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        北大河大橋防洪影響分析

        2017-12-20 10:52:08
        地下水 2017年5期
        關(guān)鍵詞:橋梁評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

        (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。

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