趙 青 ，張 鶴 ，王 影 ，翟天夫

（1.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司科學(xué)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130061；2.水利部松遼水利委員會(huì)，吉林 長(zhǎng)春 130021）

寧江松花江特大橋平面布置試驗(yàn)研究

趙 青1，張 鶴2，王 影1，翟天夫2

（1.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司科學(xué)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130061；2.水利部松遼水利委員會(huì)，吉林 長(zhǎng)春 130021）

文中通過河工模型試驗(yàn)，對(duì)寧江松花江特大橋橋位河段的水力和泥沙特性進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上提出了兩套橋位河段的整治方案，避免了該工程的建設(shè)對(duì)河道行洪、通航和河道演變?cè)斐刹焕绊?。文中?duì)兩套整治方案進(jìn)行了分析比較，最終推薦整治后的方案二作為工程方案。

模型試驗(yàn)；通航參數(shù)；泥沙沖淤；寧江松花江特大橋

擬建的寧江松花江特大橋位于第二松花江的下游，在吉林省松原市西北方向跨越第二松花江，是目前吉林省內(nèi)高速公路上第一座矮塔斜拉橋，同時(shí)也是吉林省內(nèi)最大的矮塔斜拉橋。寧江松花江特大橋的修建將對(duì)完善對(duì)外交通體系，緩解城市道路交通擁擠，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。

擬建寧江松花江特大橋，推薦的橋線位置分別位于前扶松花江大橋下游約4.6 km（方案一）和6.8 km（方案二）處。為避免工程布置對(duì)該河道的行洪、通航和河道演變?cè)斐刹焕绊懀虼送ㄟ^開展河工模型試驗(yàn)對(duì)各種方案河段水流特性進(jìn)行研究論證。

1 試驗(yàn)的基本情況

試驗(yàn)著重在研究橋梁對(duì)防洪及通航影響，考慮到第二松花江為寬淺型河道，因此采用變態(tài)模型開展研究，平面比尺αl=250,垂直比尺αh=100。模型縱向邊界上游取至前扶松花江大橋上游約2.6 km處，下游取至前扶松花江大橋上游約14.4 km處，模擬河段的縱向范圍總長(zhǎng)17 km；橫向范圍包括整個(gè)橋梁長(zhǎng)度、左岸防洪堤、右岸136 m高程以下范圍的河道寬度約3.5 km，模型平面尺寸為70 m×14 m。

鑒于現(xiàn)場(chǎng)查勘以及以往的研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)第二松花江河道中造床起決定性作用的是推移質(zhì)泥沙（d50=0.20 mm），所以模型選用陽離子交換樹脂作為試驗(yàn)用的模型沙（d50=0.15 mm）。

為盡可能保證模型與天然河道相似，模型按照相似率的理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過水位、分流比和沖淤等率定試驗(yàn)對(duì)有關(guān)比尺進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保了主要物理量相似，使試驗(yàn)結(jié)果能夠滿足研究?jī)?nèi)容的要求。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 水面線分析

施放各典型流量，測(cè)得各頻率的洪水水面線如圖1所示。圖1分別例舉了原河道、方案一和方案二各頻率的洪水水面線。

當(dāng)發(fā)生10年一遇洪水（Q=4 300 m3/s）時(shí)，方案一、方案二橋前（注：橋前指位于上游50 m處，下同）壅水均為0.02 m；當(dāng)發(fā)生100年一遇洪水（Q=7 500 m3/s）時(shí)，兩方案橋前壅水均為0.05 m；當(dāng)發(fā)生300年一遇洪水（Q=10 300 m3/s）時(shí)，方案一橋前壅水為0.06 m、方案二橋前壅水為0.05，因此從行洪的角度來說兩個(gè)方案差別不大，方案二壅水較方案一略小，且大橋的壅水距離較短，不會(huì)對(duì)前扶大橋產(chǎn)生不利影響。

2.2 流速分析

圖2為發(fā)生100年一遇洪水（Q=7 500 m3/s）時(shí)，原河道與各方案實(shí)施后的橋位附近平面流速圖。

方案一橋位上游150 m、下游200 m范圍內(nèi)右岸邊和方案二橋位上游250 m、下游300 m范圍內(nèi)左、右兩岸邊流速隨著流量的加大流速分別增加0.03～0.30 m/s和0.04～0.58 m/s。由于方案一和方案二橋位處右岸邊已有塌岸現(xiàn)象，同時(shí)流速增加也會(huì)加劇右岸邊沖刷塌岸的趨勢(shì)，為了防止工程建設(shè)后流速增加對(duì)河道的河勢(shì)變化產(chǎn)生影響，并考慮通航固岸要求，應(yīng)在橋位處河槽兩側(cè)上、下游采取防護(hù)措施。

