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        唐河樞紐跨河大橋防洪水文分析

        2011-05-19 07:02:56
        山西水利 2011年10期
        關(guān)鍵詞:唐河洪峰流量匝道

        吳 蕾

        1 工程概況

        唐河樞紐跨河大橋位于渾源縣王莊堡鎮(zhèn)北670m處,是《山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中“3縱11橫11環(huán)”高速路網(wǎng)主骨架東縱王莊堡至繁峙高速公路的重要組成部分,線路全長59.134km。

        1.1 工程特性

        擬建公路全線采用全封閉、全立交的雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計速度100km/h,路基寬33.5m。

        1.2 河道概況

        唐河屬海河流域大清河水系,發(fā)源于渾源縣,山西境內(nèi)全長96km,流域面積2193km2,河道平均縱坡11‰,平均河床糙率0.0275。

        項目高速公路擬建大橋位于渾源縣王莊堡北約670m,河段地形地貌主要為土石山區(qū)—黃土覆蓋基巖中低山區(qū),山區(qū)內(nèi)山巒疊嶂、溝壑縱橫,地形切割嚴(yán)重,高差懸殊。河床為石質(zhì)基巖,較穩(wěn)定。河流斷面寬度130m,左岸有在建的靈(丘)山(陰)高速公路和防洪堤,河底至防洪堤頂在4~5m,右岸有鄉(xiāng)村公路及殘缺不全的防洪堤,河底至防洪堤頂1.5~2m。橋位左岸西北角建一鐵廠,橋位處周圍2000m無水利及其他工程。

        2 防洪水文計算

        2.1 河道演變趨勢分析

        該段河道位于山谷區(qū),河道平坦,屬侵蝕河谷區(qū)河流。隨著河道的梯級開發(fā),水資源利用率將進(jìn)一步提高,水沙矛盾更加突出,中小水年份淤積程度加劇,但大水年份的輸沙效果會有所提高??傮w來說,該段河道呈逐年上淤的趨勢。

        下面以唐河(王莊堡)樞紐B、D匝道橋為例進(jìn)行水文分析計算。

        2.2 現(xiàn)狀條件下設(shè)計水位推算

        唐河(王莊堡)樞紐B、D匝道橋橋位斷面處流域面積268km2,河道比降21.53‰,河長30.54km,屬無資料地區(qū),因此,采用《山西省暴雨洪水計算實用手冊》和《大同市唐河流域規(guī)劃》作為水文分析計算的基本依據(jù)。

        2.3 設(shè)計洪水位計算成果

        洪峰流量根據(jù)《山西省暴雨洪水計算實用手冊》經(jīng)驗公式計算,計算公式為:

        式中:Qp——頻率為p的設(shè)計洪峰流量,m3/s;

        H1,p——計算流域形心處設(shè)計頻率1h點雨量,mm;

        F——涉水工程控制的流域面積,km2;

        N——綜合面積指數(shù);

        Cp——隨經(jīng)驗公式地類劃分表及頻率而異的經(jīng)驗性系數(shù)。

        根據(jù)上式求得,100年一遇洪峰流量為1335m3/s,50年一遇洪峰流量為1171m3/s,20年一遇洪峰流量為849m3/s。

        根據(jù)《大同市唐河流域規(guī)劃》設(shè)計洪水比擬計算,唐河水電站集水面積為457km2,橋位處集水面積為268km2,計算公式為:

        式中:Q計——設(shè)計斷面流量,m3/s;

        Q參——參照斷面流量,m3/s;

        F計——設(shè)計斷面集水面積,km2;

        F參——參照斷面集水面積,km2。

        根據(jù)公式求得,大橋橋位處設(shè)計流量100年一遇洪峰流量為 1385m3/s,50年一遇洪峰流量為1091m3/s,20年一遇洪峰流量為727m3/s。

        通過計算可知,采用《山西省暴雨洪水計算實用手冊》經(jīng)驗公式計算的洪水結(jié)果與唐河水電站初步設(shè)計報告中的設(shè)計成果基本一致,因此,《山西省暴雨洪水計算實用手冊》的計算結(jié)果適宜采用。

