高速公路跨河橋梁防洪影響分析

張 鵬

(河北省子牙河河務管理處， 河北 衡水 053000)

高速公路跨河橋梁防洪影響分析

張 鵬

(河北省子牙河河務管理處， 河北 衡水 053000)

跨河橋梁會對河道行洪及橋址河段涉水建筑物造成一定影響。跨河角度和橋墩型式布置不當，會帶來汛期水位壅高、河道沖刷等一系列問題，對河勢穩定、防汛搶險和水利管理帶來影響。本文簡要介紹了防洪影響分析計算，并結合工程實例進行分析，提出相應措施及要求。

防洪影響分析； 工程實例； 措施及要求

高速公路的建設要跨越河道建設橋梁是不可避免的。橋墩占據河道部分行洪斷面，導致橋址斷面上游河道水位產生一定壅高，局部水流流態發生變化，對河道的防洪安全產生不利影響；當發生洪水時，洪水對橋墩和岸坡有一定強度的沖刷作用，危及橋梁自身的安全，因此對新建跨河橋梁進行防洪影響分析是必要的。

1 防洪影響分析

1.1 壅水分析與計算

橋梁建成后，橋墩侵占河道過水面積，阻水明顯，使橋址處河段水位抬高、流速增大，過水斷面面積減小，造成橋址上游洪水位雍高。壅水高度及長度的計算，建議根據《鐵路工程水文勘測設計規范》(TB 10017—1999)、《公路工程水文勘測設計規范》(JTG C30—2015)中的相關公式計算。

a. 《鐵路工程水文勘測設計規范》(TB 10017—1999)中的壅水計算公式為：

式中 ΔZ——橋前最大壅水高度，m；η——與建筑物阻斷流量(過水斷面面積比)有關的系數；

b. 《公路工程水文勘測設計規范》(JTG C30—2002)中的壅水計算公式為：

c. 壅水長度計算公式：

式中L——壅水長度，m；I——橋址河段天然水面坡度(以小數計)。

1.2 沖刷分析與計算

在天然河道上修建橋梁后，橋下沖刷，除河床自然演變，還有橋孔壓縮水流和橋墩阻水引起的沖刷變形。橋下一般沖刷是因水流受橋墩的阻壅作用，河道單寬流量增加，局部水面比降和流速加大所致，局部沖刷是因橋墩附近形成復雜的水流結構而產生，河床演變是一個復雜的自然過程，目前尚無可靠的計算方法，且短時間內變化較小，可忽略，因此橋下沖刷只考慮一般沖刷和局部沖刷。橋下沖刷計算，根據河床質土壤組成以及地址資料的不同采用相應計算公式，限于篇幅僅列出黏性土的主槽和灘地的沖刷公式。

a. 一般沖刷采用《鐵路工程水文勘測設計規范》(TB 10017—1999)推薦的公式計算。

主槽部分沖刷公式為：

灘地部分沖刷公式為：

b. 局部沖刷采用《公路工程水文勘測設計規范》(JTG C30—2002)推薦的公式計算。

當hp/B1≥2.5時：

當hp/B1<12.5時：

式中hb——局部沖刷深度；IL——黏性土液性指數，適用范圍0.16～1.48；kξ——橋墩墩形系數；B1——橋墩計算寬度，m。

1.3 堤防影響分析

跨河橋梁對河道堤防的影響主要從四個方面進行分析：?行洪形勢影響分析；?建設項目防洪安全分析；?對防汛搶險影響分析；?其他影響分析。

1.4 防治措施及要求

通過前面的水文分析計算和橋梁對河道堤防影響分析后，提出河道堤防的防治措施及要求。

2 實例分析

2.1 基本情況

邢衡高速公路跨滏陽河橋址位于冀州市王孟王村東，橋梁總長2220m，共74孔，孔徑30m，橋梁與河流中泓方向交角為75°，梁底高程30.80～30.93m，橋梁跨越滏陽河河流處上部結構采用預應力混凝土連續箱梁，下部結構為肋板式、柱式橋臺，柱式橋墩，樁徑為1.50m、1.30m，樁基埋深均為20m。

2.2 防洪影響分析

邢衡高速公路等級為一級，依據中華人民共和國國家標準《防洪標準》(GB50201—1994)、中華人民共和國行業標準《公路工程水文勘測設計規范》(JTGC30—2002)確定擬建滏陽河特大橋防洪標準為300年，依據《子牙河系防洪規劃報告》確定滏陽河治理標準為5年，村莊防洪標準為10年，因此防洪影響分析標準按300年、10年、5年一遇3個標準進行分析計算。

2.2.1 橋梁布置分析

橋址處順橋位方向主槽寬85m，左岸至右堤寬1975m(無左堤)，橋長大于河道寬度，橋梁未壓縮河道行洪斷面。根據《河北省防洪評價編制技術大綱》的要求，橋梁與一般河道的交角應在70°～110°。滏陽河屬于一般河道，橋梁與河流中泓方向交角為75°，滿足上述要求。橋墩沿水流方向布置，墩臺中心線與水流方向基本平行。

