張 涵 張光碧 王 澤

（四川大學(xué)水利水電學(xué)院 四川 成都 610065）

1 工程概況

四川省石棉縣石棉大橋危橋拆除重建工程為石棉縣城市橋梁工程，地處石棉縣城的大渡河上，位于國道108線K2574+944大渡河老石棉大橋原橋址處，橋軸線與大渡河流向交角為90°，橋址位于巖子村大渡河大橋下游約1200m，其下游約1600m為川心店至向陽村大渡河大橋，并且處于瀑布溝水電站庫區(qū)回水位末端。

石棉大橋危橋拆除重建工程新橋橋梁全寬22m，孔跨布置為（3×46）m。上部結(jié)構(gòu)為三跨預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，橋梁底緣最低高程為816.03m；下部結(jié)構(gòu)為重力式墩擴(kuò)大樁基礎(chǔ)，每墩三根樁，柱徑2.0m，樁徑2.2m，樁臺尺寸2.2m×22m。

根據(jù)《城市橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》確定四川省石棉縣石棉大橋危橋拆除重建工程為Ⅲ等工程，橋?yàn)榇笾行蜆?，?00年一遇洪水進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 水文分析計(jì)算

石棉縣城區(qū)內(nèi)大渡河干流有農(nóng)場專用水文站和石棉水文站，因石棉水位站處于新建大橋河段內(nèi)，工程河段總長不到4km，其間無大的支流加入，集雨面積一致，因此，工程河段設(shè)計(jì)洪水直接采用石棉站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果。根據(jù)石棉站1954年～2007年實(shí)測洪水系列加上歷史洪水組成的不連續(xù)系列通過水文計(jì)算最終確定石棉水文站的設(shè)計(jì)洪水成果見表1。

表1 石棉站設(shè)計(jì)洪水成果表

表2 橋址斷面各頻率設(shè)計(jì)洪水位成果表

表3 建橋前設(shè)計(jì)洪水水面線

由于石棉大橋危橋拆除重建工程大橋位于瀑布溝庫區(qū)回水位末端，可直接采用瀑布溝水庫相應(yīng)頻率下的洪水位成果作為該橋的設(shè)計(jì)水位，成果見表2。

3 行洪能力分析計(jì)算

為了分析評價(jià)河段工程建設(shè)前后河道行洪能力的變化情況，需進(jìn)行天然情況下和大橋建成以后橋下雍水高程計(jì)算。

本次行洪論證的計(jì)算范圍根據(jù)分析確定，縱向?yàn)榇髽蛳掠?00m～橋上游700m的河段，全長1200m。橫向均為大渡河河堤20年一遇洪水水面線的寬度外30m，總寬度為190m～296m。由于工程河段位于瀑布溝水庫回水末端，其建橋前水面線可引用瀑布溝回水線，通過瀑布溝回水線的內(nèi)插推求論證河段的洪水水面線，橋址上下游各斷面建前設(shè)計(jì)洪水位見表3。

考慮到橋梁工程河段位于瀑布溝水庫庫尾河段，在瀑布溝建成蓄水后本河段將受瀑布溝水庫回水影響，新石棉大橋的設(shè)計(jì)水位采用瀑布溝100一遇洪水時(shí)的回水位856.27m。

4 壅水分析計(jì)算

本次行洪論證河道橋前壅水選用頻率為20%、5%、1%洪水時(shí)的設(shè)計(jì)洪峰流量，進(jìn)行橋梁建成后橋址上游的各水力要素的分析計(jì)算。

4.1 橋前最大雍水高度△Z

Η——系數(shù)，與水流進(jìn)入橋孔的阻力有關(guān)。

本次計(jì)算河灘路堤阻斷流量與設(shè)計(jì)流量Qp的比值小于10%，η取0.05。

4.2 橋下壅水高度△Z'

根據(jù)該河段的地質(zhì)情況和河道沖淤變化情況，橋下壅水高度△Z'計(jì)算公式選用：

表4 建橋后雍水水力要素計(jì)算成果表

表5 建橋后雍水水力要素比較表

表6 石棉大橋危橋拆除重建工程建橋后沖刷計(jì)算成果表

4.3 橋前最大壅雍水高度至橋前的距離S

按公式S=Ks(1-M)B計(jì)算。

式中，B——設(shè)計(jì)洪水時(shí)水面寬度，m；

M——建橋前通過橋孔范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)流量與全河斷面設(shè)計(jì)流量之比，M=Qm/Qp；

Ks——系數(shù)，根據(jù)M值確定。

4.4 壅水長度

按公式L=2△Z/I計(jì)算。

式中，L——壅水曲線全長，m；

I——洪水比降，以小數(shù)計(jì)；

△Z——橋前最大雍水高度，m。

根據(jù)以上各計(jì)算公式計(jì)算得各設(shè)計(jì)頻率下橋后壅水水力要素成果見表4，建橋前后橋址斷面的水力要素變化見表5。

由表中數(shù)據(jù)可知，各頻率下橋墩阻水面積與橋下過水面積之比均小于5%，因此建橋后橋墩對行洪斷面的影響較小。

5 沖刷分析計(jì)算

河流上建橋后，因壓縮水流而引起橋下河床全斷面發(fā)生沖刷的現(xiàn)象即為一般沖刷，水流受橋墩阻礙形成旋渦系統(tǒng)對橋墩周圍的沖刷現(xiàn)象即為局部沖刷。

