高速公路涉河橋梁防洪影響評(píng)價(jià)研究

黨思思

（陜西黃河生態(tài)工程有限公司,陜西 西安 710021）

0 引言

跨河橋梁施工是以河道行洪斷面為基礎(chǔ)的,是重要的渡河建筑物[1]。建設(shè)施工時(shí)河道行洪斷面縮短,這使得河道安全正常運(yùn)行存在風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。因此,需要對(duì)其進(jìn)行防洪影響評(píng)價(jià),減輕對(duì)現(xiàn)有水利工程、河道行洪等的不良影響,這也是河道管理重要內(nèi)容之一[4-5]。本文針對(duì)跨河橋梁對(duì)河道防洪的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

1 工程概況

擬建麟游至法門(mén)寺高速公路,由絳法高速公路向北延伸至麟游縣城,是南北向的銀昆高速（G85）和福銀高速（G70）的加密和完善,全長(zhǎng)46.185 km,沿線跨河橋梁35 座,選取具有代表性的三座大橋進(jìn)行分析計(jì)算：九成宮特大橋位于縣北河；漆水河大橋位于漆水河；西叉溝大橋位于美陽(yáng)河。

縣北河（澄水河）：是麟游縣境內(nèi)漆水河左岸一級(jí)支流。發(fā)源于頁(yè)嶺南麓的麟游縣招賢鎮(zhèn)閣頭寺村楊家溝,在九成宮鎮(zhèn)以東城關(guān)村匯入杜水河。流域面積161 km2,干流長(zhǎng)22.9 km,河道平均比降12.7‰,平均最大流量為每秒16.8 m3/s,含沙量少,河水清澈。

漆水河：是渭河左岸一級(jí)支流,位于寶雞和咸陽(yáng)交界。發(fā)源于寶雞市麟游縣招賢鎮(zhèn)西北永豐村硬里溝,干流全長(zhǎng)152 km,流域面積3824 km2,河道平均比降4.7‰。多年平均徑流量2.07 億m3,年平均流量6.56 m3/s。

美陽(yáng)河：是扶風(fēng)縣韋水河左岸一級(jí)支流。發(fā)源于扶風(fēng)縣北部喬山石槽澗。干流長(zhǎng)36 km,流域面積230.4 km2,河道平均比降11.6‰。年總徑流量1213.7 萬(wàn)m3。

2 防洪評(píng)價(jià)計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算

本研究評(píng)價(jià)橋梁涉及的河流均屬無(wú)水文資料河段。因此,本次評(píng)價(jià)采用的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法主要是《寶雞市水文手冊(cè)》和《陜西省暴雨洪水圖集》擬采用“地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法”“由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水法”和“面積水文比擬法”。沿線各橋梁流域特征值,見(jiàn)表1。

表1 沿線各橋梁流域特征統(tǒng)計(jì)

2.1.1地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法

根據(jù)《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》（1988年2月）經(jīng)驗(yàn)公式和項(xiàng)目所處位置,查得經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：Qp為設(shè)計(jì)頻率為P的洪峰流量,m3/s；F為設(shè)計(jì)流域面積,km2；J為主河道平均比降,‰；H6p為設(shè)計(jì)頻率為6小時(shí)的暴雨量,mm。

根據(jù)《寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)》中分區(qū)確定各參數(shù)以及計(jì)算結(jié)果分別為：九成宮特大橋洪峰流量為589 m3/s、漆水河大橋洪峰流量為737 m3/s、西叉溝大橋洪峰流量為111 m3/s。

2.1.2 設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水

（1）設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

根據(jù)《陜西省中小流域暴雨洪水圖集》《寶雞市水文手冊(cè)》以及橋位斷面以上的流域及河道特征計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨,計(jì)算時(shí)段采用1 h,取Cs=3.5Cv,按照公式（2）計(jì)算,12 h的設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨按照公式（3）、（4）計(jì)算。點(diǎn)面系數(shù)a的計(jì)算公式和面雨量計(jì)算公式分別為式（5）和式（6）計(jì)算。

式中：為點(diǎn)面系數(shù)；a、b為參數(shù)；F為流域面積,km2。

式中：γ為流域修正系數(shù),計(jì)算方法為γ=1.086×F-0.036。

（2）產(chǎn)流量計(jì)算

根據(jù)《水文手冊(cè)》寶雞渭河以北地區(qū)損失量計(jì)算式,推求扣損之后的各時(shí)段凈雨量,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 2。

表2 不同設(shè)計(jì)頻率的凈雨時(shí)程分配

（3）匯流計(jì)算

用《水文手冊(cè)》提供的推理公式進(jìn)行設(shè)計(jì)洪峰流量的推求。

① 推理公式的基本形式如下：

1）當(dāng)流域產(chǎn)量歷時(shí)大于匯流歷時(shí)（tc>τ）,屬全面積匯流:

2）當(dāng)流域產(chǎn)量歷時(shí)小于匯流歷時(shí)（tc<τ）,屬部分匯流:

② 洪峰流量計(jì)算：

a.計(jì)算匯流參數(shù)m,計(jì)算公式為：

b.計(jì)算Qm~τ曲線,假設(shè)Qm并將m、L、J值代入公式：

c.計(jì)算Qm~t曲線,將累計(jì)凈雨過(guò)程代入公式：

d.采用圖解法推求洪峰流量,經(jīng)推算,橋位洪峰流量計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 匯流參數(shù)及暴雨推求設(shè)計(jì)洪水成果

