王艷菊
(哈爾濱市水利規(guī)劃設計研究院有限公司,哈爾濱 150010)
跨河橋梁建設對河道的影響,主要體現(xiàn)在橋墩的束窄和阻礙作用,減少了河道過水斷面,水流過橋墩時需克服橋墩阻力,造成局部能量的損失,從而在橋墩前形成一定水位壅高和水頭損失[1]。文章結合某改建跨河橋梁工程,在設計洪水計算和水面線推求成果的基礎上,分析了現(xiàn)有橋梁和拆除重建橋梁后的壅水回水情況,并對這兩種情況下的河道水位、過水斷面面積、流速等變化情況進行了對比,得到了改建跨河橋梁建設對河道的防洪影響分析結論,為跨河橋梁工程建設方案的審批提供依據(jù),同時對類似項目的建設具有一定的參考意義。
本工程現(xiàn)狀橋梁為6m×6m木橋,全長40m,為保障行車安全,利用原橋位拆除重建。
現(xiàn)狀舊橋橋位復核路線走向,橋址所在河段穩(wěn)定,排流條件較好,與交通路網(wǎng)規(guī)劃相協(xié)調,故重建橋梁利用原橋位。橋梁汽車荷載等級采用公路-Ⅱ級,橋梁全長43.54m,橋梁全寬7.5m,為凈6.5m行車道+2×0.5m防撞墻。橋梁上部結構為3~13m預應力混凝土空心板梁,下部結構采用柱式墩、臺,擴大基礎。共4排墩臺,其中河道主槽內2排,每排下設2根柱,直徑1.0m,柱長3.15m和3.85m。
橋梁設計安全等級為一級,規(guī)模為中型,設計洪水頻率為50a一遇,設計使用年限30a。
工程所在河道現(xiàn)狀為天然河道,防洪標準10a一遇,相應10a一遇設計洪水位97.35m。河道主槽為復式斷面,河底高程96.70m,河底寬15m,兩岸邊坡1∶1.5,無護砌,灘地地面高程98.70m左右。
本工程跨河橋梁位于河道樁號0+820處,該斷面10a一遇設計洪水位97.35m,50a一遇水位97.62m。
由于工程位置沒有水文資料,所以分別采用水文圖集法與參數(shù)修正法計算。
本工程所在河道集水面積7.5km2,根據(jù)2019年版《黑龍江省水文圖集》,按流域重心查得設計洪水參數(shù),洪峰流量計算成果見表1。
利用某臨近水文站長系列計算的參數(shù)對圖集法查取的參數(shù)進行修正后,得到本工程所在控制斷面設計洪水成果,洪峰流量計算成果見表1。
表1 水文圖集法和參數(shù)修正法成果對比表
對水文圖集法和參數(shù)修正法洪水計算成果進行比較可以看出,圖集法和參數(shù)修正法推求的洪水略有差別,中大洪水時參數(shù)修正法計算成果略大于水文圖集法,故本次控制斷面設計洪水采用參數(shù)修正法推求的設計洪水成果[1]。
本次考慮河道已建及在建橋梁等,推求現(xiàn)有橋梁和本次拆除重建橋梁后兩種情況下的水面線,自本工程所在河流入河口處起推,向上游至本工程所在位置上游1km處。
河道橫斷面采用2021年實測成果,共計8個橫斷面。縱斷采用2021年實測的河道縱斷面圖、河道流域1/50000平面位置圖。河道水面線起推斷面為河流入河口處,起推斷面水位流量見表2。
水面線計算方法采用簡化的穩(wěn)定非均勻流公式,橋梁壅水計算采用鐵三院橋梁壅水公式。
表2 起推斷面水位流量成果表
1)水面線計算成果:
根據(jù)上述斷面數(shù)據(jù)以及計算方法和參數(shù),推求本次論證河段現(xiàn)有橋梁情況下和本次拆除重新橋梁情況下的水面線成果,見表3和表4。
表3 現(xiàn)狀橋梁水面線成果表 m
續(xù)表3 現(xiàn)狀橋梁水面線成果表 m
表4 拆除重建橋梁水面線成果表 m
2)水面線成果對比:
根據(jù)本次推求的河道現(xiàn)狀水面線及重建橋梁后的設計水面線成果,對比表見表5。現(xiàn)狀橋梁和本次拆除重建橋梁各頻率洪水壅高值見表6。
表5 設計水面線與現(xiàn)狀水面線成對比表 m
表6 現(xiàn)狀橋梁與拆除重建橋梁壅高值成果表 m