5.1 一般沖刷計(jì)算

河槽部分按非粘性一般沖刷的公式進(jìn)行計(jì)算。即：

式中，hp為橋下河床在沖刷停止時(shí)從設(shè)計(jì)水位算起的橋下最大鉛垂水深，m；QC為天然狀態(tài)下河槽流量，m3/s；Q2為建橋后橋下河槽部分通過的設(shè)計(jì)流量，m3/s；BC為天然狀態(tài)下河槽寬度，m；B2為建橋后橋下斷面河槽寬度，m；λ為設(shè)計(jì)水位下，橋墩阻水總面積AD與橋下過水面積A0m的比值；μ為橋墩水流側(cè)向壓縮系數(shù)；hmc為橋下河槽設(shè)計(jì)水位相應(yīng)的最大水深，m；k為單寬流量集中系數(shù)，k=（B0.5/H）0.15；B、H分別為平灘水位時(shí)河槽寬度和河槽平均水深，m。

河灘部分按照公式：

式中，hmt為橋下河灘的最大水深，m；Qt'為橋下河灘部分通過的設(shè)計(jì)流量，m3/s；μ為橋墩水流側(cè)向壓縮系數(shù)；ht'為橋下河槽最大水深，m；hˉt'為橋下河槽平均水深，m；hp為河灘水深，m；VH1為非粘性土不沖刷流速，m/s。

5.2 局部沖刷計(jì)算理論

對于非粘性河床橋墩局部沖刷，采用的計(jì)算公式如下：

根據(jù)以上計(jì)算公式，發(fā)生百年一遇洪水時(shí)的一般沖刷和局部沖刷成果見表6。

根據(jù)設(shè)計(jì)，新橋采用鋼筋混凝土三聯(lián)梁橋，左右橋墩位于河槽內(nèi)，河床最低高程為836.52m，橋墩基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，樁基埋設(shè)高程為804.00m～810.00m，遠(yuǎn)低于局部沖刷水深，因此河床沖刷不會對橋墩的安全造成影響。

6 河勢影響分析計(jì)算

對河勢的影響分析主要通過計(jì)算縱向穩(wěn)定指標(biāo)、橫向穩(wěn)定指標(biāo)和綜合穩(wěn)定指標(biāo)這三個(gè)方面來確定。

6.1 縱向穩(wěn)定指標(biāo)

一般地認(rèn)為，Ks＞3即屬于縱向基本穩(wěn)定河床，Ks越大代表河床越穩(wěn)定。通過以上公式計(jì)算可知，項(xiàng)目建設(shè)前Ks=6.18，項(xiàng)目建設(shè)后Ks=5.90。因此，可以認(rèn)為工程河段屬于縱向穩(wěn)定河床。

6.2 橫向穩(wěn)定指標(biāo)

式中，Kw為橫向穩(wěn)定系數(shù)；Q為造床流量，Q=4280m3/s；J為造床流量下水面比降，J=0.0017；B為造床流量下水面寬；Kw＞1即為橫向穩(wěn)定河床，Kw越大越穩(wěn)定。

項(xiàng)目建設(shè)前后橫向穩(wěn)定系數(shù)不變，經(jīng)計(jì)算，項(xiàng)目建設(shè)河段Kw=3.02，即工程河段為橫向穩(wěn)定河床。

7 綜合穩(wěn)定指標(biāo)

綜合穩(wěn)定指標(biāo)的計(jì)算采用包含縱向和橫向的綜合穩(wěn)定系數(shù)公式：

通過計(jì)算本工程建成后綜合穩(wěn)定性系數(shù)為K=53.77（K＞15即屬穩(wěn)定河床），由此可知河段綜合穩(wěn)定性較好。

8 結(jié)論

通過以上的分析計(jì)算，項(xiàng)目建設(shè)符合有關(guān)規(guī)定、規(guī)范要求，與現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)、有關(guān)技術(shù)及管理要求相適應(yīng)，對河道行洪影響很小，對河勢穩(wěn)定影響很小，對現(xiàn)有防洪工程基本無影響，對現(xiàn)有涉河建筑無不利影響。建設(shè)項(xiàng)目大橋之間的河段，防洪搶險(xiǎn)通道均可到達(dá)，項(xiàng)目建設(shè)對防汛搶險(xiǎn)基本無影響，且本河段無采砂和通航規(guī)劃。因此，對第三合法水事權(quán)益人無影響。陜西水利

[1]國家電力公司成都院.四川大渡河瀑布溝水電站初步設(shè)計(jì)調(diào)整及優(yōu)化報(bào)告[R].成都：國家電力公司成都院，2003.

[2]廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院.四川省石棉縣石棉大橋危橋拆除重建工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].成都：廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院，2007.

[3]四川省雅安地區(qū)水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.四川岷江支流大渡河干流雅安地區(qū)段河道防洪規(guī)劃報(bào)告[R].成都：四川省雅安地區(qū)水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，2000.

[4]肖小玲，薛紅.跨河大橋行洪論證與河勢穩(wěn)定分析[J].四川建筑，2009，29（1):162-164.