(甘肅省酒泉水文水資源勘測(cè)局，甘肅 嘉峪關(guān) 735100 )

北大河大橋防洪影響分析

王仙紅

(甘肅省酒泉水文水資源勘測(cè)局，甘肅 嘉峪關(guān) 735100 )

北大河大橋位于酒泉市肅州區(qū)境內(nèi)，該橋在舊橋位置處加寬加固。本次北大河大橋防洪評(píng)價(jià)以百年一遇洪水評(píng)價(jià)為主，橋址斷面處百年一遇設(shè)計(jì)洪水確定為1 330 m3/s，五十年一遇設(shè)計(jì)洪水確定為1 020 m3/s。根據(jù)河道實(shí)測(cè)資料及工程設(shè)計(jì)資料，分析改建后的北大河大橋工程的壅水程度、沖刷深度及防洪綜合評(píng)價(jià)，為工程的可行性及安全性提供科學(xué)依據(jù)。

北大河大橋；壅水計(jì)算；防洪評(píng)價(jià)

1 概況

1.1 工程概況

酒泉至嘉峪關(guān)城際一級(jí)公路在酒泉市肅州區(qū)境內(nèi)跨越北大河(又名討賴(lài)河)，由于舊橋的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不滿(mǎn)足新建公路的設(shè)計(jì)要求，北大河大橋改建工程在原橋基礎(chǔ)上兩側(cè)對(duì)稱(chēng)加寬，橋面總寬度為44 m，設(shè)計(jì)橋長(zhǎng)306.04 m。

為減少洪水對(duì)橋位處河床的沖刷，設(shè)計(jì)橋梁中心線(xiàn)下游河床50 m處設(shè)置了平行于橋梁軸線(xiàn)的攔水壩，壩長(zhǎng)300 m，頂寬1.5 m，內(nèi)部采用卵礫石土，外層鋪筑50 cm厚片石混凝土。壩體迎水面基礎(chǔ)埋深1.6 m，背水面基礎(chǔ)埋深3.0 m。

1.2 河道堤防概況

北大河大橋橋址所在斷面上游3.6 km處為彎道，下游河道較為順直，河床較平整，地形平緩開(kāi)闊，兩岸階地為酒泉市肅州區(qū)城市開(kāi)發(fā)帶。

橋梁通過(guò)河段兩岸已建成完整堤防工程，斷面形狀呈梯形，該堤防工程上起清嘉高速公路橋，下至北大河大橋，左岸長(zhǎng)6.25 km，右岸長(zhǎng)5.72 km，保護(hù)范圍28.5 km2。工程等級(jí)為二級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)按五十年一遇洪水設(shè)計(jì)。

2 防洪評(píng)價(jià)分析計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)洪水流量及水位

設(shè)計(jì)洪水頻率計(jì)算依據(jù)北大河冰溝水文站洪峰流量資料和歷史調(diào)查洪水資料，采用矩法初估統(tǒng)計(jì)參數(shù)，用P-Ⅲ型曲線(xiàn)進(jìn)行適線(xiàn)，求得冰溝水文站設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表1，本次北大河大橋防洪評(píng)價(jià)以百年一遇洪水評(píng)價(jià)為主，橋址斷面處百年一遇設(shè)計(jì)洪水確定為1 330 m3/s，五十年一遇設(shè)計(jì)洪水確定為1 020 m3/s。

橋址斷面處沒(méi)有實(shí)測(cè)水文觀(guān)測(cè)資料，水位～流量關(guān)系只能通過(guò)水力學(xué)公式確定。根據(jù)實(shí)測(cè)縱橫斷面資料和實(shí)地勘察，確定河段河底比降為7.1‰、河床糙率為0.030，采用曼寧公式計(jì)算各級(jí)水位相應(yīng)的流量，建立水位～流量關(guān)系曲線(xiàn)，用設(shè)計(jì)流量反推相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水位。最終確定百年一遇、五十年一遇洪水相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水位分別為1 471.47m、 1 471.19 m。

表1 冰溝水文站洪水頻率分析成果 m3/s

2.2 壅水計(jì)算

大橋加寬建成后，橋墩對(duì)過(guò)水面積的壓縮形成橋址處整體壅水。橋前最大壅水高度采用《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJC30-2002)中的壅水計(jì)算公式計(jì)算：

(1)

壅水長(zhǎng)度采用如下公式計(jì)算：

Ly=2ΔZm/I0

(2)

式中：Ly為橋前最大壅水長(zhǎng)度(m)；ΔZm為橋前最大壅水高度，取0.45 m；I0為橋址河段天然水面比降，取3.4‰。

北大河大橋改建后百年一遇洪水壅水高度降低，變?yōu)?.45 m，壅水長(zhǎng)度增加，變?yōu)?64.7 m。

2.3 沖刷計(jì)算

洪水對(duì)橋墩基礎(chǔ)的沖刷包括其對(duì)河床的一般沖刷和局部沖刷兩個(gè)部分。本橋梁所在河段河床表層為卵石夾圓礫石，符合非粘性土河床沖刷計(jì)算公式的適用條件，可以用于計(jì)算河床一般沖刷最大水深。同時(shí)，該河段為“梯形”斷面，發(fā)生較大洪水時(shí)，行洪河道為全床面過(guò)水，不存在漫灘現(xiàn)象，因此可計(jì)算河槽的一般沖刷，一般沖刷深度和局部沖刷深度采用《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJC30-2002)中的一般沖刷和局部沖刷公式(公式3和公式4)計(jì)算，參數(shù)含義見(jiàn)規(guī)范。

(3)

(4)

經(jīng)計(jì)算百年一遇洪水時(shí)北大河橋墩一般沖刷深度5.87 m，局部沖刷深度4.32 m，總沖刷深度10.24 m，橋墩最低沖刷線(xiàn)高程為1 461.23 m。

