盧偉升

（湖南省水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410005）

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 項(xiàng)目概況

根據(jù)當(dāng)前湖南省及國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃計(jì)劃可知，桑植至龍山高速公路為張家界——南充國(guó)家高速公路G5515 的重要組成部分。2010 年6 月湖南省張家界市高速公路建設(shè)辦公室委托中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院針對(duì)該路段進(jìn)行可行性研究，為后續(xù)建設(shè)方案決策提供科學(xué)依據(jù)。2019 年湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院針對(duì)該路段開(kāi)展初步設(shè)計(jì)。

根據(jù)建設(shè)方委托合同，本項(xiàng)目針對(duì)桑植至龍山高速公路桑植段賀龍?zhí)卮髽虻?3 座涉河橋梁進(jìn)行防洪影響評(píng)價(jià)。根據(jù)各橋所處位置及主管單位要求，其中賀龍?zhí)卮髽蚝完惣液哟髽蛴珊鲜∷麖d進(jìn)行涉河橋梁防洪影響評(píng)價(jià)審查；李家坡大橋、李家溝大橋、兩河口澧水大橋、巖壁大橋、鳳陽(yáng)坡大橋、陳家灣大橋、魯家2 號(hào)大橋、獅子山大橋、官山坪大橋、彈簧坪大橋和上河溪互通A 匝道橋等11 座橋梁由張家界水利局進(jìn)行橋梁防洪影響評(píng)價(jià)審查；其余位于湘西州境內(nèi)的10 座橋梁由湘西州水利局進(jìn)行橋梁防洪影響評(píng)價(jià)審查。

1.2 評(píng)價(jià)內(nèi)容及指標(biāo)

對(duì)于跨河橋梁工程來(lái)說(shuō)，《中華人民共和國(guó)防洪法（2016 修正）》規(guī)定，其建設(shè)必須滿足相應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃要求，建設(shè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中要滿足防洪安全管控要求，且經(jīng)水行政主管部門(mén)進(jìn)行審查、同意?？绾訕蛄夯A(chǔ)及施工區(qū)域會(huì)占據(jù)部分河道面積，河道過(guò)水?dāng)嗝婵s小，橋梁基礎(chǔ)之間的孔隙對(duì)水流的擠壓作用增加，導(dǎo)致橋梁上游水位壅高，引發(fā)水位特征發(fā)生改變。若河道發(fā)生洪水災(zāi)害，河道內(nèi)流量會(huì)短時(shí)間內(nèi)暴漲，水流裹挾河床沖出泥沙，在橋臺(tái)前緣及橋墩附近發(fā)生繞流，水流方向、速度都會(huì)發(fā)生變化，持續(xù)沖刷會(huì)造成局部沖刷坑，影響橋梁基礎(chǔ)及整體安全[1]。

所以，對(duì)于跨河橋梁工程建設(shè)來(lái)說(shuō)，需要對(duì)河道、洪水、水流、橋梁安全等因素進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，從而把控跨河橋梁工程建設(shè)成效。具體來(lái)說(shuō)，跨河橋梁工程防洪影響評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括以下幾點(diǎn)：

1）確保橋梁洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)完全相符。

2）針對(duì)橋梁梁底高程數(shù)值，確保滿足河道防洪泄洪工作標(biāo)準(zhǔn)要求。

3）關(guān)注橋梁設(shè)置是否會(huì)造成河道水流在局部流速過(guò)大，甚至改變河道防洪泄洪方向，及其對(duì)河道堤岸的沖刷情況是否影響河道周邊安全，橋墩能否承受相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的水流沖刷。

4）橋梁整體長(zhǎng)度、橋墩尺寸及布置等重要參數(shù)要滿足河道防洪泄洪工作標(biāo)準(zhǔn)。

5）橋梁壅水高度、曲線長(zhǎng)度要滿足工程建設(shè)及防洪泄洪工作標(biāo)準(zhǔn)。

6）其它指標(biāo)因素，如施工工期、工藝、流程及橋梁防護(hù)等是否滿足防洪泄洪工作標(biāo)準(zhǔn)。

2 橋梁跨越河流防洪綜合評(píng)價(jià)

