橋梁行洪論證的分析與計算

徐嶺

【摘要】各本文闡述了橋梁建成后壅水、沖刷、橋面中心最低高程等理論知識，并引入工程實例，通過具體分析，最后得出對工程設計實用可靠的結論。

【關鍵詞】 行洪；壅水；沖刷；

1引言

近年來，隨著社會經濟建設加快發展，涉河工程越來越多，如修建河堤，臨河建筑物等，此類項目的行洪論證，只需要分析項目是否滿足防洪標準及對上下游的行洪影響，而跨河橋梁的行洪考慮的因素較多，不僅分析項目建成后的行洪影響還要分析橋梁建成后自身是否安全。本文重點分析橋梁建成后產生的壅水、橋梁沖刷深度、橋面中心最低高程等特性，對于一般行洪論證的河勢穩定只作簡要說明。

2壅水計算

2.1壅水計算方法

涉河橋梁修建后，斷面形狀、糙率系數及河道底坡沿程都有變化，其水力因素十分復雜。壅水計算思路為先通過水文分析計算出橋梁下游控制斷面的各頻率設計洪水位，再以該斷面為起算位置，分別推算項目建設前后評價河段各斷面的水面線，從而求得該工程建設后對各斷面行洪影響的壅水高度。水面線計算采用天然河道水位沿程變化的伯努利能量方程式：

式中：等式左邊兩項為上斷面的勢能和動能；z1、z2分別代表下、上斷面水位；a為流速分布系數；g 為重力加速度；hf沿程水頭損失；hj局部水頭損失；v斷面平均流速；對于沿程損失項，目前一般采用下述公式求解：

式中： ， ， ，R上上斷面水力半徑，R下下斷面水力半徑，A上上斷面面積，A下下斷面面積，Q河道流量，L上下斷面間距，n上下斷面間河道平均糙率， 為局部水頭損失系數。

2.2回水長度計算

為了分析壅水對上游兩岸產生的影響范圍必須進行回水計算，根據《橋涵水力水文》一書推薦的壅水曲線長度的近似公式為：L=2ΔZ/I 式中：L壅水曲線長度；ΔZ壅水高度；I河床比降

2.3橋面中心最低高程分析

從大橋自身安全角度考慮，應計算大橋中心最低高程是否滿足設計洪水頻率和其它綜合因素要求的安全高度。橋孔壓縮水流后的橋下壅水、浪高、河灣超高、河床淤積等引起的橋下水位增高，還要考慮設計最高通航水位及通航凈空高度。根據人民交通出版社《橋涵水力水文》（第三版）中對于通航河流橋面中心最低高程計算，通航河流橋面中心最低高程除應滿足不通航河流的要求外，同時還應滿足下式要求：

式中： 橋面中心最低高程（m）； 設計最高通航水位（m）； 通航凈空高度（m）； 橋梁上部結構建筑高度（m），設計最高通航水位 。

3工程實例

3.1工程概況

以巴中城區在建的麻柳灣大橋為實例，該項目位于巴中市城區東面，建成后將連通巴中市江南、江北的城市主干道，是連接南江河兩岸暢通道路的重要樞紐工程。大橋建成后將為緩解城市交通壓力、完善城市骨架、優化交通格局起到不可忽視的作用，同時也為巴中市的全面發展打下堅實的基礎。

麻柳灣大橋及兩頭連接道路線全長431.683m（含引道）。主線橋梁長368m， 主橋孔跨布置為55+90+55m。主橋箱梁由預應力鋼筋混凝土橋面板和鋼梁組合而成，箱梁跨中高度2.2m，墩頂高度4.5m。引橋采用預應力混凝土箱形連續梁，標準跨度20m，梁高1.4m，橋墩直徑為1.5m，采用重力式橋臺。

3.2壅水計算

根據《公路橋涵通用規范》的規定，擬建麻柳灣大橋設計防洪標準為100年一遇，大橋對評價河段影響按30年一遇洪水進行論證。

麻柳灣大橋位于南江河中下游，橋址斷面以上集水面積約2754km2，在其上游距離5.5km處為巴中水文站，集水面積為2732 km2，項目控制斷面位置與巴中水文站集水面積以及地理位置相近，故采用巴中水文站的實測資料利用面積比擬法進行水文計算，計算成果如表1。

根據實地踏勘在評價河段內共布設了4個計算斷面，2號斷面為麻柳灣大橋，河段總長1677m。測出近年來評價河段各斷面的洪痕水位，由洪痕水位推算出中、高洪水的水面比降范圍為0.42‰～0.67‰，低水水面比降采用枯水比降。根據巴中水文站2011年“7.6”洪水水位和流量，推算出1號斷面的流量，并利用曼寧公式反算出該河床糙率為0.022～0.026，利用伯努力能量方程推算出其它各斷面建設前后的水位高程，從而求出壅水高度，麻柳灣大橋建設后工程河段各斷面壅水計算成果見表2

3.3回水長度

麻柳灣大橋建成后，在P=1%（100年一遇洪水重現期）時其壅水產生的回水長度為1014.9m，在4號斷面下游基本尖滅，回水淹沒長度相對較短。

3.4綜合影響結論

1、工程建成后，在100年一遇洪水時，工程占用2號斷面有效行洪河寬比原河寬減小4.98%，行洪面積減少4.01%，平均流速增大4.09%，工程建設后改變了河道斷面形狀，對河流泥沙情勢和河道特性有一定改變，所引起的變化僅局限在工程附近區域，河流經過一段時間的自動調整后，將恢復到原來的平衡狀態。

2、工程建成后，在100年一遇洪水時，最大壅水高度0.34m，壅水最大回水距離1014.9m，工程修建后對上游將產生一定壅水影響。由于巴中市防洪堤達到了近80年一遇的設計標準，在30年一遇洪水時，本項目所造成的壅水對2號～4斷面濱河路及民房無影響，對評價河段內其余涉河工程基本不造成影響。

3、麻柳灣大橋按100年一遇防洪標準進行設計建設，大橋橋面最低設計高程應達到360.01m，大橋主跨橋梁最低點橋面實際設計高程已達到364.38m，該大橋的設計高度可安全通過100年一遇的洪水流量。

綜上所述，從河道行洪和大橋建設自身安全等方面分析，擬建麻柳灣大橋方案對巴中市城區行洪影響不大。

參考文獻：

[1] （JTG C30-2002）《公路工程水文勘測設計規范》

[2] 《河床演變及整治》中國水利水電出版社

[3] 《內河通航標準》（GB 50139-2004）