有水库控制的河流桥梁计算方法浅析

任淑加

(黑龙江省公路勘察设计院)

1 概述

呼兰河大桥是绥化至北安高速公路绥化至通肯河段的一座重要大桥，在绥化市与望奎县之间跨越呼兰河干流。呼兰河是松花江较大支流之一。桥位与上游的秦家水文站之间的河段上有呼兰河的支流诺敏河(包括其支流克音河)汇入，所以，桥位以上的流域面积应为秦家水文站控制的流域面积与诺敏河全流域面积之和，即9 809+5 328 km2=15 137 km2。

在桥位下游约10 km处望奎县卫星镇附近的呼兰河段上有一座建于20世纪90年代的绥望呼兰河大桥。该桥跨径组成为16×35 m，全长566 m。该桥设计洪水频率为100年一遇，与本桥相同，其桥长可作为确定本桥长度的参考。

经水利部门调查，呼兰河流域本桥位上游秦家水文站自1911年以来，先后发生过1911年、1914年、1985年、1945年、1962年及1961年洪水，洪水流量数据及重现期见表1。

表1 历史洪水成果表

由表1可知，1911年是近百年以来第1位大洪水，其重现期95年一遇，非常接近100年一遇，所以，在确定本桥100年一遇洪水流量时，应大于1911年的流量才是合理的。

桥位附近河道情况。

桥位附近河道为平原区宽滩性河流，河滩地势低洼，洪水汛滥宽度较大，大洪水时河滩流量约占60%以上。河槽平均宽50～80 m，最宽处达170 m，河床粒径组成为细、中砂，平均粒径约5 mm;岸边及滩地为细砂、粉质亚粘土。总体上来看，无论主槽还是滩地，抗冲能力均较差。

2 设计流量计算

(1)计算依据。

依据《公路工程技术标准》的规定，本次设计路线为高速公路，大桥按100年一遇洪水频率进行水文孔径计算。

(2)设计流量推求的方法。

首先采用数理统计法对秦家水文站的流量系列进行流量—频率分析，然后适线法求出该站100年一遇的流量。本次计算结果采用该站不连续的长系列计算结果，并经两次适线求得该站100年一遇的流量Q=4 309 m3/s(详见“秦家水文站不连续系列数理统计分析1911年～2004年经验频率计算成果及理论曲线计算成果表)。其中第二次适线后的经验频率与理论频率曲线吻合程度较好，推求的100年一遇流量大于1911年的历史洪水流量，因而是合理的(详见频率曲线图)。

表2 理论频率曲线及流量成果表(第一次适线)

P/% 1 2 5 10 20 50注5.55 4.56 3.29 2.37 1.51 0.56 Qp/(m3/s) 4309 3842 2772 1997 1273 472统计参数 Cr=1.14 Cs/Cr=2.5 Cs=2.85Q=842.5(m3/s)Kp采用值

(3)设计流量的计算与确定。

利用流域面积比拟法按下式将水文站100年一遇的流量转换到桥位(或水文计算断面)的相应设计流量。

式中:Q1、F1为桥位处设计流量和流域面积;Q2、F2为水文站处100年一遇的流量和流域面积;n为流域面积指数。

采用上式计算的100年一遇的流量作为本桥的设计流量，并以此作为推桥孔长度、设计流速、设计水位及其他所需资料的依据。

(4)设计水位和设计流速的推求。

根据桥位断面或水文计算断面上水位高度与流量之间的关系，利用水文计算软件直接求出设计流速和设计水位。其中断面上各级水位下的流量和流速按满宁公式Q=VW(m3/s)及V=mh2/3i1/2分别求算，再根据采用的100年一遇的设计流量及求出相应的设计水位和设计流速如下

3 桥孔长度计算

(1)旧桥类比法。

本桥位下游约10 km处呼兰河上有一座绥化至望奎公路旧桥，建于20世纪90年代，设计洪水频率与本桥相同，均为100年一遇。该桥桥孔净长为15×35 m=525 m，本桥不应小于此长度。

(2)公式计算法。

采用宽滩河段单宽流量公式

考虑到桥轴线与洪水流向有80°的交角，因此桥孔净长应大于500 m。

3.1 桥前雍水高度控制法

按水利部门的防洪要求要求，本桥的桥前雍水高度应在0.35 m左右，此时桥孔净长应为16×35 m=560 m。

3.2 桥孔长度的采用

综合以上计算结果，参照旧桥长度并结合桥前雍水高度及河道水流方向，桥长采用16×35 m=560 m。