢查，如實提供有關情況，如出現涉及河道行洪及兩岸堤防安全方面的問題時，應及時向河道主管部門及有關部門匯報，并按河道主管部門提出的相關處理意見，進行補救和完善。橋墩施工時，人工小島應盡量順水流方向布置，避免與水流方向形成夾角，以減小渦流的產生，從而減少人工小島對河勢的影響。另外，對于已結束施工的橋墩周圍的臨時建筑物必須及時清除，這不僅有利于河道行洪，同時也減少了水下安全隱患，以提高汛期通航和水上作業的安全性。陜西水利

[1]李廣闊,任玲.河道管理范圍內建設項目防洪評價審查要點分析[J].人民珠江,2007,（05）:67-68.

[2]馮平,徐向廣,王嵩.灤河下游河道建設項目的防洪影響評價問 [J].干旱區資源與環境,2007,（08）:94-95.

[3]李友起,陳寶中,衣秀用.防洪評價應注意的幾個問題的探討[J].海河水利,2006,（05）:39-40.