饒超群 廣州市宏濤水務(wù)勘測設(shè)計有限公司

1.工程背景

1.1 工程概況

新廣從路南起黃石東路，北至從化街口街增立交，全長49.555km。城市快速路Ⅰ級，設(shè)計車速60km/h。

擬建涵洞軸線方向與紅路支流水流方向夾角約90°，雙孔5m（寬）×4m（高）鋼筋砼箱涵，長度40m。設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇。涵洞基礎(chǔ)采用尺寸250×250預(yù)制方樁處理，樁長6m，樁間距1.0m，梅花形布置。

1.2 河涌基本情況

紅路支流為白海面的一條主要支涌，發(fā)源于紅路水庫，流經(jīng)大一山莊，穿過廣從公路以及萬科云山，流經(jīng)永平街，于嘉禾琴星小學(xué)北側(cè)匯入白海面涌。紅路支流全長4.78km，集雨面積7.14km2（含紅路水庫1.8km2），干流河床總坡降為2.47‰。擬建涵洞處堤防等級為4 級，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)按20 年一遇。

擬建涵洞所在位置，以三角洲沖洪積平原地貌為主，局部為殘丘剝蝕地貌，地勢較平坦，場地較平整。根據(jù)鉆探揭露資料，土層自上而下分為素填土、粉質(zhì)黏土、中砂、強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁巖。擬建涵洞處堤防位于粉質(zhì)黏土上。

1.3 跨越設(shè)計

本次涵洞跨越斷面位于紅路支流樁號3+230處。

該涵洞底與紅路支流設(shè)計渠底順接，涵洞頂板底標(biāo)高15.25m（珠江基面高程，下同），涵洞底板面標(biāo)高11.25m。涵洞施工時采用土包圍堰導(dǎo)流。

2.防洪評價計算

2.1 水文分析計算

2.1.1 設(shè)計暴雨

根據(jù)廣東省水文局2003年編制的《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》查出本區(qū)域各歷時暴雨均值Ht、變差系數(shù)Cvt、點面換算系數(shù)αt，用Cs=3.5Cv皮爾遜Ⅲ型曲線，按公式算得本區(qū)域的P=5%頻率各歷時點暴雨量Htp，再作點面折算，得出各歷時設(shè)計面暴雨量Htp，相應(yīng)頻率的設(shè)計暴雨量參數(shù)（點暴雨）成果見表1。

表1 暴雨量計算成果表

2.1.2 河涌控制斷面地理參數(shù)

樁號3+230斷面地理參數(shù)：分水嶺至斷面的河長1.53km，控制集雨面積2.00km2（不含紅路水庫集雨面積），綜合平均比降5.0‰，集水區(qū)域特征參數(shù)θ=8.95。

2.1.3 設(shè)計洪水

本次分別采用廣東省綜合單位線法以及推理公式法推求控制斷面計算集雨面積的洪峰流量，對兩種計算方法所得成果進(jìn)行分析，選用較為合理的成果。

廣東省綜合單位線法：紅路支流上游屬高丘區(qū)，中下游屬低丘平原。集水區(qū)域位于《廣東省暴雨徑流查算圖表》分區(qū)的珠江三角洲分區(qū)的Ⅶ1珠江三角洲的設(shè)計雨型。暴雨低區(qū)的αt～t～F關(guān)系圖；粵東沿海、珠江三角洲區(qū)產(chǎn)流參數(shù)；廣東省綜合單位線滯時m1～θ關(guān)系圖中的大陸高丘區(qū)關(guān)系線（即A線）。各斷面集雨面積均小于500km2，采用廣東省綜合單位線Ⅱ號無因次單位線Ui～Xi。計算結(jié)果見表2。

表2 省綜合單位線計算洪峰流量成果表

推理公式法：集水區(qū)域位于《廣東省暴雨徑流查算圖表》分區(qū)的珠江三角洲分區(qū)的Ⅶ1珠江三角洲的設(shè)計雨型；暴雨低區(qū)的αt～t～F關(guān)系圖；粵東沿海、珠江三角洲區(qū)產(chǎn)流參數(shù)；大陸地區(qū)推理公式（1988年修訂）匯流參數(shù)m～θ關(guān)系圖。用推理公式法進(jìn)行洪峰流量計算時，根據(jù)工程集水區(qū)域下墊面情況選取m值。并與省綜合單位線法的計算成果進(jìn)行協(xié)調(diào)。計算結(jié)果見表3。

