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        新來河大橋防洪影響評價分析

        2014-06-09 08:05:42劉甘華郜長征
        關(guān)鍵詞:河大橋河槽沖刷

        劉甘華,郜長征

        (1.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,合肥231603;2.安徽省金源水利水電咨詢有限公司,合肥230022)

        1 概況

        來河是安徽省滁州市來安縣境內(nèi)的一條主要河流,也是滁河的一條較大支流,流域總面積714.3km2,其中來安縣境內(nèi)流域面積507.4km2。來河流域總長70.2km,對河橋以下主河道長度33.6km,流域上游為山區(qū),中部屬丘陵區(qū),下游為圩區(qū)。來河中部橫穿縣城,下部經(jīng)水口鎮(zhèn)、三城鄉(xiāng)入汊河鎮(zhèn),并有滁天公路、滬陜高速、104國道跨河而過。來河自20世紀(jì)70年代進(jìn)行治理,裁彎取直,對河橋以下由“老來河”變?yōu)椤靶聛砗印薄?/p>

        擬建新來河大橋位于滁州市新來河的下游,跨河角度為90°(主流方向與橋墩軸線形成的夾角),設(shè)計荷載為公路-I級,設(shè)計洪水頻率:1/100;設(shè)計時速:80km/h。橋梁設(shè)計長度為156m,橋面寬50m。新來河大橋橋梁布置方案為:上部結(jié)構(gòu)為5×30m連續(xù)小箱梁;下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋墩,橋臺采用樁基接蓋梁。單排樁基礎(chǔ),橋墩采用八柱式,柱間距610cm,橋墩立柱直徑140cm,樁基直徑180cm。

        2 設(shè)計洪水計算

        2.1 流量計算

        設(shè)計洪水分別按照支流水系匯集情況,結(jié)合地形、地貌進(jìn)行計算。設(shè)計洪水由各河道上游水庫出庫洪水、水庫下游區(qū)間設(shè)計洪水和圩口排水3大部分疊加計算,洪水計算偏安全考慮,未考慮河槽調(diào)蓄。河道匯流采用錯時流量疊加法。

        2.2 現(xiàn)狀水面線推算

        來河洪水在汊河閘上匯入滁河,根據(jù)長江委《滁河流域防洪規(guī)劃報告》(2004年修訂本)確定的滁河干流采用接近1991年6月洪水位,相當(dāng)于20a一遇,汊河閘上水位為10.40m。來河20a一遇水面線采用汊河集閘上20a一遇洪水位遭遇來河10a一遇洪水流量和汊河閘上10a一遇洪水位遭遇來河20a一遇洪水流量的外包線。

        根據(jù)分析計算,新來河大橋20a一遇洪峰流量884.28m3/s,相應(yīng)洪水位為11.86m。新來河大橋設(shè)計洪水為100a一遇,考慮堤防實(shí)際情況及當(dāng)?shù)胤篮檎{(diào)度規(guī)劃,經(jīng)計算100a一遇洪峰流量采用1 490.50m3/s,相應(yīng)水位取 13.95m(高 程 采 用1985年國家高程基準(zhǔn))。

        3 橋梁壅水及沖刷計算

        3.1 橋梁壅水高度計算

        建橋后,由于橋墩占用過水?dāng)嗝婷娣e及對水流的阻礙作用,致使橋前壅水抬高洪水位。同時,橋下河道水流流速增大,橋墩周圍的水流在河床附近形成淘刷漩渦,引起河床的一般沖刷和橋墩局部沖刷。壅水高度及沖刷深度與過流條件、河道斷面、橋址河段土壤特性、橋墩幾何形狀等因素有關(guān)。根據(jù)《橋涵水文》,橋前壅水高度計算公式為:

        式中:ΔZ為壅水高度(m);V為橋下斷面平均流速(m/s);V0為橋前斷面平均流速(m/s);η為系數(shù),與水流進(jìn)入橋孔的阻力有關(guān),根據(jù)河流類型及河灘地過水能力可查閱相關(guān)資料。

