湯旺河大橋改擴建工程防洪評價研究

張偉堯

(黑龍江省佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002)

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湯旺河大橋改擴建工程防洪評價研究

張偉堯

(黑龍江省佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002)

文章在收集、整理湯旺河論證范圍內有關工程和工程區各年代地形圖、水文資料、規劃報告的基礎上，通過現場勘察論證河段基本情況，掌握論證河段河勢演變規律，調查河段內既有設施的現有標準和規劃目標，作為擬建工程防洪評價的基礎資料，分析研究該河段河勢演變特點，河床灘槽沖淤變化和演變規律，并對今后一定時期內的河道演變趨勢作預測。采用一維恒定流數學模型的方法，計算不同水文(洪水)條件下水面線、流速值以及河床沖淤的情況。分析由于河道的沖淤對工程的影響，工程建設造成的流速、水位的變化和對防洪排澇、河道泄洪、堤防、護岸及防洪搶險等產生的影響，并分析論證該工程建成后對河道內第三方權益的影響。

湯旺河大橋；改擴建工程；防洪評價；設計洪水；水面線

1 概 述

新青區湯旺河大橋是黑龍江省國道“2843”公路網中縱5線、編號G222嘉蔭至臨江國道(簡稱嘉臨公路)經過伊春市新青區湯旺河的跨河橋梁工程。嘉臨公路起于黑龍江省嘉蔭口岸，終于吉林省的臨江市，規劃路徑縱貫黑龍江省中部地區，跨越伊春、綏化、哈爾濱三市地域，是黑龍江省中部腹地城市群縱向快速連接的重要通道。嘉臨公路湯旺河至伊春段既有二級公路建成于2002、2005年，隨著黑龍江省經濟的快速發展，特別是黑龍江省腹地農業經濟和旅游經濟的發展，既有道路的服務水平和通行能力嚴重下降，因此對既有道路進行擴容是必要的。鑒于上述原因，黑龍江省交通運輸廳于2014年10月委托黑龍江省公路勘察設計院開展國道嘉臨公路湯旺河至伊春段改擴建工程的可行性研究工作。根據可研報告，擬對新青區湯旺河大橋進行改擴建，原有舊橋加固利用并新建半幅橋梁，上部采用預應力混凝土簡支轉連續箱梁，下部采用柱式橋墩，肋式橋臺，鉆孔樁基礎，橋跨布置為15m×30m，設計洪水頻率為100a一遇，橋址處的100a一遇設計洪峰流量為1508m3/s，相應水位320.08m；橋梁為全跨過河。該工程屬河道管理范圍內建設的涉河工程，按照《黑龍江省河道管理條例》要求，本文對本工程的建設給行洪安全和河勢穩定帶來的影響進行分析與評價。

2 防洪評價計算

2.1 設計洪水采用

湯旺河2008年以后除2013年沒有發生大洪水，根據洪水調查得知2013年洪水重現期在10a一遇左右，洪水系列進行延長后洪水設計值將變小[1-2]。從工程的安全的角度，并且兼顧工程的一致性，本次不進行洪水系列的延長，仍采用已經批復的《黑龍江省伊春市新青區湯旺河治理工程可行性研究報告》中五營站設計成果，詳見表1。以五營水文站為設計參證站，橋址斷面設計洪峰流量按面積指數法推求，成果見表2。

表1 湯旺河干流五營站設計洪峰流量成果表

表2 橋址斷面設計洪水成果表

2.2 水面線及壅水計算

1)計算公式：

水面線采用恒定流用能量方程(Bernoulli方程)計算，試算過程采用Handsion方法并輔助以逐步迭代法，從下游向上游逐個斷面計算水位，計算方程如下。

(1)

橋梁的壅水采用鐵三院《鐵路工程水文勘測設計規范》介紹的經驗公式計算，公式如下：

(2)

2)水面線成果及壅水高度：

水面線計算成果見表3-表5。從表3、表4、表5中可以看出，與現狀河道(舊橋)相比，橋梁改擴建工程完工后，現狀大橋加固利用，在上游側新建半幅新橋，增加了橋墩的阻水面積。當發生大橋設計標準100a一遇洪水時，橋位處水位為320.08m，水位壅高0.03m，回水長度約60m；當發生河道防洪標準20a一遇洪水時，橋位處水位為319.02m，水位壅高0.02m，回水長度約40m。 與天然河道相比，當發生大橋設計標準100a一遇洪水時，橋位處水位為320.08m，水位壅高0.11m，回水長度約260m；建橋后當發生20a一遇洪水時，橋位處水位為319.02m，水位壅高0.07m，回水長度約200m。

