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        定遠(yuǎn)縣池河大橋橋址水位分析計(jì)算

        2019-08-21 06:19:12任恒學(xué)張曉娟
        城市道橋與防洪 2019年8期
        關(guān)鍵詞:池河石角橋址

        任恒學(xué),張曉娟

        (安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局工程處,安徽 六安 237010)

        1 工程概況

        擬建池河大橋位于滁州市定遠(yuǎn)縣池河鎮(zhèn)紅心沛村附近,距離上游七里河口1.50 km,距離下游池河閘3.28 km,橋址以上流域面積2 494 km2。橋長(zhǎng)406 m,橋跨布置為1 625 m,橋梁寬度25.5 m,上部結(jié)構(gòu)采用25 m標(biāo)準(zhǔn)跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁,下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式橋墩,肋板臺(tái),墩臺(tái)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。擬建橋梁與河道正交,橋墩軸線與水流方向基本平行。

        圖1 為工程河段水系圖。

        圖1 工程河段水系圖

        2 水位分析計(jì)算

        因橋址處缺乏實(shí)測(cè)水文資料,現(xiàn)需推求橋址處設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)水位。根據(jù)《安徽省池河治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》[1],池河大橋橋址處流量成果見表1所列。

        表1 池河大橋橋址處流量成果表

        該工程利用能量方程和曼寧公式及橋址處上游石角橋,下游光明水位站測(cè)站水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行插值計(jì)算,三種方法進(jìn)行推求。

        2.1 能量方程方法

        利用池河大橋橋址處下游池河閘堰水位作為控制水位,利用能量方程,見式(1),以100 m一個(gè)斷面進(jìn)行推求。

        式中:Z1、Z2為河道底高程;Y1、Y2為河道斷面水深;V1、V2為計(jì)算段上、下游斷面平均流速;a1、a2為計(jì)算段上、下游斷面的動(dòng)能修正系數(shù);hf為沿程水頭損失;hj為局部水頭損失。

        計(jì)算成果見表2所列。

        表2 能量方程方法計(jì)算成果表

        2.2 曼寧公式計(jì)算方法

        利用現(xiàn)狀地形斷面,按明渠均勻流曼寧公式,見式(2)進(jìn)行計(jì)算。

        式中:A為斷面面積;n為河床糙率(經(jīng)計(jì)算取值為0.04);i為水面比降(近似取河床比降0.143%);R為水力半徑。計(jì)算成果見表3所列。

        表3 曼寧公式計(jì)算方法計(jì)算成果表

        2.3 插值法

        根據(jù)《安徽省池河治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》,上游石角橋站及下游光明站水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行橋址處水位插值計(jì)算,石角橋站及光明站水位流量關(guān)系曲線見圖2和圖3所示。

        圖2 石角橋水位流量關(guān)系曲線圖

        圖3 光明站水位流量關(guān)系曲線圖

        根據(jù)上述水位流量關(guān)系擬合曲線,以及20 a和100 a一遇設(shè)計(jì)流量,可知石角橋和光明站20 a一遇、100 a一遇設(shè)計(jì)水位。假設(shè)橋址處與石角橋和光明站之間水面比降在發(fā)生20 a一遇設(shè)計(jì)洪水和100 a一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)變化不大,由上、下水位內(nèi)插可知橋址處20 a一遇及100 a一遇洪水設(shè)計(jì)水位。計(jì)算成果見表4所列。

        表4 插值計(jì)算方法計(jì)算成果表

        能量方程、曼寧公式計(jì)算方法及插值計(jì)算方法成果對(duì)比見表5所列。

        表5 成果對(duì)比表

        2.4 水文計(jì)算成果分析

        曼寧公式適用于明渠恒定均勻流,而實(shí)際天然河道地形地質(zhì)條件復(fù)雜且不均一,多處于非均勻流態(tài),曼寧公式中參數(shù)取值對(duì)計(jì)算成果影響較大,如該工程利用曼寧公式計(jì)算出橋址處水位27.33 m(設(shè)計(jì)流量Q=3 067 m3/s),卻低于下游池河閘處水位27.90 m(設(shè)計(jì)流量Q=3 067 m3/s),計(jì)算成果不合理。

        因石角橋站和光明站距離橋址較遠(yuǎn),池河上、下游坡降變化較大,線性插值精度無(wú)法滿足設(shè)計(jì)精度要求。

        結(jié)合《安徽省池河治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中七里河口水位計(jì)算成果,依據(jù)池河閘堰上水位作為控制水位,并運(yùn)用能量方程推求池河大橋處水位,更符合實(shí)際情況[2-3]。

        3 結(jié)論

        根據(jù)該工程,利用池河大橋下游池河閘堰上水位作為控制水位,并運(yùn)用能量方程逐個(gè)斷面往上游推算計(jì)算成果,更符合天然河道實(shí)際情況。在天然河道水面線中,運(yùn)用曼寧公式,難以把控參數(shù)取值,誤差較大。天然河道坡降較均一且距橋址較近時(shí),可運(yùn)用插值法。

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