高 榕

(寧德市水利局，福建寧德 352100)

山區(qū)高速公路地形地質(zhì)復(fù)雜，河道眾多，橋梁隧洞總長(zhǎng)占路線長(zhǎng)度的比例較大。橋梁跨越河道，必會(huì)對(duì)河道行洪及河段涉水建筑物造成一定的影響，影響程度與跨河橋梁的布置角度、橋墩軸線與水流方向的夾角等有關(guān)。

在本工程防洪評(píng)價(jià)中，筆者通過對(duì)涉河橋梁的布置形式，分析其對(duì)河道泄洪的影響，并針對(duì)該橋梁建設(shè)對(duì)周邊產(chǎn)生的影響提出橋梁布置設(shè)計(jì)的整改意見。

1 工程概況

高速公路可研階段主要是針對(duì)公路路線進(jìn)行方案比較，無具體橋梁立面圖，因此評(píng)價(jià)人員必須先根據(jù)平面圖對(duì)沿線橋梁先進(jìn)行篩選，確定沿線哪些橋梁需要進(jìn)行防洪影響評(píng)價(jià)后，再由高速公路設(shè)計(jì)單位提供相關(guān)布置設(shè)計(jì)圖紙，這就是防洪影響評(píng)價(jià)的前期工作。

據(jù)此，根據(jù)《高速公路工程可研性研究報(bào)告工程圖表》，先對(duì)該段高速公路沿線涉河橋梁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，資料收集。對(duì)河道較窄的橋梁(河道寬度＜20 m)，要求橋梁設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)中必須采用直接跨越，橋墩不占用河道;對(duì)河道較寬、橋墩有可能會(huì)占用河道、且上游存在防護(hù)對(duì)象的橋梁，做好記錄后提交給橋梁設(shè)計(jì)單位，再由橋梁設(shè)計(jì)單位提供具體橋型布置圖。

本工程防洪評(píng)價(jià)所針對(duì)的穆陽1#、2#橋梁，位于寧德穆陽溪流域下游、梧溪村附近。擬建的穆陽溪大橋斜跨穆陽溪干流，穆陽溪1#大橋和2#大橋分別跨越主河槽，灘地修建路基連接兩段大橋(圖1)。

圖1 穆陽溪1#、2#大橋平面布置示意圖

2 橋型布置形式對(duì)河道泄洪安全的影響分析

2.1 防洪評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選擇

由于橋梁自身標(biāo)準(zhǔn)較高達(dá)300 a一遇，遠(yuǎn)高于橋梁所在河段可能影響對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)，因此防洪評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要考慮周邊可能影響的對(duì)象(如防洪堤、省道和已建大橋)，并按目標(biāo)自身的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。根據(jù)GB 50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，工程分別采用10 a一遇和50 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 設(shè)計(jì)洪水

穆陽溪1#、2#橋橋址位于長(zhǎng)潭水文站下游約4 km，控制流域面積相差僅1.4%。因此橋址以長(zhǎng)潭站作為參證站，河段設(shè)計(jì)洪水采用水文比擬法移用長(zhǎng)潭站成果。

2.3 糙率取用

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)河段特征以及《水力計(jì)算手冊(cè)》，綜合選用河道糙率，并采用1969年調(diào)查洪痕進(jìn)行驗(yàn)證，糙率在0.035～0.065。

2.4 水面線推算

穆陽溪大橋軸線斜交于行洪斷面，并呈弧形跨越該段河道，將河道一分為二。故應(yīng)對(duì)1#、2#大橋和之間引橋占用情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)?？紤]到引橋在1#橋址將河道分叉，河流在2#橋址下游匯合，擬定以下步驟進(jìn)行水面線推算。

1)對(duì)引橋路基建設(shè)后設(shè)計(jì)洪水水面線進(jìn)行推算。引橋左右兩條河流分別按初擬的分洪流量進(jìn)行水面線推算，將左右側(cè)河流水面線均推算至上游匯合斷面，并調(diào)整分配的流量，直至水位相等。

