占压河道处路基设计标高的确定

龚凤林 （吉林市市政设计研究院有限责任公司天津一分公司 天津300122）

占压河道处路基设计标高的确定

龚凤林 （吉林市市政设计研究院有限责任公司天津一分公司 天津300122）

山区中河沟众多，且河沟的弯曲度较大，鉴于公路设计时因制约因素较多而产生路基占压河道的情况，考虑根据相应的原则将河道进行适当改移，并根据地方暴雨资料计算出来的设计流量对新的河槽断面和路基高度进行结合设计，并使改移河道处路基设计标高高于相应洪水频率下的洪水水位、洪峰壅水高、波浪侵袭高以及0.5 m安全高度之和，以确保涝季洪水不没过路面，保障公路安全运营。

山区公路 河道改移 流量计算 路基标高

山区中河沟众多，河沟弯曲度较大，由于受线形指标、填挖高度、工程地质等制约因素的影响，不可避免的会出现路基占压低等级河沟的情况。此类小河沟一般流量较小，常年水位很低。对于这种类型的公路设计，可以考虑将主河槽进行适当的改移并采取相应的路基防护措施，但为防止涝水期间洪水漫过路基影响公路运营，应对路基的设计标高进行严格的控制。本文以一个设计工点为例进行阐述。

1 工程概况

某条位于河北省张家口的改建二级公路，路基设计宽10.5 m，设计时速60 km/h。由于受整体线形指标的控制，该公路线位在K567+040～K567+400里程范围内占压了部分河道，该河道系地方低等级不通航河道，主槽常年最深不到1 m。经1∶50 000地形图勾绘，占压河道处河流的汇水面积F为184.3 km2，流域长度L为23.229 km，实测洪水比降i=0.01。河道内淤泥深0.5 m，卵石或者碎石层厚1.5 m，以下为砂砾岩。河槽糙率1/n=25，河滩糙率1/n=20，W（风速）=3 m/s。根据工点实际情况，经过方案分析比选，考虑对主河槽进行适当的改移，改移河道平面图如图1所示。

2 河道改移原则

改移河道设计[1]的原理就是对公路占压的弯曲河道处原有河道进行裁弯取直、挖滩改河、清除弧石等，最终达到增大河道曲线半径，使河槽绕离公路路基的目的，同时要对新河槽进行水文计算，确定路基高度，并采取相应的边坡防护措施确保运营安全。河道改移的横断面位置关系如图2。

改移河道平面设计时，应考虑起终点的顺接（见图3），同时也应确保起终点所夹直线长L1≤4B（水面宽），弯曲段长L2≈（12～14）B（水面宽）。当河道设计需要改变宽度时，应满足变宽段长度 l/b≥6，其中 b=（B2-B1）/2。

新河道的纵坡应是既不冲刷又不淤积的稳定纵坡。由于改河后的河道是新开挖的河道，且改移长度一般不长，为顺应水流，一般起点和终点坡度都宜与原河道河底纵坡相顺接。若两纵坡之间坡差不大，可不设竖曲线。

新河道横断面设计时应以能容纳公路路基的设计洪水频率的流量为原则，同时应使造床流量水位的河面宽度与原河道的稳定河宽大致相符。河槽横断面形状一般采用梯形。河床断面上下游断面不宜相差过大，以免造成跌水或壅水。河床断面宜按水流经济断面确定，并进行适当的防护，防止水流重归故道。

根据以上设计原则，对本工点河槽进行了适当的改移，改移后的河槽平面图如图1所示，纵断面设计图如图4所示。

3 河道水位计算

改移河道后新河道的设计水位会随着改移后的河槽和河滩位置以及公路设计线位、路基高度、路基宽度等因素发生变化。因此，在确定路基设计标高时，应根据河道改移后的过水断面计算出的设计水位作为路基控制标高的依据。通常情况下沿河路基边缘标高应高于设计水位+壅水高+波浪侵袭高+0.5 m的安全高度的规定，[2]而水位计算的一个关键参数是河流流量的计算。

3.1 流量计算

最常用的流量计算方法是利用暴雨资料推算设计流量法。[3]该方法是通过流域内雨量站的实测暴雨资料，采用年最大值法，对不同历时的暴雨量用水文统计法推算设计频率的暴雨，并利用点面换算公式，得出不同历时的净雨量，最后通过地方经验公式，推求不同设计频率对应的设计流量。