2.1 橋址設(shè)計(jì)洪水位

本涉河橋梁建設(shè)項(xiàng)目各個(gè)大橋設(shè)計(jì)洪水位的計(jì)算，主要是依據(jù)現(xiàn)狀橋址控制斷面的水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行推導(dǎo)求取，由設(shè)計(jì)流量插值相應(yīng)水位。根據(jù)《湖南省桑植縣賀龍水庫(kù)樞紐第一期工程初步設(shè)計(jì)書(shū)》魚(yú)潭口壩址澧水南源回水計(jì)算成果表可以推算出兩河口澧水大橋、李家溝大橋設(shè)計(jì)洪水位處10 年一遇回水高程。其他橋梁橋址因上下游無(wú)控制斷面，計(jì)算設(shè)計(jì)洪水位時(shí)需要結(jié)合河段實(shí)際情況、天然河道糙率表、洪調(diào)水面比降、測(cè)時(shí)水面線比降、河道橫斷面實(shí)測(cè)資料等數(shù)據(jù)確定[2]，其中本項(xiàng)目河道糙率取值范圍在0.030～0.045 之間。綜合以上數(shù)據(jù)，根據(jù)曼寧公式可知各橋址不同水位級(jí)的相應(yīng)流量，推求橋位處Z～Q 關(guān)系，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各橋位設(shè)計(jì)洪水位成果表

2.2 施工洪水分析

在涉河橋梁建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)期間，需要考慮施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)建筑對(duì)于河道行洪的影響，本項(xiàng)目按照5 年一遇施工洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算?？梢赃x用周邊水文站實(shí)測(cè)資料、參數(shù)，綜合現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況進(jìn)行計(jì)算。

本次選用涼水口水文站1959—2018 年實(shí)測(cè)資料計(jì)算施工洪水，選取10 月至次年3 月最大流量，組成各時(shí)段流量數(shù)據(jù)，以P-Ⅲ型頻率曲線法，依據(jù)以下公式計(jì)算相應(yīng)頻率：

目估適線，確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)并計(jì)算各頻率設(shè)計(jì)值。涼水口水文站施工洪水小于《賀龍至涼水口（新街）開(kāi)發(fā)方案論證報(bào)告》結(jié)果，且該成果已通過(guò)審查，與《澧水流域規(guī)劃》基本一致，基于工程安全性考慮，設(shè)計(jì)洪水采用賀龍至涼水口（新街）開(kāi)發(fā)方案論證階段成果。

2.3 工程阻水要素分析

本涉河橋梁建設(shè)項(xiàng)目中包含11 座跨越河道橋梁，其建設(shè)會(huì)對(duì)河道行洪面積產(chǎn)生影響。根據(jù)橋位斷面實(shí)測(cè)河道大斷面，結(jié)合橋址上下游河段的實(shí)際地形，才能確定建設(shè)區(qū)域河道實(shí)際過(guò)水面積及水面寬度[3]。綜合橋梁設(shè)計(jì)單位方案計(jì)算河道防洪標(biāo)準(zhǔn)洪水位時(shí)，需要掌握各個(gè)橋梁的阻水面積、占用河道水面寬度，同時(shí)在設(shè)計(jì)水位條件下，計(jì)算橋梁阻水率（阻水結(jié)構(gòu)在垂直于水流方向上的投影面積與河道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e之比），確定各個(gè)阻水要素的實(shí)際數(shù)值。

本建設(shè)項(xiàng)目中除兩河口澧水大橋橋位以上流域面積553 km2外，其余橋梁橋位以上流域面積均小于200 km2，據(jù)此橋梁阻水率控制指標(biāo)均可按照7%進(jìn)行控制。

2.4 水位壅高計(jì)算及壅水范圍的確認(rèn)

阻水建筑水位壅高計(jì)算當(dāng)前主要是依靠水面曲線法和經(jīng)驗(yàn)公式法兩種方式進(jìn)行確認(rèn)。而在橋梁建設(shè)完成后，上下游河段水流流態(tài)會(huì)出現(xiàn)變化，上游河段水位出現(xiàn)壅高，壅水范圍受橋梁阻水作用決定[4]。本項(xiàng)目相應(yīng)水位壅高計(jì)算及壅水范圍的確認(rèn)公式如下：

式中 L——壅水長(zhǎng)度；

△Z——橋前水位最大壅高值；

S——水面比降。

2.5 岸坡及墩臺(tái)沖刷分析

涉河橋梁建設(shè)完成后，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e會(huì)縮小，在橋址斷面附近的水流速度會(huì)增加，水流挾沙力增強(qiáng)，對(duì)橋址斷面附近進(jìn)行沖刷，主要體現(xiàn)在對(duì)橋位兩岸岸坡的沖刷和橋梁墩臺(tái)的沖刷上。

對(duì)于岸坡沖刷來(lái)說(shuō)，其沖刷計(jì)算主要依據(jù)《湖南省涉河橋梁水利規(guī)范技術(shù)規(guī)定（暫行）》確定的公式：