2)根據(jù)以上成果再進(jìn)行2#、1#橋橋墩的阻水要素分析，并進(jìn)行水位壅高計(jì)算。

3)根據(jù)橋梁水位壅高計(jì)算成果進(jìn)行建橋后水面線計(jì)算。按左右側(cè)河流各自推算至上游匯合處，若此斷面水位不相等，應(yīng)調(diào)整分配的流量，重復(fù)以上步驟直至水位相等。

4)工程建設(shè)前后設(shè)計(jì)洪水水面線差值即為建橋后水面壅高值。

經(jīng)計(jì)算50 a一遇洪水時(shí)左側(cè)過洪量?jī)H占主河槽的9%左右，10 a一遇洪水時(shí)左側(cè)過洪量?jī)H占主河槽的4%左右。

2.4.1 橋墩阻水要素分析

首先分析橋墩及路基占用天然河道的阻水要素:2#橋50 a和10 a一遇洪水時(shí)橋墩及路基占用天然河道行洪面積分別為17.5%和19.4%;K1+182位置50 a和10 a一遇洪水時(shí)橋墩及路基占用天然河道行洪面積分別為27.8%和26.5%;1#橋50 a和10 a一遇洪水時(shí)橋墩及路基占用天然河道行洪面積分別為14.6%和14.4%。

根據(jù)第(a)步驟，計(jì)算出引橋右側(cè)河道50 a一遇和10 a一遇洪水分別為4 870 m3/s和3 350 m3/s，并據(jù)此進(jìn)行引橋路基修建后橋墩占用右側(cè)主河槽的阻水要素分析。經(jīng)計(jì)算2#橋50 a和10 a一遇洪水時(shí)橋墩及路基占用右側(cè)主河槽行洪面積分別為14.8%和15.8%;1#橋50 a和10 a一遇洪水時(shí)橋墩及路基占用右側(cè)主河槽行洪面積分別為21.1%和20.4%。

2.4.2 橋梁壅水分析

大橋水位壅高采用公路、鐵道、水利3個(gè)部門的公式，即道布松公式、鐵路橋規(guī)范公式和華水橋差公式分別進(jìn)行計(jì)算。

方法1:道布松公式:

方法2:鐵路規(guī)范公式:

方法3:華水橋差公式:

經(jīng)以上3種方法計(jì)算:2#大橋50 a一遇洪水時(shí)水位壅高分別為 0.34、0.33、0.4 m;10 a 一遇洪水時(shí)水位壅高分別為0.27、0.26、0.28 m;1#大橋 50 a 一遇洪水時(shí)水位壅高分別為0.25、0.25、0.36 m;10 a 一遇洪水時(shí)水位壅高分別為 0.18、0.17、0.24 m。

3種方法的計(jì)算成果中道布松公式和鐵路橋規(guī)范公式較相近。考慮到華水橋差公式更具體的考慮了項(xiàng)目的多孔橋墩側(cè)收縮系數(shù)和流速系數(shù)，亦更適合山區(qū)河道。故最終采用華水橋差公式計(jì)算成果為建橋后水位壅高值。

2.4.3 建橋前后水面線成果

經(jīng)水面線計(jì)算分析出穆陽溪大橋建橋前后的水位差:50 a一遇洪水時(shí)在樁號(hào)2#橋、K1+182、1#橋、K2+107位置，水位差分別為 1.76、2.5、1.74/2.1(2#橋下/橋上)、1.93 m;10 a一遇洪水時(shí)在樁號(hào) 2#橋、K1+182、1#橋、K2+107位置，水位差分別為1.61、1.94、1.35/1.59(2#橋下/橋上)、1.43 m。

2.5 分析與評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目建設(shè)后50 a和20 a一遇洪水時(shí)壅水最高分別達(dá)2.5、1.94 m。分析原因主要是由于2#橋及路基占用河道后，主流偏向右岸，并在2#橋位置形成卡口段，2#橋在50 a一遇洪水時(shí)河道寬度由457.3 m束窄至124.2 m(束窄率高達(dá)70%)，因此引起上游水位劇增，對(duì)周邊設(shè)施帶來嚴(yán)重影響。

