子牙新河临时桥工程对河道行洪影响

孙志芹，郭世娟

（1.河北省南运河河务管理处，河北 沧州 061001；2.保定市南水北调工程建设委员会办公室，河北 保定 071000）

1 基本情况

子牙新河是为解决子牙河系洪水问题，于“63.8”洪水后1966年冬至1967年春开辟的一条主要行洪河道。该河全长143.4km，其中河北省境内长113.4km，天津市境内30km[1]，控制流域面积46511km2。

子牙新河上共建有枢纽工程3座，即献县枢纽、穿运枢纽和海口枢纽。海口枢纽共由五大工程组成，即青静黄排水渠挡潮闸、子牙新河主槽挡潮闸、2100m滩地挡潮泄洪堰、北排河闸、原北大港泄洪闸。除原北大港泄洪闸于1958年建成外，其余均在1967年7～9月份建成。

2 拟建临时桥工程概况

天津南港工业区位于天津市滨海新区南部，规划面积约200km3，陆域土回填施工面积25.52km2，总土方量2000万m3。在回填施工方案中，拟自子牙新河口取土场取土经津岐公路沿海防路向东进入填土区，平均运距12km，运输车辆一千余台，日填土量15万m3。由于津岐公路压车、堵车现象时有发生，成为制约南港工业区发展建设的“瓶颈”。为了缓解交通压力，沿津岐公路东侧修建土方运输临时专用通道，在子牙新河主槽闸上游建设临时桥，使用期限5年，以解决南港工业区建设的土方运输问题。

临时桥位于津岐公路子牙新河闸桥下游、子牙新河主槽闸上游，与子牙新河闸桥的中心距10.25m，与子牙新河主槽闸的中心距为17.65m。临时桥垂直于河道布置，桥长为107.92m，按5跨设计，跨度分别为20m，20m，27m，20m，20m。桥面高程7.13m，桥面净宽为6.5m＋2×0.5m，设计汽车荷载等级为公路-Ⅰ级，设计防洪标准为50年一遇。桥梁上部采用预应力混凝土梁板，27m跨度的梁高1.6m，20m跨度的梁高0.95m。下部结构为单排2柱式墩台钻孔灌注桩基础，墩柱直径1.2m。临时桥具体位置见图1。

3 设计洪水

3.1 设计标准

根据《子牙新河河道工程技施设计》，子牙新河的防洪标准是按滹沱河与滏阳新河同时发生50年一遇的洪水（即滹沱河发生1963年实际洪水，滏阳新河发生洪量二倍于1956年实际洪水），并经过水库、洼淀工程滞蓄后下泄入海的要求确定的，设计行洪能力为6000m3／s。校核标准是按1963年实际洪水考虑的，校核行洪能力为9000m3／s。“96.8”洪水后，根据子牙新河行洪的实际情况和发现的问题，对子牙新河流量进行了调整。根据《子牙新河防洪规划报告（2006年）》，子牙新河规划标准仍然按照滹沱河与滏阳新河同时发生50年一遇的洪水考虑，设计流量5500m3／s，校核标准仍以“63.8”实际洪水考虑，校核流量为8800m3／s[2]。根据临时桥等级，交通部门确定其防洪标准以能满足子牙新河泄洪要求为准。

图1 临时桥位置示意图

3.2 设计洪水分析

根据《子牙新河河道工程技施设计》，当子牙新河过流分别为9000m3／s和6000m3／s时，海口枢纽挡潮闸上游相应洪水位分别为4.5m和4.1m，北堤设计堤顶高程为6.9m，南堤设计堤顶高程为6.0m[3]。

根据《子牙新河防洪规划报告（2006年）》，子牙新河设计标准为50年一遇，设计流量为5500m3／s，其中主槽挡潮闸流量为864m3／s，北大港泄洪闸1089m3／s，滩地挡潮堰3547m3／s，相应水位为4.33m。校核标准为“63.8”洪水，校核流量为8800m3／s，其中主槽挡潮闸流量972m3／s，北大港泄洪闸1248m3／s，滩地挡潮堰6580m3／s，相应水位4.77m。

4 建桥后壅水计算

子牙新河是天津市、大港油田和河北省东部平原的主要防洪通道，为确保渡汛安全，本次临时桥壅水高度和长度分别采用《公路工程水文勘测设计规范》（JTJC30-2002）中的方法（交通规范法）和流速水头差法进行计算，选其大者。

《公路工程水文勘测设计规范》（JTJC30-2002）中跨河桥涵壅水高度计算公式：

式中：ΔZ为建筑物前最大壅高，m；η为计算系数，取0.1为建筑物布置后断面平均流速，m／s为天然断面平均流速，m／s。其中

式中：Qp为设计和校核流量，m3／s，取5500m3／s或8800m3／s；Wj为建筑物过水断面面积，m2为建筑物范围内天然情况下平均流速，m／s。

雍水长度计算公式：

式中：L为建筑物上游壅水长度，m；I为水面比降。

流速水头差法计算公式：

式中：Q为流量，取5500m3／s或8800m3／s；B为无桥墩时的截面宽度，m；b为两墩间的净宽，取18.8m和25.8m；hs为桥墩下游正常水深，m；Vs为桥墩下游为正常水深时的断面平均流速，m／s；V1为桥墩上游最大壅水处的平均流速，m／s；Δhs为最大壅水高度，h1与hs的差值，m；α为动能修正系数，取1.1；ε为过水断面收缩系数，取0.9。

经计算，当子牙新河发生设计和校核洪水时，临时桥壅水高度和长度见表1。

表1 子牙新河临时桥壅水计算成果

5 临时桥对河道行洪的影响

当子牙新河发生设计洪水5500m3／s或校核洪水8800m3／s时，临时桥壅水高度为0.028m及0.029m，说明临时桥处行洪断面能满足子牙新河泄量要求。壅水影响长度分别为360m和385m，对临时桥本身、下游子牙新河主槽闸和上游津岐公路子牙新河闸桥将造成一定的影响。

临时桥修建后，桥孔压缩水流，水流集中流入桥孔，急速过桥的水流冲走桥孔上、下游床面的泥沙，形成桥孔附近床面的冲刷。另外，桥的修建引起水流边界条件的变化，迫使水流在桥台前缘、桥墩周围等附近地区产生绕流，流速、流向急剧变化，引起漩涡和折冲水流及很大床面切力，造成局部冲刷，对其下游的子牙新河主槽闸和临时桥本身的桥台、桥基及防护部分的稳定带来不利影响。经计算分析，当子牙新河发生校核洪水时，子牙新河临时桥过流972m3／s，上游河道平均流速1.52m／s，桥孔平均流速4.37m／s。虽然过流量能满足原有闸桥的过流要求，但水流在桥下附近将产生较大冲刷。临时桥桥台位于子牙新河主槽闸上游护坡上，不仅缩窄主槽闸上游河道的行洪断面，而且水流冲刷对桥台稳定不利，应对桥台进行防护处理。且临时桥桥墩布置在子牙新河主槽闸上游阻滑板上，对其造成破坏，桥梁建设时应对底板采取加固措施。临时桥和子牙新河闸桥紧邻，应做好两桥的防护设施，使两桥互不干扰，做好管护工作，确保两桥交通和防洪安全。

[1]孙东坡，等.子牙新河尾闾段河流特性分析[J]，泥沙研究，2002（2）：59-64.

[2]魏国忠.河北省洪水调度的任务和对策[J]，河北水利，2008（1）：11-13.

[3]于青松.子牙新河两桥一堰对河道行洪的影响[J]，海河水利，1999（3）：16-18.