2.4 橋梁下弦高程復(fù)合

北大河大橋位于北大河中游，無(wú)通航規(guī)劃，根據(jù)《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJC30-2002)規(guī)定，在不通航時(shí)，按設(shè)計(jì)洪水位加安全超高推求橋梁下弦高程，計(jì)算公式為：

Hmin=Hs+∑Δh+Δhj

(5)

式中：Hmin為橋梁下弦高程(m)；Hs為相應(yīng)頻率下的設(shè)計(jì)洪水位(m)；∑Δh為考慮壅水、波浪高度等諸因素的總和(m)，Δhj為橋下凈空安全值(m)，取1.5 m。

經(jīng)計(jì)算北大河大橋防洪要求橋梁下弦最低高程改建前為1 473.51 m，改建后為1 473.72 m，均比實(shí)際橋梁下弦設(shè)計(jì)高程低，滿(mǎn)足防洪評(píng)價(jià)要求。北大河大橋改建前后防洪評(píng)價(jià)各參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，防洪評(píng)價(jià)綜合數(shù)據(jù)示意圖見(jiàn)圖1。

表2 北大河大橋不同頻率洪水改建前后防洪評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)比

圖1 北大河大橋防洪評(píng)價(jià)綜合數(shù)據(jù)示意圖

3 防洪綜合評(píng)價(jià)

3.1 洪水對(duì)橋梁自身安全的影響分析

經(jīng)計(jì)算百年一遇洪水時(shí)，橋梁設(shè)計(jì)下弦最低高程高于本次評(píng)價(jià)計(jì)算防洪要求下弦最低高程，橋梁上部結(jié)構(gòu)不受設(shè)計(jì)洪水的影響。橋梁跨河斷面橋墩基礎(chǔ)最淺埋深高程為1 447.58 m ，低于本次評(píng)價(jià)計(jì)算的最低沖刷線(xiàn)高程(1 461.23 m)13.65 m，橋墩基礎(chǔ)埋深能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)洪水沖刷深度的要求。

3.2 對(duì)河道行洪的影響

北大河大橋改建后百年一遇洪水位為1 471.47 m，比改建前升高了0.38 m，壅水主要集中在大橋上游300 m范圍內(nèi)，水位雍高值在0.41～0.45 m，百年一遇洪水時(shí)的雍高水位低于河堤高程，不會(huì)發(fā)生洪水漫堤。因此，橋梁改建后雖然對(duì)該河段局部行洪有一定影響，但不會(huì)威脅到河道整體行洪。

3.3 對(duì)堤防的影響

根據(jù)《中華人民共和國(guó)防洪法》和《中華人民共和國(guó)河道管理?xiàng)l例》，修建橋梁工程不得危害堤防安全，北大河兩岸堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為五十年一遇洪水。大橋改建后，壅水最大值為0.45 m，洪水位與相應(yīng)壅水高度、風(fēng)浪高度累計(jì)高程為1 471.90 m，分別低于兩岸河堤高程1.70 m和1.28 m，滿(mǎn)足2級(jí)堤防安全超高取0.8 m的要求。

3.4 對(duì)防汛搶險(xiǎn)影響分析

北大河大橋0#橋臺(tái)～1#橋墩間、14#橋墩～15#橋臺(tái)間為連接橋梁上下游兩岸堤頂?shù)耐ǖ?該通道與橋下弦的凈空高度分別為左岸1.31 m，右岸1.73 m，凈空高度不滿(mǎn)足防汛搶險(xiǎn)通道凈空高度大于4.5 m的要求；通道寬度為1.5～3.0 m，不滿(mǎn)足通道寬度大于5 m的要求。因此，橋梁建設(shè)對(duì)河段防洪搶險(xiǎn)有一定影響。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)北大河大橋加寬加固改造后，橋梁下弦高度高于允許最低梁底高度，橋梁的長(zhǎng)度基本滿(mǎn)足河道泄洪要求，橋墩的最淺埋深低于百年一遇洪水評(píng)價(jià)的最低沖刷線(xiàn)高程，橋梁的改擴(kuò)建工程對(duì)河道防洪基本沒(méi)有影響。

(2)北大河大橋橋下通道高、寬均不滿(mǎn)足防汛搶險(xiǎn)的要求，橋梁建設(shè)單位需盡快在橋址斷面兩岸另行修建通往上下游的防汛通道，確保滿(mǎn)足防汛搶險(xiǎn)人員通行和物資的運(yùn)輸。

(3)工程施工應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)程規(guī)范施工，如需挖占堤防或岸坡，應(yīng)及時(shí)報(bào)請(qǐng)水利工程主管部門(mén)批準(zhǔn)，服從管理，并按要求在施工結(jié)束后立即恢復(fù)堤岸的原有防洪安全標(biāo)準(zhǔn)。工程建成運(yùn)行后，橋梁建設(shè)和管理部門(mén)要定期對(duì)橋梁進(jìn)行安全檢查和檢測(cè)，尤其在當(dāng)發(fā)生較大洪水后，建議對(duì)橋梁各涉河構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)，確保橋梁的穩(wěn)定安全。

[1]GB50201-94.防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]JTJC30-2002.公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB50286-98.堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]甘肅省水文水資源局.國(guó)道312線(xiàn)酒泉至嘉峪關(guān)城際一級(jí)公路北大河大橋(在建)防洪評(píng)價(jià)報(bào)告[R].2013.

TV122

B

1004-1184(2017)05-0148-02

2017-04-25

王仙紅(1983-)，男，山西陽(yáng)泉人，工程師，主要從事水文分析計(jì)算、水資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作。