某高速公路跨河橋涵水文及壅水分析計(jì)算

馮 露 許 可 劉錦雯

（1.安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院 合肥 233088 2.南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司 南京 210009）

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目擬建高速公路位于兩湖之間，全線高速公路設(shè)計(jì)速度為120km/h，路線全長(zhǎng)17.711km。全線橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)采用公路-Ⅰ級(jí)，采用雙向八車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，路面總寬42m。項(xiàng)目沿線跨越A河、B河和C河3條骨干河道及25條村鎮(zhèn)河道，沿線路設(shè)置了12座箱涵跨越上述河道，其中跨越A、B、C三條骨干河道的橋梁設(shè)置如下：

A河：橋梁位于A河工程樁號(hào)7+001.3處，采用3×30m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橫跨A河，橋墩順河道方向布設(shè)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

B河：B河特大橋全程1232.2m，主橋采用55+95+55m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，主跨95m，一跨跨越航道。主墩采用實(shí)體墩，基礎(chǔ)為鉆孔灌注群樁基礎(chǔ)。

C河：C河中橋橋梁與河道中心線夾角為110°，橋梁全長(zhǎng)81.4m。橋梁采用3×25m裝配式PC箱型連續(xù)梁跨越C河，上部結(jié)構(gòu)采用裝配式PC箱型連續(xù)梁，下部結(jié)構(gòu)為柱式橋墩、肋板式橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

2 水文分析計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)暴雨

為與流域規(guī)劃協(xié)調(diào)，區(qū)域的設(shè)計(jì)暴雨均采用《某湖流域防洪規(guī)劃》《某湖流域湖西區(qū)防洪規(guī)劃》中的計(jì)算年型及計(jì)算雨量。

經(jīng)分析論證，《某湖流域防洪規(guī)劃》確定流域100年一遇的“54同倍比”“91上游”“91北部”和“99南部”雨型，雨型基本反映了流域性洪水的地區(qū)組成特點(diǎn)，不同組合雨型反映了流域暴雨時(shí)空分布的不利情況，而“91上游”“91北部”和“99南部”雨型更為典型。

考慮到1991年、1931年、1923年大洪水，特別是1991年特大暴雨對(duì)湖西區(qū)的影響，《某湖流域湖西區(qū)防洪規(guī)劃》選用1991年型為區(qū)域防洪規(guī)劃設(shè)計(jì)典型暴雨。

通過(guò)P-Ⅲ型曲線對(duì)不同歷時(shí)雨量系列進(jìn)行目估適線。適線中重點(diǎn)注意中上部點(diǎn)據(jù)的擬合程度和各時(shí)段參數(shù)間的協(xié)調(diào)，雨量頻率分析成果見(jiàn)表1。

2.2 設(shè)計(jì)水位、流量

根據(jù)標(biāo)段水文分析報(bào)告，水位利用頻率分析成果和水利規(guī)劃成果，通過(guò)地理位置內(nèi)插的方法確定。設(shè)計(jì)流量A河、B河、C河采用規(guī)劃成果，其他河道根據(jù)防洪設(shè)計(jì)水位計(jì)算過(guò)水?dāng)嗝妫ㄟ^(guò)水力學(xué)流量公式計(jì)算。除A河、B河、C河外，其他河道在區(qū)域規(guī)劃實(shí)施后，百年一遇水位時(shí)因上游節(jié)制閘控制影響，河道流量減小。

本文重點(diǎn)進(jìn)行跨A河大橋和C河中橋壅水計(jì)算，分析其對(duì)河道行洪、匯流的影響，以及因建橋帶來(lái)的局部沖刷問(wèn)題，見(jiàn)表2。

3 壅水分析計(jì)算

3.1 壅水計(jì)算工況

根據(jù)橋址處水位分析成果，及可能最大水面比降情況，選取如下工況對(duì)壅水高度進(jìn)行計(jì)算：防洪標(biāo)準(zhǔn)100年一遇，A河設(shè)計(jì)流量221.8m3/s，橋址處水位3.41m；C河設(shè)計(jì)流量186m3/s，橋址處水位3.31m。引水工況，A河設(shè)計(jì)流量88m3/s，橋址處水位1.82m；C河設(shè)計(jì)流量57m3/s，橋址處水位1.95m。

3.2 橋位處土質(zhì)指標(biāo)采用

表1 湖西區(qū)面雨量頻率分析成果表（單位：mm）

表2 線路沿線河道水位流量分析成果表

根據(jù)A河和C河橋位處工程地質(zhì)勘探試驗(yàn)綜合成果建議值表確定土質(zhì)指標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)，此次按密實(shí)土進(jìn)行橋前最大壅水高度計(jì)算。

3.3 橋前最大壅水高度計(jì)算

參考《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ062-1991）進(jìn)行壅水高度計(jì)算，采用通用公式進(jìn)行了計(jì)算。

通用壅水高度計(jì)算公式：

式中：η——反映橋墩阻斷流量（Q阻）與設(shè)計(jì)流量的比值的系數(shù)，分別為泓灘的過(guò)水面積、濕周，求得阻斷流量與設(shè)計(jì)流量的比值，查規(guī)范表8.4.1-2得系數(shù)η，見(jiàn)表3；

QP—設(shè)計(jì)流量，QP=Q泓+Q灘；

V0—斷面平均流速，

表3 η值表

表4 橋后橋前最大壅水高度及壅水曲線長(zhǎng)度（寬灘公式）表

VM—橋下平均流速（m/s），松軟土取密實(shí)土取

V0M—天然水位橋下平均流速，

Q0M—天然水位下橋下通過(guò)的設(shè)計(jì)流量Q灘阻－Q泓阻；

根據(jù)上述的公式、土質(zhì)指標(biāo)及各項(xiàng)參數(shù)，計(jì)算出行洪時(shí)橋前最大壅水高度：A河0.0016m，C河0.0025m；引水時(shí)，橋前最大壅水高度：A河0.0005m，C河0.0004m，見(jiàn)表3。

3.4 建橋后壅水曲線長(zhǎng)度

依據(jù)原《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ62-91）中壅水曲線長(zhǎng)度計(jì)算，計(jì)算公式如下：

ΔZ水位—相鄰兩斷面的水位差；

ΔL—相鄰兩斷面的間距。

該地區(qū)為平原河網(wǎng)區(qū)，水面比降平緩，一般在十萬(wàn)分之一左右。行洪時(shí)，壅水曲線A河橋下最長(zhǎng)為313m，C河橋下最長(zhǎng)為495m。引水時(shí)，壅水曲線A河橋下最長(zhǎng)為91m，C河橋下最長(zhǎng)為80m，橋后橋前最大壅水高度及壅水曲線長(zhǎng)度計(jì)算成果見(jiàn)表4■