表3 改擴建工程實施后河道各頻率洪峰水面線計算成果表 m

表4 改擴建工程實施后-天然河道水面線壅高計算成果表 m

表5 改擴建工程實施后-現狀河道(舊橋)水面線壅高計算成果表 m

2.3 沖刷計算

橋墩臺沖刷深度采用《公路工程水文勘測設計規范》(JTGC30-2015)中的沖刷計算公式(本文略)。工程所在河段河槽、河灘土質以非黏性土為主，沖刷計算結果見表6。

表6 橋位斷面沖刷深度計算成果表 m

沖刷深度計算成果表明，當發生100a一遇洪水時，橋址處最大可能沖刷深度為4.03m；發生20a一遇洪水時，橋址處最大可能沖刷深度為3.40m。

3 綜合評價及結論

3.1 工程建設對行洪安全的影響分析

擬建工程實施后與現狀河道(舊橋)比較，在發生河道設計標準洪水20a一遇(Q=840m3/s)時，水位壅高0.02m，回水長度約40m；擬建工程實施后與天然河道比較，在發生河道設計標準洪水20a一遇(Q=840m3/s)時，水位壅高0.07m，回水長度為200m。項目建設后河道壅水高度較小，不降低兩岸防洪標準，能保證行洪安全。發生橋梁設計標準100a一遇洪水時，根據《公路工程水文勘測設計規范》JTGC30—2015，考慮風浪高(經計算為0.24m)、橋下凈空安全值(根據該規范表6.4.1取值為0.5m)，則本工程梁底最小凈空值為0.74m。100a一遇洪水時，建橋后橋址處水位為320.08m，最小梁底為329.12m，凈空為9.04m，>0.74m，梁底標高滿足行洪要求。

3.2 工程建設對河勢穩定影響分析

橋梁工程實施后，發生河道設計標準20a一遇洪水時，橋位斷面灘地流速為0.59m/s，與現狀河道基本一致；主槽流速為2.60m/s，較現狀河道流速(2.58m/s)增加了0.02m/s，橋墩部位局部最大沖刷深度為3.40m，最大沖刷深度僅體現在橋墩局部，橋梁上下游河道沖刷深度沒有改變，且橋梁節點束縛著河勢變化，因此，不會對河勢穩定造成不利影響[3-4]。

3.3 建設項目防御洪水的設防標準合理性評價

新建橋梁工程為鉆孔樁基礎，樁長15.0m，沖刷深度計算成果表明，當發生100a一遇洪水時，橋址處最大可能沖刷深度為4.03m，大橋基礎埋深滿足《公路工程水文勘測設計規范》(JTGC30-2015)規定的基底埋深安全值2.0m的要求，設防措施適當。原有大橋為擴大基礎，基礎埋深4.45m。沖刷深度計算成果表明，當發生100a一遇洪水時，橋址處最大可能沖刷深度為4.03m，基底埋深安全值僅為0.42m，現有新青大橋基礎埋深不滿足《公路工程水文勘測設計規范》(JTGC30-2015)規定的基底埋深安全值2.0m的要求，設計單位舊橋加固方案中已對其進行了石籠防護設計，設防措施適當。

[1]萬建忠,張錦家,牟漢書.淺談防洪評價應注意的幾個問題[J].江蘇水利,2007(11):89-90.

[2]劉俊勇,陳軍.廣州后航道某污泥處理碼頭工程防洪影響分析與評價[J].人民珠江,2007(05):57-58.

[3]吳鴻亮,唐德善,周克發,等.基于物元理論的城市防洪體系綜合評價研究[J].水力發電，2007(09)：12-15.

[4]趙毅夫,田華,黃大榕.哈拉哈河東旗口岸大橋防洪評價[J].內蒙古水利，2007(02)：66-68.

1007-7596(2017)04-0016-03

2017-03-06

張偉堯(1982-)，男，黑龍江哈爾濱人，工程師。

U442.35；TV

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