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（中路黃河（山西）交通科技集團有限公司，山西 太原 030006）

跨河橋梁建設(shè)會改變河道水流形態(tài)、影響局部沖淤平衡，對河道的行洪能力產(chǎn)生一定的影響。對跨河橋梁進行防洪評價，是保證河道滿足一定行洪標準的必要環(huán)節(jié)。

1 工程概況

擬建沁河大橋位于陽城縣潤城鎮(zhèn)王家莊村附近的沁河主河道河段，為高速公路跨河大橋，地處太行山峽谷地帶。橋梁全長578 m，橋面凈寬25 m，全橋3聯(lián)。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）連續(xù)箱梁，預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）簡支變連續(xù)T梁；下部結(jié)構(gòu)，橋墩采用墻式墩、柱式墩，橋臺采用樁柱式橋臺；采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。主河床橋墩尺寸7 m×5 m，墩高約72 m。墩臺采用樁基礎(chǔ)，橋梁下部結(jié)構(gòu)中，主河床承臺埋深約2 m，樁基礎(chǔ)埋設(shè)在沖止標高以下。

橋梁垂直沁河主線方向鋪設(shè)，橋墩軸向平行主槽水流方向。大橋設(shè)計高程為548.326~559.271 m，梁底板最低高程為546.397 m，河床高程為475.62 m。

2 防洪評價計算

依據(jù)《防洪標準》（GB 50201-2014），沁河大橋防洪標準為100年一遇，沁河河道防洪標準采用20年一遇。

2.1 水文分析計算

張峰水庫位于擬建大橋斷面上游69.6 km處，是一座大（二）型水庫。因此分析計算大橋斷面洪水，就需要考慮水庫下泄洪水和水庫至計算斷面區(qū)間洪水的遭遇和組合，計算斷面洪水需采用地區(qū)洪水組成法。經(jīng)過張峰水庫的調(diào)洪演算，得P=1%的最大下泄流量為2 518 m3/s，P=5%的最大下泄流量為699 m3/s。對于區(qū)間洪水，因無參證水文站，故按無資料地區(qū)經(jīng)驗公式法進行計算，得P=1%的區(qū)間洪峰流量為2 380.4 m3/s，P=5%的區(qū)間洪峰流量為1 664.2 m3/s。綜上可得100年一遇設(shè)計洪水洪峰流量為4 898.4 m3/s，20年一遇設(shè)計洪水洪峰流量為2 363.2 m3/s。

通過水面線計算公式，利用河道水力計算HECRAS軟件，輸入實測河道橫斷面，設(shè)置起推斷面，沁河河道水面線起推斷面以潤城水文站為起推斷面，起推水位為481.52 m。根據(jù)圖1潤城站水位-流量關(guān)系曲線確定水面線起推初始水位。

圖1 潤城水文站水位-流量關(guān)系曲線

其他上、下游無水文站河道，水面線下游起推斷面以臨界水位作為起推斷面。采用逐段試算法從下游往上游開始推算，水面線推算采用能量守恒方程公式：

式中：Z1、Z2——上、下游斷面的水位，m；

V1、V2——上、下平均流速，m/s；

α1、α2——上、下游斷面的動能修正系數(shù)（均取1）；

g——重力加速度，m/s2；

Q——河段的平均流量，m3/s；

△L——斷面的間距，m；

ξ——局部水頭損失系數(shù)；

河段上游斷面和下游斷面流量模數(shù)平均值計算公式：

本次計算，沁河100年一遇洪峰4898.4m3/s情況下，潤城水文站斷面洪水位是481.25 m，計算結(jié)果與潤城水文站水位流量關(guān)系計算的481.52 m相近；本次計算沁河20年一遇洪峰流量2 363.2 m3/s情況下，潤城水文站水位標高為480.01 m，與潤城水文站1982年洪峰流量2 710 m3/s情況下實測最高水位為479.95 m相近。綜合上述水位比較，本次水位計算結(jié)果較為合理，最終計算得沁河大橋橋位100年一遇洪水位為485.95 m。