        壅水曲線長:

        式中I為橋址河段水面比降。

        新來河大橋在遭遇100a一遇,20a一遇洪水情況下,壅水計算系數(shù)η取0.05,河段水面比降取0.12‰,經(jīng)計算,建橋后壅水高度分別為0.016m和0.025m,壅水曲線長度分別為271.2m和416.67m,阻水程度為4.8%及4.98%,橋前壅水計算成果見表1。

        表1 橋前壅水計算表

        3.2 沖刷深度計算

        橋墩基礎(chǔ)的存在,將對原河床的沖刷產(chǎn)生一定的影響,需進(jìn)行相關(guān)分析計算。根據(jù)地質(zhì)資料及JTG C30—2002《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定,根據(jù)橋梁所在河道地質(zhì)狀況,分別采用不同的沖刷計算公式,新來河河床地質(zhì)為粉質(zhì)黏土,故采用黏性土河床計算公式:

        (1)黏性土河床一般沖刷計算公式

        式中:hp為橋下一般沖刷后的最大水深(m);Ad為單寬流量集中系數(shù),取1.0~1.2;IL為沖刷坑范圍內(nèi)黏性土液性指數(shù),適用范圍為0.16~1.19;μ為橋墩水流側(cè)向壓縮系數(shù);Q1、Q2分別為橋下河灘、河槽部分通過的設(shè)計流量(m3/s);htm、hcm分別為橋下河灘、河槽最大水深(m);htq、hcq分別為橋下河灘、河槽平均水深(m);Btj、Bcj分別為河灘、河槽部分橋孔凈長(m)。

        (2)黏性土河床橋墩局部沖刷計算

        計算公式如下:

        式中:hb為橋墩局部沖刷深度(m);Kξ為墩形系數(shù);B1為橋墩計算寬度(m);V為一般沖刷后的橋墩前行近流速(m/s);IL為沖刷坑范圍內(nèi)黏性土液性指數(shù),適用范圍為0.16~1.48。

        設(shè)計洪水為20a一遇、100a一遇洪水情況下,橋位處沖刷計算成果見表2。

        表2 沖刷計算成果表

        由表2可知,在遭遇20a一遇洪水時,河槽部位一般沖刷深度為0.22m,橋墩部位會發(fā)生局部沖刷,沖刷深度為1.09m。在遭遇100a一遇洪水時,河槽部位一般沖刷深度為0.41m,橋墩部位會發(fā)生局部沖刷,沖刷深度為1.45m。

        4 新來河大橋防洪影響分析

        (1)新來河大橋建橋后,橋墩阻水會減少河道有效行洪面積,降低河道行洪能力,當(dāng)發(fā)生設(shè)計洪水時,將會產(chǎn)生一定的壅水。20a一遇洪水壅水高度為0.016m、壅水曲線長271.20m,100a一遇洪水壅水高度為0.025m,壅水曲線長416.67m。建橋?qū)拥佬泻樗挥绊懮跣?,對河道行洪能力影響有限,工程不會給河道行洪安全帶來明顯不利影響。

        (2)新來河大橋設(shè)計過河方式為立交,根據(jù)確定的橋梁梁底設(shè)計高程,跨堤頂?shù)缆穬舾邽?.95~1.25m,不滿足堤頂防汛交通通行要求。

        (3)新來河大橋的橋梁跨河道較順直,上、下游河床比降較小,河道斷面較大,建橋后沖刷計算結(jié)果表明,當(dāng)發(fā)生20a及100a一遇的洪水時,洪水對橋墩一般沖刷深度分別為0.22m、0.41m,局部沖刷深度分別為1.09m、1.45m。

