曹 晶

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

1 基礎(chǔ)條件 概述

嫩江是松花江的北源，發(fā)源于大興安嶺伊勒呼里山中段南側(cè)，源頭稱南翁河(又稱南北河)。河源海拔1 030 m。先后流經(jīng)嫩江、莫力達(dá)瓦、訥河、富裕、甘南、齊齊哈爾、龍江、泰來(lái)、杜爾伯特、大安、肇原等市、縣、旗，于吉林省扶余縣三岔河匯入松花江。河道全長(zhǎng)1 370 km。流域集水面積29.7萬(wàn)km2，地跨內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林省(自治區(qū))。流域內(nèi)山區(qū)面積占32%，丘陵區(qū)占52%，平原區(qū)占16%。齊泰公路嫩江特大橋位于嫩江下游，地處松嫩平原西南部，地形平坦、開闊，海拔140～150 m。

嫩江河段屬于平原區(qū)蜿蜒性河段，從舊鐵路橋上游約3.5 km至下游約1 km處計(jì)4.5 km的河段較為順直。鐵路橋上游約8～13 km處有喇叭灣大彎道，已經(jīng)裁彎取直。鐵路橋上游約2～3 km處的右岸老山后是高達(dá)20 m左右的陡峭的土岸，由于受到水流的沖刷，致使其逐年后退。

嫩江大橋橋位處江段屬平原區(qū)寬灘性江段，洪水比降小(約為0.03～0.1%)，主河槽寬度 700 ～800 m 左右，滿槽泄洪量約2 000 m3/s，大洪水時(shí)主要靠灘地行洪，泛濫寬度達(dá)10 km，江岸線很不穩(wěn)定。

嫩江流域逕流主要受降雨支配，其年內(nèi)變化:從4月份開始，積雪融化，水量漸增，形成春汛，5月份水位開始回落;6月份以后受降雨影響，水量開始增加。降雨較集中的6月至8月間(占全年降雨量的73.6%)，是洪汛多發(fā)季節(jié)。月份降水一般以7月份居多，9月份以后水量漸減，11月至翌年4月為封凍期，河道逕流量減至最少。

嫩江江橋水文站有建國(guó)以來(lái)近50年的觀測(cè)資料，還有自1905年至建國(guó)前約50年的流量資料。因橋位距該站僅幾百米，其觀測(cè)資料可直接做為大橋設(shè)計(jì)流量和水位的依據(jù)，該站水位變化幅度較平穩(wěn)，一年內(nèi)水位變幅約3～6 m。1998年8月14日出現(xiàn)的有記載以來(lái)最大的洪水最高水位為141.60 m。

橋址上游約900 m處平齊鐵路原建有跨江大橋，該橋全長(zhǎng)870 m，1998年被歷史特大洪水沖毀后，于2002年在其下游100 m處重建大橋，由一座主橋和一座溢洪橋組成，主橋長(zhǎng)960 m。溢洪橋長(zhǎng)520 m。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和有關(guān)防洪部門的介紹，從鐵路橋上游至喇嘛灣約10 km范圍內(nèi)無(wú)重要防洪堤。

2 水文孔徑計(jì)算要點(diǎn)

設(shè)計(jì)洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)為嫩江主橋、灘橋按300年一遇;引道路堤按100年一遇;通航水位為20年一遇;施工水位為10年一遇;防護(hù)工程(國(guó)堤)為20年一遇

對(duì)于平原寬灘的河道，應(yīng)采取“宜疏不宜堵”的原則。上游鐵路橋是采用一河兩橋的橋孔布設(shè)方案，嫩江公路大橋也分為嫩江主橋和嫩江灘橋兩個(gè)部分來(lái)計(jì)算。

本次計(jì)算的主要過(guò)程是設(shè)計(jì)洪水流量與水位的確定;河槽和河灘糙率的確定;分別確定主橋、灘橋的橋孔長(zhǎng)度;橋前壅水高度及回水長(zhǎng)度計(jì)算;沖刷計(jì)算;水文計(jì)算成果表的編制。