2.2 河床沖刷計算

橋梁墩臺的沖刷深度，包括河床自然演變的沖刷深度、一般沖刷深度及局部沖刷深度三部分?；谇吆雍拥赖臍v史及近期演變，分析河道演變趨勢，總體河床穩(wěn)定性較好，可以不考慮自然演變沖刷。

河槽一般沖刷根據(jù)《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》（JTG C30—2015）推薦的非粘性土河床有關(guān)公式和方法計算。

2.2.1 一般河槽部分沖刷計算公式

式中：hp——一般沖刷后的最大水深，m；

Ad——單寬流量集中系數(shù)，取1.03；

Q2——設(shè)計流量，m3/s；

μ——側(cè)向壓縮系數(shù)；單孔凈跨徑為40 m，流速≥4.0，取0.96；

Bcj——河槽寬度，m；

hcm——河槽最大水深，m；

hcq——河槽平均水深，m；

E——與汛期含沙量有關(guān)的系數(shù)，經(jīng)分析取0.66。

2.2.2 橋墩局部沖刷

非粘性土河床橋墩局部沖刷計算：

①當v≤v0時：

式中：hb——橋墩的局部沖刷深度，m；

Kξ——墩形系數(shù)，取1.2；

Kη1、Kη2——河床顆粒影響系數(shù)；

B1——橋墩計算寬度，3.5 m；

hp——一般沖刷后的最大水深，m；

v——一般沖刷后墩前行近流速，m/s；

v0——河床泥沙起動流速，m/s；

v0′——墩前泥沙起沖流速，m/s；

n1——指數(shù)。

根據(jù)計算結(jié)果，P=1%時，一般沖刷水深為10.11 m，局部沖刷為3.28 m；P=5%時，一般沖刷水深為4.79 m，局部沖刷為2.79 m。

2.3 壅水、回水分析計算

擬建沁河大橋下游1.5 km處有潤城水文站，以潤城水文站為起始斷面，利用HEC-RAS軟件推求水面線。根據(jù)水面線計算成果可得擬建沁河大橋P=1%最大壅水高度為0.11 m，壅水回水長度為1 500 m；P=5%最大壅水高度為0.07 m，壅水回水長度為1 400 m。

2.4 橋梁過流能力復(fù)核

橋梁底部高程為設(shè)計洪水位、壅水高度、波浪壅高、風壅增水高度和橋下凈空安全值之和。根據(jù)規(guī)范，P=1%時梁底高程計算值：hmin為486.820 m。故設(shè)計值546.397 m滿足100年一遇的安全超高要求。

3 橋梁對河道的行洪影響分析

3.1 對防洪標準、水利規(guī)劃適應(yīng)性分析

根據(jù)《臨汾、晉城市境內(nèi)沁河河道（長263 km）治導(dǎo)線規(guī)劃報告》（以下簡稱《治導(dǎo)線規(guī)劃》），沁河大橋跨越河道樁號為K 299+000，治導(dǎo)線寬度為243.51 m，沁河大橋設(shè)計長度為578 m，所以橋梁長度符合治導(dǎo)線寬度要求，其中沁河大橋4—7號墩位于沁河治導(dǎo)線規(guī)劃范圍內(nèi)，邊墩位于河道指導(dǎo)線范圍以外。

3.2 對行洪安全、河勢穩(wěn)定的影響分析

橋墩的布置減小了有效行洪斷面面積，但建橋前后河道過流面積變幅較小。橋前水位最大壅高值0.11m，相對于該河段洪水位陡漲陡落的自然變幅較??；最大水位回水長度1 500 m，壅水影響范圍較小。橋墩的阻水導(dǎo)致橋墩上下游流速有所減小，但流速變化小，擾流作用影響弱，整體阻水程度不大，對河槽和岸線影響較小。橋墩處壓縮水流造成的沖刷深度較小，河道平面型態(tài)無明顯改變；橋下河槽沖刷有利于淤積型河道行洪斷面的恢復(fù)。橋梁對行洪能力和整體河勢影響不大，對于橋底天然河道可增設(shè)堤防保護。