2.1.3 水文參證站法推求設(shè)計(jì)洪水

渭河以北河流可采用安頭水文站作為參證站計(jì)算橋位設(shè)計(jì)洪水。安頭水文站集水面積為1007 km2,根據(jù)參證站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果,推求橋位處設(shè)計(jì)洪水,計(jì)算成果見(jiàn)表4。

2.1.4 橋位斷面設(shè)計(jì)洪水流量計(jì)算成果的比選與評(píng)價(jià)

本研究三座橋梁均無(wú)水文資料,采用三種方法計(jì)算成果見(jiàn)表4,經(jīng)比較,采用安頭水文站作為參證站的水文比擬法計(jì)算成果整體偏小。經(jīng)過(guò)分析,九成宮大橋和西叉溝大橋選用暴雨推求設(shè)計(jì)洪水法,漆水河大橋選用水文比擬法。

表4 橋位斷面設(shè)計(jì)流量計(jì)算成果 單位：m3/s

2.2 設(shè)計(jì)洪水位分析計(jì)算

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)所在情況不同,一般選用曼寧公式法和能量守恒法。經(jīng)過(guò)分析計(jì)算得出,九成宮特大橋采用能量守恒法計(jì)算,設(shè)計(jì)洪水位為1009.62 m,漆水河大橋和西叉溝大橋采用曼寧公式法計(jì)算,設(shè)計(jì)洪水位分別為987.75 m和754.22 m。

2.3 壅水、浪高分析計(jì)算

（1）壅水分析計(jì)算

根據(jù)《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《橋涵水文》推薦的壅水計(jì)算公式和方法進(jìn)行壅水計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

（2）浪高分析計(jì)算

參考《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C莆田實(shí)驗(yàn)站風(fēng)浪要素公式進(jìn)行計(jì)算。波浪高度按《公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)·橋位設(shè)計(jì)》和《鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》中推薦的風(fēng)浪要素公式進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表5。

（3）橋梁底部高度評(píng)價(jià)計(jì)算

本項(xiàng)目區(qū)橋位工程河段均無(wú)通航要求。橋梁的最低下弦高程根據(jù)《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGC 30 -2015）和《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 062 -91）和《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD 60 -2004）計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。由表5 可知,各橋梁的梁底下弦高程滿足要求,并有一定富余。

表5 壅水、浪高和橋梁底部高度計(jì)算結(jié)果表

2.4 沖刷分析計(jì)算

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),利用實(shí)測(cè)橋位河道斷面資料,河床泥沙粒徑資料,設(shè)計(jì)洪水資料以及水文、地質(zhì)條件,分析確定沖刷計(jì)算參數(shù),計(jì)算成果見(jiàn)表6。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,將涉河橋墩的基礎(chǔ)埋深高程與最低沖刷高程進(jìn)行比較,最低沖刷高程均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于橋墩的基礎(chǔ)埋深高程。

表6 涉河橋梁工程斷面沖刷計(jì)算及最低沖刷線評(píng)價(jià)成果

3 結(jié)論與建議

（1）經(jīng)向當(dāng)?shù)睾拥拦芾硖幷{(diào)查與咨詢,本項(xiàng)目跨河橋梁橋位所在河段無(wú)在建或相關(guān)水利規(guī)劃。因此,項(xiàng)目建設(shè)與現(xiàn)有水利規(guī)劃不矛盾,且不會(huì)影響現(xiàn)有橋位河段治理工程的規(guī)劃與實(shí)施。

（2）根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD 60 -2004）和本文分析計(jì)算,九成宮特大橋300 年一遇洪水位為1009.62 m,橋梁設(shè)計(jì)梁底下弦高程為1018.86 m；漆水河大橋、西叉溝大橋100 年一遇設(shè)計(jì)洪水位分別為為989.73 m、754.22 m,橋梁設(shè)計(jì)梁底下弦高程分別為1024.14 m、818.61 m,三座橋梁梁底下弦高程均滿足行洪要求。

（3）經(jīng)計(jì)算大中橋建成后在300 年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí),九成宮特大橋橋下壅水高度為0.62 m,最大壅水長(zhǎng)度為75.19 m,橋位斷面沖刷總深度為6.06 m。100 年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí),漆水河大橋、西叉溝大橋橋下壅水高度分別為0.73 m、0.50 m,最大壅水長(zhǎng)度分別為74.91 m、53.37 m。涉河橋梁河道對(duì)第三者影響不大。

（4）根據(jù)沖刷計(jì)算表可以看出,水流沖刷的影響深度（水面以下）在4.63 m~10.66 m之間,最低沖刷高程均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于橋墩的基礎(chǔ)埋深高程。但主河槽中間橋墩較少,橋梁跨徑較大,基本沒(méi)有改變河勢(shì)的水流影響條件。因此,經(jīng)河勢(shì)分析,大橋建設(shè)對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定影響不大。

（5）項(xiàng)目建設(shè)橋梁為高架橋梁,全線多次跨越鄉(xiāng)間道路和省道S306 線,經(jīng)勘查計(jì)算分析,九成宮特大橋、漆水河大橋設(shè)計(jì)梁底凈空均滿足設(shè)計(jì)要求,項(xiàng)目建設(shè)對(duì)防洪搶險(xiǎn)通行無(wú)影響。

（6）根據(jù)設(shè)計(jì)資料,考慮行洪安全,建議對(duì)與河道洪水流向存在較大夾角的橋梁,盡量增大孔跨。對(duì)于順河橋梁,進(jìn)行布局優(yōu)化,盡量減少對(duì)河道的影響。河道主槽內(nèi)的橋梁建議安排在非汛期施工,工程施工期間應(yīng)加強(qiáng)管理,合理組織施工,減小對(duì)河道周?chē)h(huán)境的破壞和影響。