式中 hB——局部沖刷深度；

h、hp——分別為沖刷前和一般沖刷后水深；

Vp——建橋后計(jì)算水位時(shí)的主河槽平均流速；

VH——河床面上允許不沖流速；

n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取0.25；

t——一般沖刷深度；

ω1、ω2——建橋前后計(jì)算水位時(shí)的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e；

P——沖刷系數(shù)。對(duì)于橋梁墩臺(tái)的沖刷來(lái)說(shuō)，其主要是由河床演變、一般沖刷、局部沖刷三部分共同組成。在洪水沖刷過(guò)程中，這三種現(xiàn)象同步進(jìn)行，河床演變屬較為復(fù)雜的自然過(guò)程，無(wú)法使用簡(jiǎn)單的公式進(jìn)行計(jì)算[5]。而為了便于分析和計(jì)算，假定局部沖刷是在一般沖刷完成后的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，沖刷深度為這兩種沖刷深度的疊加。

2.6 確立洪水影響綜合評(píng)價(jià)的相關(guān)信息

綜合此次涉河工程建設(shè)實(shí)際情況及現(xiàn)場(chǎng)具體需求來(lái)說(shuō)，各個(gè)工程體系均能滿足相關(guān)規(guī)劃、設(shè)計(jì)要求。其中李家坡大橋、李家溝大橋、兩河口澧水大橋、巖壁大橋、鳳陽(yáng)坡大橋、陳家灣大橋、魯家2 號(hào)大橋、獅子山大橋、官山坪大橋、彈簧坪大橋以及上河溪互通A 匝道橋在河道河槽及兩岸預(yù)留用地范圍內(nèi)設(shè)置了橋墩。

通過(guò)優(yōu)化建設(shè)方案、制定防洪補(bǔ)救措施盡可能降低影響河道行洪成效。兩河口澧水大橋位于陳家河兩河口至下洞街段堤防護(hù)岸加固工程左岸K0+000～K0+500 加固堤護(hù)岸段，由于橋梁跨河橋墩均位于灘地，對(duì)護(hù)岸工程近岸流速、流向影響甚微，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘成果確認(rèn)不會(huì)對(duì)河道已修建護(hù)岸工程穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。其余各座橋梁的建設(shè)不會(huì)對(duì)水利工程設(shè)施運(yùn)行以及第三人合法水事權(quán)益產(chǎn)生影響。

2.7 主要的防治處理措施

當(dāng)跨河橋梁工程建設(shè)完成后，受橋梁基礎(chǔ)影響，附近水流會(huì)出現(xiàn)紊亂，水流流速在小范圍內(nèi)增大，對(duì)于橋梁周?chē)贪都盎A(chǔ)的沖刷力變大。為避免這種沖刷影響，結(jié)合張家界至南充國(guó)家高速公路桑植至龍山段（張家界段）涉河橋梁周邊各處的水文、地質(zhì)勘查情況確立相應(yīng)的防治處理措施，具體如下：

為防治局部沖刷，保護(hù)現(xiàn)有河道，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)初步踏勘成果，本次擬對(duì)局部沖刷明顯且河岸房屋較密集的河段采取護(hù)岸處理，處理范圍如下：陳家灣大橋，河道護(hù)砌范圍為橋位兩岸上下游各80 m；魯家2號(hào)大橋，河道護(hù)砌范圍為橋位右岸上下游各100 m；獅子山大橋，河道護(hù)砌范圍為橋位兩岸上下游各50 m；上河溪互通A 匝道橋，河道護(hù)砌范圍為橋位左岸上下游100 m，右岸上游100 m。河道護(hù)岸均采用漿砌石擋墻或漿砌石護(hù)坡，護(hù)坡從河底護(hù)至河坎地面高程，按現(xiàn)狀坡比護(hù)砌。

3 結(jié) 語(yǔ)

跨河橋梁工程的防洪綜合評(píng)價(jià)工作非常重要，需要綜合現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)區(qū)域的各項(xiàng)因素進(jìn)行處理，建立科學(xué)、合理的防洪綜合評(píng)價(jià)工作體系，借助有效的理論、方法，使防洪影響評(píng)價(jià)能夠真實(shí)、有效地反應(yīng)建設(shè)工程項(xiàng)目對(duì)河道洪水的影響，具體分析實(shí)際案例，以期獲得實(shí)用、科學(xué)、完善的防洪綜合評(píng)價(jià)體系，為后續(xù)跨河橋梁工程建設(shè)提供有力依據(jù)。