根據(jù)現(xiàn)狀水面線推求成果,現(xiàn)狀橋梁50a一遇、25a一遇和10a一遇洪水情況下,水位壅高值分別為0.10m、0.09m和0.05m,根據(jù)設計水面線推求成果,拆除重建橋梁后,50a一遇、25a一遇和10a一遇洪水情況下,水位壅高值分別為0.03m、0.03m和0.01m,回水距離300m。由此可見拆除重建橋梁進行擴孔之后,雖然有2排橋墩位于河道中間,但其占用的行洪斷面很小,壅水高度較小,回水距離也很短,對河道行洪能力影響很小。
由表5對比成果可以看出,工程實施后,橋址處不同頻率設計洪水位低于現(xiàn)狀橋梁情況下洪水位,50a一遇、25a一遇和10a一遇洪水情況下,設計水位比現(xiàn)有橋梁情況下分別降低了0.07m、0.06m和0.04m。
綜上,本次拆除重建橋梁后與現(xiàn)狀橋梁情況相比,并未產生壅水,且河道水面線有所降低,對河道行洪是有利的。
工程建成前,橋址斷面10a一遇設計洪水位97.35m,相應過水斷面面積為12.43m2,斷面平均流速為1.35m/s;50a一遇洪水位為97.62m,相應過水斷面面積為16.12m2,斷面平均流速為1.99m/s。
工程建成后,橋址斷面10a一遇設計洪水位97.31m,相應過水斷面面積為13.78m2,斷面平均流速為1.22m/s;50a一遇洪水位為97.55m,相應過水斷面面積為18.80m2,斷面平均流速為1.71m/s。
工程建成前后比較:橋址處10a一遇洪水時工程建成前后過水斷面平均流速減小了0.13m/s,相應過水斷面面積增加了1.35m2,增加了10.86%;洪水位降低了0.04m;50a一遇洪水時工程建成前后過水斷面平均流速減小了0.28m/s,相應過水斷面面積增加了2.68m2,增加了16.63%;洪水位降低了0.07m。
橋梁設計標準為50a一遇,橋址所在河道斷面50a一遇設計洪水位為97.62m,橋面板設計底高程99.15m,橋底凈空高度為1.53m,滿足非通航河流橋梁高出設計水位0.5m的最小凈空要求,滿足行洪要求。
本工程拆除重建橋梁包含4排橋墩,其中河道中間2排,距離河道中心線左右側各5.5m,每排下設2根柱,柱直徑1.0m,與天然情況相比,橋墩占用河道過水斷面面積很小,50a一遇和10a一遇洪水情況下,水位壅高值分別為0.03m和0.01m,回水距離300m,壅水高度較小,回水距離也很短,對河道行洪能力影響很小。
與現(xiàn)有橋梁情況相比,原橋址過水斷面較小,本次拆除重建橋梁進行了擴孔,10a一遇設計洪水時,行洪斷面比原有橋梁行洪斷面增加了10.86%左右,水位降低0.04m;50a一遇設計洪水時,行洪斷面比原有橋梁行洪斷面增加了16.63%左右,水位降低0.07m。
因此本次拆除重建橋梁后與現(xiàn)狀橋梁情況相比,并未產生壅水,且河道水面線有所降低,對河道行洪是有利的。同時橋底凈空也滿足行洪要求,故對河道行洪影響很小。
跨河橋梁建設項目的防洪影響分析,最終目的是在滿足橋梁建設需要的基礎上,盡可能減少對河道的影響,從側面也反映出項目設計方案是否合理可行。文章以某改建橋梁為例,通過計算橋梁所在控制斷面設計洪峰流量,推求了現(xiàn)狀橋梁和拆除重建橋梁情況下的水面線,并計算了橋梁壅水高度。根據(jù)拆除重建橋梁的特點,對重建橋梁與現(xiàn)有橋梁情況進行了對比,由于橋梁進行了適當擴孔和優(yōu)化設計,橋梁重建后并未產生壅水,河道水面線有所降低,對行洪更有利[3]。而重建橋梁與天然河道情況相比,橋墩阻水面積和壅高值均也很小,回水距離較短,橋下凈空值滿足相關規(guī)范要求,因此重建橋梁對河道行洪影響很小。
綜合以上分析,本次改建橋梁對河道防洪影響很小,滿足河道行洪要求。通過文章分析,為類似的橋梁建設項目防洪影響分析提供一定的思路,同時也為橋梁工程設計方案比選提供依據(jù),以達到項目建設與河道管理保護相互協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展的目的。