2.3 通航參數(shù)分析

通航采用原河道航跡線進(jìn)行試驗(yàn)：

1）方案一在Q=300 m3/s（最小通航流量）和Q=4 300 m3/s（最大通航流量）時(shí)，橋區(qū)內(nèi)航跡線上通航水深均大于最小通航水深1.6 m，橫向流速均小于0.30 m/s，并且橋位上行和下行的航跡線直線段長(zhǎng)度也滿足4倍和2倍船長(zhǎng)，方案一通航孔凈寬滿足通航要求，故原河道航跡線能基本滿足通航要求。

2）方案二在Q=300 m3/s和Q=4 300 m3/s時(shí)，橋下通航孔水流流向與橋軸線的法線方向交角最大為28.7°（大于5°）、橫向流速最大為 0.77 m/s（大于 0.30 m/s），且橋位上下行航跡線直線段長(zhǎng)度不足，需要整治航道以滿足通航標(biāo)準(zhǔn)的要求。

方案二通航整治方案即設(shè)上下行通航孔，采取單孔單向通航的方式通過橋位。橋梁通航孔設(shè)在右起第二跨和第三跨，其中，第二跨為下行通航孔，第三跨為上行通航孔。上下行航道分別于橋位上游2 200 m和1 700 m處向兩汊匯流區(qū)的左岸過渡并通過橋位，過渡段長(zhǎng)度分別為2 744 m和2 645 m，航道中心線與橋軸線法線方向交角21.28°。通過橋位后，航道中心線沿匯流區(qū)下游左汊進(jìn)入自然航道。為了滿足通航要求，開挖深槽6處、修建鎖壩1座、丁壩1座、護(hù)岸丁壩群1處（9座短丁壩）、護(hù)岸2處。

試驗(yàn)結(jié)果表明在Q=4 300 m3/s時(shí)，橋下通航孔水流流向與橋軸線法線方向交角最大為21.8°，橫向流速為0.40 m/s。按照《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：天然和渠化河流水上過河建筑物軸線的法線方向與水流流向的交角大于5°且橫向流速大于0.30 m/s時(shí)，單向通航凈寬應(yīng)加寬。當(dāng)橫向流速為0.40 m/s，Ⅳ級(jí)航道、2排1列船隊(duì)在通航凈寬50 m基礎(chǔ)上須加寬15m，故需要65 m的通航凈寬，而方案二通航孔凈寬有133 m，因此整治方案滿足通航要求。

2.4 沖淤結(jié)果分析

試驗(yàn)是在2008年地形、航道整治方案基礎(chǔ)上開展的，試驗(yàn)結(jié)果顯示經(jīng)過系列年洪峰后試驗(yàn)河段地形均沒有發(fā)生大的河勢(shì)演變，僅有局部的變化。橋墩處被沖刷的床沙質(zhì)以沙波形式向下游河道疏散，沒有形成明顯的連續(xù)型淤坎，對(duì)橋孔泄洪和橋前水位無不良影響。

整治后的方案二，橋墩局部沖刷的沖坑最深點(diǎn)發(fā)生在上游的樁柱附近，主河槽樁柱沖刷最深點(diǎn)高程為121.32 m，沖刷深度為4.78 m，灘地樁柱沖刷最深點(diǎn)高程為128.05 m，沖刷深度為3.07 m，不會(huì)對(duì)通航和行洪產(chǎn)生影響。

3 結(jié)語

通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，從行洪角度來說兩種方案差別不大；從通航角度分析方案一較方案二橋區(qū)航道穩(wěn)定，然而無論選擇哪種方案，都需要對(duì)航道進(jìn)行整治，故方案一也不占大的優(yōu)勢(shì)；從工程投資上方案一比方案二橋身要長(zhǎng)，造價(jià)更高；從城市長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃考慮，方案二在前扶松花江大橋下游6.6 km，更有利于城市布局和發(fā)展。所以推薦整治后的方案二作為工程方案。

［1］謝鑒衡，等.河流泥沙工程學(xué)［J］.水文，1981（02）.

［2］錢寧，等.河床演變［M］.北京：科學(xué)出版社，1987.

［3］張定邦，等.塑料沙的沉降規(guī)律［M］.水道港口，1982（01）.

［4］張慧，等.荊岳鐵路專線洞庭湖大橋河工模型試驗(yàn)研究［M］.水文泥沙研究新進(jìn)展；2010.

Study on layout test for Ningjiang Songhua river supper-large bridge

ZHAO Qing,ZHANG He,WANG Ying,ZHAI Tian-fu

Through the river model test,the paper studies the characteristics of hydraulic and sediment at location section of Ningjiang Songhua river supper-large bridge.Based on the study,the paper provides improvement scheme for location section,avoids the adverse effects on flood propagation,navigation and river channel evolution.

model test;navigation parameter;sediment scouring and silting

TV131.65

A

1002－0624（2012）06－0056－02

2012-01-09