2.2.2 洪水位及壅水、沖刷分析

a. 現狀情況下交叉斷面洪水位。橋址河段灘槽分明，河道較規整，通過洪水復核反推“綜合糙率”，并根據其他類似河道糙率綜合分析確定，主槽糙率取0.028，灘地糙率取0.05。根據斷面資料及選取的糙率，采用天然河道恒定非均勻流法，推算橋址河段的水位及流速。不同標準洪水位成果見表1。

表1 不同標準洪水位成果

b. 壅水、沖刷計算。根據前述的計算公式，結合工程實地查勘情況，橋前壅水最高高度、壅水長度、沖刷深度見表2。

表2 壅水計算、沖刷深度計算成果

2.3 行洪形勢影響分析

橋址河段河道治理標準5年一遇現狀河道洪水位23.19m，橋梁修建后壅水高度為0.035m，壅水影響范圍至上游100m。橋址交叉斷面左右岸高程為24.02m、23.76m，橋梁修建后，各種邊界條件有一定的壅水，但是，壅水影響不大，影響范圍較短。由于橋梁長度大于300年一遇洪水行洪范圍，對水流未造成大的改變，平均流速增加不大，水流流向基本不變，對河道大的流勢流態影響不大。但河道內的橋墩對局部水流略有改變，使橋墩附近的流速加大，在橋墩附近產生局部沖刷，對臨墩岸坡穩定產生一定的影響。

2.4 建設項目防洪安全分析

橋梁防洪安全分析主要包括以下內容：橋梁本身的防洪標準是否能滿足國家標準；橋梁渠底設計高程是否滿足防洪要求；橋梁基礎埋置深度是否考慮了河道一般沖刷等。橋梁允許最低梁底板高程由設計洪水位、壅水高度、風浪高及橋下凈空等參數確定，根據《公路工程水文勘測設計規范》(JTGC 30—2002)中的有關公式進行計算，計算結果見表3。

表3 滏陽河特大橋橋梁技術指標

橋梁設計防洪標準為300年一遇，符合規范要求。從表3中可以看出，滏陽河特大橋設計渠底高程高于允許最低梁底高程，滿足300年一遇自身防洪安全要求。橋梁建成后，由于橋墩的布置將造成橋墩周圍局部沖刷，對橋梁的穩定構成不利影響。

橋梁基礎設計采用樁基礎，樁基礎埋深20m，滿足抗沖要求。

2.5 對防汛搶險及其他影響分析

橋梁跨越滏陽河左岸無堤防，梁底距地面以上距離為6.91m，右堤處橋梁設計凈空為5.14m，基本滿足防汛車輛正常通行的要求。橋址河段左岸下游470m處有村莊，根據規范，村莊防洪標準按10年一遇，現狀河道斷面下10年一遇水位23.41m，橋梁修建后壅水高度為0.04m，10年一遇洪水未出主槽，對村莊防洪沒有影響。

3 措施及要求

橋墩的布置減小了河道過水斷面，斷面流速有所增加，同時，橋墩布置在主槽邊坡上，一旦行洪，對河道邊坡穩定產生一定影響，為保證堤防安全和河勢穩定，公路設計中應盡量調整橋墩布置，避開主槽邊坡，并應增加橋址附近的主槽岸坡防護工程，防護長度為橋梁投影上游50m至下游50m，護砌深度至沖刷線以下0.5m。為使主槽河勢相對穩定，保證高速公路和河道的防護安全，橋梁施工時應保護現有堤防，如有破壞必須恢復。

4 結 語

建橋以后，河流受到橋頭引道的壓縮和墩臺阻水的影響，改變了水流和泥沙的天然狀況，引起河床的沖淤變形，危及河道堤防安全。應對擬建橋梁做水利規劃、防洪標準的適應性分析；對行洪安全的影響分析；對堤防及防汛搶險的影響分析；對河勢穩定的影響分析，分析后應提供相應的防治措施。

[1] SL 44—2006 水利水電工程設計洪水計算規范[S].北京：中國水利水電出版社，2006.

[2] GB 50201—1994 防洪標準[S].北京:水利電力出版社，1994.

[3] GB 50286—2013 堤防工程設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，1998.

[4] JTG C30—2002 公路工程水文勘測設計規范[S].北京：人民交通出版社，2002.

[5] TB 10017—1999 鐵路工程水文勘測設計規范[S]. 北京：中國鐵道出版社，1999.

Analysis on highway water-crossing bridge flood control influence

ZHANG Peng

(HebeiZiyaRiverManagementDepartment,Hengshui053000,China)

Water-crossing bridges have certain influence on river flood control and river-related buildings in the river section with bridge. Improper river-crossing angles and pier model layout can lead to a series of problems, such as high water level during flood reason, river erosion, etc., which have influence on river regime stability, flood control and water conservancy management. In the paper, flood control influence analysis and calculation are briefly introduced, engineering example is combined for analysis, and corresponding measures and requirements are proposed.

flood control influence analysis; engineering example; measures and requirements

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.06.006

TV87

A

1005-4774(2017)06- 0023- 03