3 結(jié)論與建議

1)通過本文分析，在高速公路建設(shè)過程中，對(duì)橋梁的布置方案中，涉及到河道交叉、分叉等特殊河段，因河道有較寬闊的河灘地等，橋梁布置容易受現(xiàn)狀河道貌似寬闊影響，踏勘期間現(xiàn)場(chǎng)又無明顯洪水威脅，容易忽略高程較高的河灘地在設(shè)計(jì)洪水來臨時(shí)，對(duì)泄洪行洪也能起到很大的分流作用，因此造成橋梁布置上易憑現(xiàn)場(chǎng)主觀印象、選擇造價(jià)較低的路基方案，卻產(chǎn)生了較大的阻洪影響，不利于河道及兩岸防洪。因此對(duì)這些路段進(jìn)行防洪影響評(píng)價(jià)、優(yōu)化橋梁布線設(shè)計(jì)方案、降低洪水影響、避免人為建設(shè)不合理造成洪災(zāi)，是非常重要和必要的。

2)高速公路在可研階段，還沒有形成具體的橋型布置方案，水利部門防洪影響評(píng)價(jià)單位在對(duì)橋梁布線進(jìn)行防洪影響分析時(shí)，必須要由橋梁設(shè)計(jì)單位提供高速公路初測(cè)設(shè)計(jì)中通過審查了的方案，而水利部門的防洪影響評(píng)價(jià)的批復(fù)卻又是橋梁部門初測(cè)設(shè)計(jì)、審查的依據(jù)。因此相互間在相關(guān)工作次序上存在矛盾及相互牽制的因素。而且由于橋梁路線的可變性，方案變化大，即使是可研與初測(cè)方案，建設(shè)過程均可能存在較大變化，因此當(dāng)評(píng)價(jià)橋梁的規(guī)模、結(jié)構(gòu)型式、斜跨夾角和地點(diǎn)有較大變動(dòng)時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行防洪影響評(píng)價(jià)，并報(bào)水行政主管部門審批。

3)隨著涉河橋梁建設(shè)的增多，建橋不當(dāng)引起河道行洪不暢的情況時(shí)有發(fā)生，但國(guó)家有關(guān)部門尚未制定涉河橋梁的水利技術(shù)規(guī)定。設(shè)計(jì)允許的橋梁壅水高度和橋梁占過水?dāng)嗝婷娣e，是橋梁防洪影響評(píng)價(jià)中需考慮的兩項(xiàng)指標(biāo)。山區(qū)性河道洪水暴漲暴落，允許的橋梁壅水高程和橋梁占過水?dāng)嗝婷娣e可適當(dāng)大些。為防止建橋不當(dāng)對(duì)水利的負(fù)面影響，應(yīng)對(duì)跨越各級(jí)堤防橋梁的阻水面積百分比和橋墩阻水引起的最大壅水高度進(jìn)行控制。

4)河流高、中低水位的流向、流速時(shí)常是不一致的，因此要求橋梁軸線與各種水位主流正交有時(shí)是不可能的，中、高洪水的造床作用和對(duì)兩岸堤防(岸)的影響較低水位時(shí)大，因此橋梁軸線宜與中、高洪水時(shí)的流向正交或交角不宜過大，以提高泄洪能力，避免橋墩的挑流對(duì)堤防(岸)的沖刷。因各種自然因素影響，橋梁軸線與水流流向斜交時(shí)，應(yīng)加大橋梁跨度，將橋墩軸線盡量設(shè)計(jì)成與水流流向平行。

［1］武漢大學(xué)水利水電學(xué)院.水力計(jì)算手冊(cè):第二版［K］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

［2］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTJ 062－91公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，1992.

［3］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).TB 10017－99鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1999.