3 設(shè)計(jì)洪水流量與水位的計(jì)算

設(shè)計(jì)洪水流量根據(jù)江橋水文站的百年流量資料，利用皮爾遜III曲線計(jì)算出300年一遇的設(shè)計(jì)洪水流量。江橋水文站水文資料和軟件結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 江橋水文站資料、計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

設(shè)計(jì)水位用兩種方法計(jì)算:

第一種方法:以江橋水文站的設(shè)計(jì)洪水流量及對(duì)應(yīng)水位等水力資料是作為參考依據(jù)，繪制H～Q關(guān)系曲線上查詢各頻率下流量所對(duì)應(yīng)的水位值。橋位處的設(shè)計(jì)水位偏安全的取水文站處的水位。

表2 設(shè)計(jì)水位成果表

第二種計(jì)算設(shè)計(jì)水位的方法:分別利用《橋位設(shè)計(jì)軟件》按照一河兩橋分別進(jìn)行計(jì)算出設(shè)計(jì)水位，計(jì)算結(jié)果一致。

4 其它各種特征水位的確定

最高/最低通航水位為140.71/133.41 m。其中最高通航水位為20年一遇的水位。

最高/最低流冰水位是橋墩內(nèi)力計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所必須的基礎(chǔ)資料。由江橋水文站歷年的最高/最低流冰水位，由經(jīng)驗(yàn)頻率曲線外延求得各頻率最高/最低流冰水位，然后，由此水位推算到橋址處得到的最高/最低流冰為136.39/132.29 m。

建議施工水位為10年一遇的水位。

5 橋孔長(zhǎng)度計(jì)算

嫩江主橋，第一種方法:按式Lj=Kq(QP/QC)n3Bc計(jì)算，經(jīng)計(jì)算Lj=1 082 m。第二種方法:按Lj=QP/βqC計(jì)算，經(jīng)計(jì)算Lj=1 000 m。擬定嫩江主橋孔徑布置為15×30+45+4×64+45+19×30=1 366 m，上游鐵路橋?yàn)?66 m，所以1 082、1 000加上墩寬基本上符合主橋長(zhǎng)度。

嫩江灘橋，第一種方法計(jì)算Lj=496 m，第二種方法計(jì)算Lj=472 m。擬定嫩江主橋孔徑布置為17×30=510 m，本次計(jì)算結(jié)果加上墩寬基本上符合主橋長(zhǎng)度。

6 壅水計(jì)算

按式Ly=2△Z/IC計(jì)算壅水曲線長(zhǎng)度，經(jīng)計(jì)算Ly=4 182m。

根據(jù)計(jì)算出的主橋、灘橋的設(shè)計(jì)水位和壅水高度，確定了初步選定的主橋、灘橋的臨界樁號(hào)K71+000是正確的。并且在《橋位設(shè)計(jì)系統(tǒng)》中，主橋與灘橋的河床流量比為:19 514∶4 884=8∶2，與河工試驗(yàn)的流量比例非常接近，進(jìn)一步的說(shuō)明計(jì)算是正確的。

7 沖刷計(jì)算

表3 沖刷計(jì)算成果表

8 橋高及河灘路堤高度的確定

主河橋通航孔以20年一遇水位以上凈10 m控制梁底最低高程，即 140.71+10.0=150.71 m;

主橋邊孔及灘橋以300年一遇水位控制，并考慮0.5 m安全高、0.5 m的浪高及橋前壅水值的一半，即141.5+0.5+0.5+0.23/2=142.62 m;

河灘路堤以100年一遇水位控制，并考慮0.5m安全高、100年一遇壅水值及0.5m 的浪高，即141.31+1+0.19=142.5m;

防護(hù)工程-國(guó)堤以20年一遇水位控制，并考慮20年一遇壅水值，即 140.71+0.1=140.81 m。

9 計(jì)算成果匯總

現(xiàn)將水文及孔徑水力計(jì)算成果列于表4。

表4 嫩江大橋水文計(jì)算成果表