根据《河北省张家口市水文水资源手册》，本工点洪水流量的计算采用暴雨资料推算设计流量的方法，采用如下所示的河北省地方推理公式进行流量计算。

式中：Qm—洪峰流量；

t—暴雨历时；

τ—流域汇流历时；

Rτ—相当于τ时段的最大净雨深；

F—流域面积；

J—主河道坡度；

L—主河道长度；

m—经验汇流参数。

本公路为二级公路，根据文献[2]的相关规定，计算洪水频率取1/50。根据文献[4]中的各时段年最大暴雨多年平均值H的等值线图和年最大暴雨变差系数等值线图查出不同历时t的暴雨量均值H和变差系数CV值，取偏差系数Cs=3.5 CV，根据皮尔逊Ⅲ型模比系数表查K2%，据此求得50年一遇1 h、6 h、24 h点雨量列入下表1：

表1 50年一遇点雨量计算表

根据上表所列数据，通过线性内差求得不同暴雨历时t的点雨量，通过文献[3]查得点面折减系数，得到不同历时的面雨量=点雨量×点面折减系数。查《河北省张家口市水文水资源手册》中表6-1得出不同历时净雨深Rτ，由公式（3）求得经验汇流参数 m=4.63，利用公式（1）、（2）先求出洪峰流量 Qm及汇水历时τ，计算过程汇总列入表2。

表2 洪峰流量及汇水历时计算汇总表

根据表2中数据绘制Qm-t曲线和Qm-τ曲线，两条曲线的交点横坐标Q1=493.143 m3/s即为所求的50年一遇洪峰流量。

3.2 河槽截面设计

河槽改移和路基修建以后，要使新的河槽断面能够满足流域流量的要求，就要求河槽有恰当的断面，此时可以先假定一个水位，并给出一个设计过水断面，根据设计的河槽纵坡来计算流量Q2，若该流量Q2与之前通过统计方法得到的流量Q1相差超过±5%，[3]则继续调整断面尺寸，直到满足要求为止。

这种根据假定水位来求流量的方法是形态断面法，该方法是建立在谢才-满宁公式的基础之上的，如下式：

式中：V——河流的流速；

n——河流断面的糙率；

R——断面的水力半径，过水面积与湿周之比；

i——河流的洪水比降。则可利用下式计算流量：

式中：ωc、ωt——主槽和边滩的过水面积；

Vc、Vt——主槽和边滩的流速；

Qc、Qt——主槽和边滩的流量。

根据公式（4）、（5）的多次试算结果，假定设计水位为878.1 m，取改河河槽断面为梯形断面，顶宽20 m，坡比1∶1，高1.4 m进行水力计算的结果如下表：

表3 河道水力计算表

通过以上计算过程可知：

所以拟定的洪水位H2%=878.1 m可以认为是50年一遇的设计水位。

但是由于水面宽度为90.26 m，小于200 m，所以可以不考虑波浪侵袭高度。[1]再者，改河后洪峰通过方向与路基边坡顺切，路基边坡并不阻碍洪峰通过，因此可不考虑壅水高度。所以改河处路基的控制标高为：

该工点处路基的设计标高至少需要878.6 m。

4 结语

改移河道与公路路基的结合设计是普通公路设计中经常遇到的情况，特别是对于较低等级的公路，这种设计理念对于控制投资有非常重要的意义。但考虑到涝季期间河沟的洪水位较高可能侵袭路基，甚至淹没路基影响车辆运营，威胁交通安全，所以改移河道处的路基设计标高必须高于相应频率下的设计水位、壅水高、波浪侵袭高（水面较宽时）以及0.5 m的安全高度的总和。同时应对占压在河床上的路基基底进行加固处理，并对路基边坡采取安全防护措施，以确保路基稳定。■

[1]交通部.公路路基设计手册（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]公路工程技术标准[S].JTG B01-2003.

[3]张学龄.桥涵水文[M].北京：人民交通出版社，1996.

[4]河北省张家口市水文水资源手册[Z].

[5]堤防工程设计规范[S].G B 50286-1998.

2012-03-06