        根據(jù)唐河(王莊堡)樞紐B、D匝道橋橋位處水位—流量關(guān)系曲線圖查得:100年一遇洪峰流量1335m3/s的相應(yīng)水位為1160.71m;50年一遇洪峰流量1171m3/s的相應(yīng)水位為1160.60m;20年一遇洪峰流量849m3/s的相應(yīng)水位為1160.35m。

        2.4 現(xiàn)狀條件下壅水分析計算

        唐河(王莊堡)樞紐B、D匝道橋橋位所在河段100年一遇洪水的相應(yīng)水位為1160.71m,斷面寬度為206m,橋面高程1167.484m。建橋后河道內(nèi)橋墩占據(jù)了部分行洪面積,使過水面積減小,同時增加了水流阻力,使橋位上游一定范圍內(nèi)水位壅高,行洪能力降低,有7個橋墩影響阻水面積。

        按下式進(jìn)行壅水計算:

        式中:Δz——橋前最大壅水高度,m;

        η——水流進(jìn)入大橋橋孔阻力系數(shù),根據(jù)斷面處河灘大小取0.10;

        νm——建橋后橋下平均流速,m/s;

        ν0——建橋前斷面平均流速,m/s。

        計算得:100年一遇壅水高度為0.26m,50年一遇壅水高度為0.25m,20年一遇壅水高度為0.21m。100年一遇壅水長度為42.3m,50年一遇壅水長度為40.4m,20年一遇壅水長度33.1m。

        建橋后,大橋底高程1165.884m,100年一遇設(shè)計洪水位1160.71m,加上壅水高度0.26m,實際水位1160.97m,比大橋底部低4.91m,根據(jù)《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,不通航河道橋下凈空高度取0.5m,因此100年一遇洪水對大橋沒有影響,滿足設(shè)計要求。

        右岸壩堤為20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,高度為1160.85m,20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計水位為1160.35m,依據(jù)規(guī)劃的河寬,推求20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計水位為1160.75m,加上壅水高度0.21m,實際水位達(dá)到1160.96m,比壩頂高0.11m,建橋后對壩堤有一定影響。

        2.5 現(xiàn)狀條件下橋位沖刷與淤積分析計算

        橋梁沖刷根據(jù)交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》有關(guān)公式和設(shè)計方案進(jìn)行分析計算。唐河(王莊堡)樞紐B、D匝道橋自然沖刷按零處理,一般沖刷計算和局部沖刷計算根據(jù)《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》,采用規(guī)范非黏性土河床的一般沖刷修正式和局部沖刷修正式計算,結(jié)果見表1。

        表1 橋墩最大沖刷計算結(jié)果表

        根據(jù)《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》非巖石河床墩臺基底埋深安全值確定的標(biāo)準(zhǔn),通過對唐河(王莊堡)樞紐B、D匝道橋橋位最大沖刷河床標(biāo)高與樁基標(biāo)高比算,認(rèn)為唐河(王莊堡)樞紐B、D匝道橋斷面基底埋深均大于安全值。

        3 結(jié)語

        唐河(王莊堡)樞紐B、D匝道橋設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇,與《防洪標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定一致。項目所在地防護(hù)區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇,橋梁設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)高于所在河段防護(hù)區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)。因此,項目建設(shè)符合防洪標(biāo)準(zhǔn)、有關(guān)技術(shù)和管理要求,其防洪標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)劃的數(shù)據(jù)基本一致,項目的實施不會增加規(guī)劃實施難度,符合水利規(guī)劃的總體要求與整治目標(biāo)。

        擬建的唐河大橋B、D匝道下右岸壩堤為20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,壩頂高度為1160.85m,20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計水位加壅水高后為1160.96m,高于壩頂0.11m,需加高0.61m,以保證行洪安全。依據(jù)《中華人民共和國河道管理條例》《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項目管理的有關(guān)規(guī)定》《山西省河道管理條例》等相關(guān)規(guī)定,認(rèn)為在設(shè)計洪水得以順利通過的情況下,項目建設(shè)對當(dāng)?shù)厮?guī)劃不會產(chǎn)生很大影響。

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