4 影響防洪評價的問題分析

由于防洪評價是在橋梁設(shè)計的基礎(chǔ)上進行的，在之后的具體施工和運行階段，可能受到某些因素的影響導(dǎo)致現(xiàn)有河道與進行防洪評價的河道狀況有所差異，從而影響防洪評價的可靠性，因此有必要對影響防洪評價的問題進行分析。

4.1 橋梁設(shè)計期的問題分析

針對橋梁的選址應(yīng)充分考慮河流的地質(zhì)情況以及河流的具體特點。相對于平原地區(qū)，山區(qū)的地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，水流擴散問題突出、平面不穩(wěn)定，河流變化較大，其地質(zhì)結(jié)構(gòu)在滲透和河流的沖擊下也會發(fā)生明顯改變，對河道防洪產(chǎn)生直接或間接作用。因此，對于特殊地區(qū)，進行防洪評價應(yīng)按具體情況進行分析與計算。如案例中必須考慮到上游水庫以及下游水文站等水利工程的情況。

在充分利用實測流量資料，考慮歷史洪水調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)《山西省水文計算手冊》中推薦的方法進行設(shè)計洪水計算。在此基礎(chǔ)上分析已有資料和實地情況，選取合適的評價計算方法并復(fù)核校對。如案例中也可利用擬建大橋下游1.5 km處水文站的水文資料通過水文比擬法進行水文分析計算，但因沒有考慮張峰水庫建庫前后的資料一致性以及張峰水庫調(diào)蓄影響，所以此方法不能被采用。

4.2 橋梁施工期的問題分析

橋梁施工要注重減小對原有河道形態(tài)產(chǎn)生人為破壞。橋梁施工往往會造成河道形態(tài)和河底形態(tài)發(fā)生變化，可能會導(dǎo)致運行期河道情況與防洪計算時的河道形態(tài)差別較大，對河道行洪產(chǎn)生不利影響，從而影響防洪影響評價的可靠性與安全性。橋梁的不合理施工以及施工后的缺陷都有可能產(chǎn)生較大的影響，因此，在施工結(jié)束后，要做好施工棄土棄渣運至指定地點，禁止堆放在河道內(nèi)。特別是在汛期施工，施工設(shè)施以及附屬條件都將會對河道行洪產(chǎn)生影響，在防洪安全有保障的前提下，應(yīng)該盡量減小由于施工情況產(chǎn)生的非自然因素對河勢和河道形態(tài)的影響。

4.3 橋梁運行期的問題分析

橋梁運行期的主要問題是人類日常生產(chǎn)活動，對跨河橋梁河道的行洪影響。主要包括對河道及周圍資源的違規(guī)開發(fā)利用、日常垃圾堆放、棄渣排放等，都會對河道的行洪能力產(chǎn)生影響。運行期若橋梁附近有相關(guān)水利工程或者其它工程新建，對于影響到河道防洪能力的，必須進行新條件下的防洪評價，并積極采取相應(yīng)的補救措施。

5 結(jié)語

建設(shè)單位在工程建設(shè)期間，必須嚴格按照設(shè)計方案放線施工，確保行洪安全。必須承擔占用范圍內(nèi)的防洪任務(wù)，接受當?shù)睾拥乐鞴懿块T的日常監(jiān)督和管理，服從防汛指揮機構(gòu)的統(tǒng)一指揮，汛前應(yīng)及時編制防汛搶險預(yù)案，明確防汛責任人，加強汛期管理。工程竣工后，必須由河道主管機關(guān)參與驗收，驗收不合格，工程項目不得投產(chǎn)使用。對于橋墩阻水所造成的沖刷，建議在橋梁中墩上下游附近做好防護工程，盡量減少水流沖刷造成的影響。