表3 推理公式法計算洪峰流量成果表

2.1.4 設(shè)計洪水成果分析

根據(jù)涵洞所處的地理位置和其現(xiàn)有的地形地貌情況，以及附近河流的計算結(jié)果相比較（如白海面涌），選用省綜合單位線法的計算成果比較合適。

2.1.5 設(shè)計洪水位

曼寧公式建立水位～流量關(guān)系曲線：

式中：Q 為某水位時的流量（m3/s）；

n為糙率，經(jīng)實地勘測結(jié)合天然溝道糙率表對比，擬定為0.028；R為水力半徑（m），通常以平均水深代替；I為河涌比降，采用現(xiàn)場實測值為0.0025；A為某水位時的過水面積（m2）。

涵洞底板面標(biāo)高為11.25m，涵洞下游現(xiàn)狀河涌斷面寬7m。根據(jù)不同水位情況下的水力半徑、流速、斷面面積等數(shù)據(jù)，試算得到紅路支流在涵洞處的P=5%水位為13.42m。

2.2 壅水分析

涵洞修建之后，涵洞未縮窄過水面積，不會形成涵洞處的整體壅高。

2.3 涵洞頂板底標(biāo)高復(fù)核

紅路支流涵洞頂板底距離設(shè)計洪水位的超高考慮0.5m。則涵洞頂板底最低高程為13.92m。而涵洞頂板底設(shè)計標(biāo)高為15.25m。因此可知，二十年一遇洪水條件下，涵洞頂板底高程大于過流要求的涵洞頂板底最低高程，且還有1.33m的凈空。

2.4 沖刷與淤積分析

為了保證涵洞的安全和順利渲泄洪水，涵洞預(yù)制方樁基礎(chǔ)需要有足夠的埋置深度，以避免涵洞受河水沖刷而產(chǎn)生安全問題。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB50286-2013)，來計算沖刷深度。

式中：hB局部沖刷深度（m）；hp沖刷處的水深，以近似設(shè)計水位最大深度代替，2.17m；V行近流速，2.99m/s；VCP近岸垂線平均流速，2.99m/s；η水流流速不均勻系數(shù)，1；VC泥沙起動流速（m/s），河底為粉質(zhì)黏土，計算得0.55；n與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，0.25。最終計算得到hB局部沖刷深度為1.14m。

以上可知，預(yù)制方樁基礎(chǔ)埋置深度大于局部沖刷深度，滿足防沖刷設(shè)計要求。

3.防洪綜合評價

3.1 項目建設(shè)與現(xiàn)有水利規(guī)劃的關(guān)系及影響分析

擬建涵洞設(shè)計中已考慮防洪要求，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)與措施符合《廣州市白云區(qū)防洪排澇規(guī)劃》相關(guān)規(guī)定。

3.2 與有關(guān)管理要求的適應(yīng)性分析

本項目是在紅路支流河涌管理范圍內(nèi)改建1座涵洞。涵洞會占用河涌管理用地及河涌水域，但未縮減河涌水域。

3.3 涵洞運行期間對河涌行洪的影響

涵洞修建之后，未縮減河涌水域，涵洞中墩未對過水面積產(chǎn)生影響，不會形成涵洞處的整體壅高。

二十年一遇洪水條件下，涵洞頂板底高程大于過流要求的涵洞頂板底最低高程，且還有1.33m的凈空。

3.4 涵洞施工期間對河涌行洪的影響

涵洞施工期間無需縮減河涌水域，因此不會對現(xiàn)狀河涌行洪造成影響。

3.5 項目建設(shè)對岸坡和其它水利工程與設(shè)施影響分析

目前涵洞附近河涌未整治達(dá)標(biāo)，根據(jù)《廣州市白云區(qū)防洪排澇站規(guī)劃》，遠(yuǎn)期紅路支流需要按照二十年一遇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)劃整治，涵洞的建設(shè)除了需要考慮現(xiàn)狀河涌順接，還要考慮與規(guī)劃河涌防洪標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，并預(yù)留與以后實施的規(guī)劃河涌銜接的空間。涵洞預(yù)制方樁施工過程中可能會對現(xiàn)狀擋墻穩(wěn)定產(chǎn)生影響。

3.6 建設(shè)項目第三人合法水事權(quán)益的影響分析

涵洞附近有污水管、電纜等地下管線，施工前應(yīng)與管線權(quán)屬單位溝通遷改事宜，避免施工時破壞管線造成損失。