        河槽一般沖刷會影響橋梁墩臺基礎(chǔ)埋置深度,進(jìn)而影響基礎(chǔ)的穩(wěn)固。橋墩處局部沖刷會形成沖坑,位于堤腳及河道邊坡附近的局部沖刷會影響堤岸的滲流及河道邊坡的穩(wěn)定,因此橋墩處及其上、下游范圍需采取護(hù)砌措施。

        (4)從橋梁與河道交角來看,新來河大橋橋墩軸線與水流方向交角約為90°,橋墩不會產(chǎn)生挑流作用,不會造成對河岸的沖刷。

        (5)根據(jù)《中華人民共和國水法》、《中華人民共和國防洪法》和《中華人民共和國河道管理?xiàng)l例》,修建橋梁等工程不得危及堤防安全,本次涉及的大橋所跨越橋址處河段不涉及其他閘、站等水利設(shè)施。

        (6)新來河大橋所跨越的新來河為通航河段,根據(jù)相關(guān)航運(yùn)規(guī)劃,新來河為規(guī)劃Ⅵ級航道。Ⅵ級航道設(shè)計最高通航水位為5a一遇,新來河5a一遇設(shè)計水位為11.00m。設(shè)計通航孔高度不滿足要求。

        5 建議

        (1)當(dāng)發(fā)生100a一遇的洪水時,洪水的局部及一般沖刷深度在2m以內(nèi),一般沖刷使河床下切,主泓加深、深泓近岸,橋址附近形成深槽,會影響橋梁墩臺基礎(chǔ)的穩(wěn)固,局部沖刷會形成沖坑,不利于河岸的滲流及穩(wěn)定。為保證各橋址斷面上、下游臨水側(cè)岸坡及橋墩處的穩(wěn)定,避免因橋梁建設(shè)造成岸坡崩塌及嚴(yán)重的沖刷深漕,采取補(bǔ)救的主要措施有:對新來河大橋沿中心線上游50m、下游30m范圍內(nèi)堤岸臨水坡采取干砌塊石護(hù)砌措施,相應(yīng)對橋址處沖刷嚴(yán)重地段采用河底塊石護(hù)砌防沖處理。

        (2)針對建設(shè)項(xiàng)目施工時,施工設(shè)施、便道、料場及生活區(qū)域等將可能會對河道行洪產(chǎn)生影響,為確保防洪安全,施工期內(nèi)該項(xiàng)目建設(shè)部門應(yīng)與防汛指揮部門以及當(dāng)?shù)卣芮信浜?,?yán)格按照制定的渡汛方案進(jìn)行施工。施工后期應(yīng)逐步拆除及清理施工現(xiàn)場,推平施工道路,清理?xiàng)壴仁S辔?,恢?fù)河道原貌,以利于行洪暢通。

        如果建設(shè)項(xiàng)目需汛期施工,施工單位要提前編制汛期施工組織計劃,并報蓄滯洪區(qū)主管部門批準(zhǔn),方可進(jìn)行施工,施工時密切注意天氣變化。

        (3)橋梁高度不滿足堤頂防汛道路通行要求,也不滿足VI級航道通行要求,建議主設(shè)抬高大橋跨堤跨河高度,以滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)定的防汛道路及VI級航道凈高要求。

        (4)擬建橋址處區(qū)內(nèi)無取水和臨時碼頭等第三人合法水事權(quán)益,但橋的建設(shè)過程中有可能影響到河岸和周邊區(qū)域的有關(guān)利益,應(yīng)采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施。

        [1]徐新華,夏云峰.防洪評價報告編制導(dǎo)則研究及解讀[M].北京:中國水利水電出版社,2004.

        [2]余建星,王宏偉,王永功,等.大型橋梁防洪影響評估方法研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報,2005,14(4):135-140.

        [3]SL44-93水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,1993.

        [4]SL278-2002水利水電工程設(shè)計水文計算規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2002.

        [5]孫慶磊,周波,李超.跨河橋梁防洪影響評價指標(biāo)體系及影響防治措施研究[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2010,16(4):432-435.

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