石棉县石棉大桥危桥拆除重建工程行洪论证

张 涵 张光碧 王 泽

（四川大学水利水电学院 四川 成都 610065）

1 工程概况

四川省石棉县石棉大桥危桥拆除重建工程为石棉县城市桥梁工程，地处石棉县城的大渡河上，位于国道108线K2574+944大渡河老石棉大桥原桥址处，桥轴线与大渡河流向交角为90°，桥址位于岩子村大渡河大桥下游约1200m，其下游约1600m为川心店至向阳村大渡河大桥，并且处于瀑布沟水电站库区回水位末端。

石棉大桥危桥拆除重建工程新桥桥梁全宽22m，孔跨布置为（3×46）m。上部结构为三跨预应力混凝土简支T梁，桥梁底缘最低高程为816.03m；下部结构为重力式墩扩大桩基础，每墩三根桩，柱径2.0m，桩径2.2m，桩台尺寸2.2m×22m。

根据《城市桥梁设计通用规范》确定四川省石棉县石棉大桥危桥拆除重建工程为Ⅲ等工程，桥为大中型桥，按100年一遇洪水进行设计。

2 水文分析计算

石棉县城区内大渡河干流有农场专用水文站和石棉水文站，因石棉水位站处于新建大桥河段内，工程河段总长不到4km，其间无大的支流加入，集雨面积一致，因此，工程河段设计洪水直接采用石棉站设计洪水计算成果。根据石棉站1954年～2007年实测洪水系列加上历史洪水组成的不连续系列通过水文计算最终确定石棉水文站的设计洪水成果见表1。

表1 石棉站设计洪水成果表

表2 桥址断面各频率设计洪水位成果表

表3 建桥前设计洪水水面线

由于石棉大桥危桥拆除重建工程大桥位于瀑布沟库区回水位末端，可直接采用瀑布沟水库相应频率下的洪水位成果作为该桥的设计水位，成果见表2。

3 行洪能力分析计算

为了分析评价河段工程建设前后河道行洪能力的变化情况，需进行天然情况下和大桥建成以后桥下雍水高程计算。

本次行洪论证的计算范围根据分析确定，纵向为大桥下游500m～桥上游700m的河段，全长1200m。横向均为大渡河河堤20年一遇洪水水面线的宽度外30m，总宽度为190m～296m。由于工程河段位于瀑布沟水库回水末端，其建桥前水面线可引用瀑布沟回水线，通过瀑布沟回水线的内插推求论证河段的洪水水面线，桥址上下游各断面建前设计洪水位见表3。

考虑到桥梁工程河段位于瀑布沟水库库尾河段，在瀑布沟建成蓄水后本河段将受瀑布沟水库回水影响，新石棉大桥的设计水位采用瀑布沟100一遇洪水时的回水位856.27m。

4 壅水分析计算

本次行洪论证河道桥前壅水选用频率为20%、5%、1%洪水时的设计洪峰流量，进行桥梁建成后桥址上游的各水力要素的分析计算。

4.1 桥前最大雍水高度△Z

Η——系数，与水流进入桥孔的阻力有关。

本次计算河滩路堤阻断流量与设计流量Qp的比值小于10%，η取0.05。

4.2 桥下壅水高度△Z'

根据该河段的地质情况和河道冲淤变化情况，桥下壅水高度△Z'计算公式选用：

表4 建桥后雍水水力要素计算成果表

表5 建桥后雍水水力要素比较表

表6 石棉大桥危桥拆除重建工程建桥后冲刷计算成果表

4.3 桥前最大壅雍水高度至桥前的距离S

按公式S=Ks(1-M)B计算。

式中，B——设计洪水时水面宽度，m；

M——建桥前通过桥孔范围内的设计流量与全河断面设计流量之比，M=Qm/Qp；

Ks——系数，根据M值确定。

4.4 壅水长度

按公式L=2△Z/I计算。

式中，L——壅水曲线全长，m；

I——洪水比降，以小数计；

△Z——桥前最大雍水高度，m。

根据以上各计算公式计算得各设计频率下桥后壅水水力要素成果见表4，建桥前后桥址断面的水力要素变化见表5。

由表中数据可知，各频率下桥墩阻水面积与桥下过水面积之比均小于5%，因此建桥后桥墩对行洪断面的影响较小。

5 冲刷分析计算

河流上建桥后，因压缩水流而引起桥下河床全断面发生冲刷的现象即为一般冲刷，水流受桥墩阻碍形成旋涡系统对桥墩周围的冲刷现象即为局部冲刷。

5.1 一般冲刷计算

河槽部分按非粘性一般冲刷的公式进行计算。即：

式中，hp为桥下河床在冲刷停止时从设计水位算起的桥下最大铅垂水深，m；QC为天然状态下河槽流量，m3/s；Q2为建桥后桥下河槽部分通过的设计流量，m3/s；BC为天然状态下河槽宽度，m；B2为建桥后桥下断面河槽宽度，m；λ为设计水位下，桥墩阻水总面积AD与桥下过水面积A0m的比值；μ为桥墩水流侧向压缩系数；hmc为桥下河槽设计水位相应的最大水深，m；k为单宽流量集中系数，k=（B0.5/H）0.15；B、H分别为平滩水位时河槽宽度和河槽平均水深，m。

河滩部分按照公式：

式中，hmt为桥下河滩的最大水深，m；Qt'为桥下河滩部分通过的设计流量，m3/s；μ为桥墩水流侧向压缩系数；ht'为桥下河槽最大水深，m；h¯t'为桥下河槽平均水深，m；hp为河滩水深，m；VH1为非粘性土不冲刷流速，m/s。

5.2 局部冲刷计算理论

对于非粘性河床桥墩局部冲刷，采用的计算公式如下：

根据以上计算公式，发生百年一遇洪水时的一般冲刷和局部冲刷成果见表6。

根据设计，新桥采用钢筋混凝土三联梁桥，左右桥墩位于河槽内，河床最低高程为836.52m，桥墩基础为桩基础，桩基埋设高程为804.00m～810.00m，远低于局部冲刷水深，因此河床冲刷不会对桥墩的安全造成影响。

6 河势影响分析计算

对河势的影响分析主要通过计算纵向稳定指标、横向稳定指标和综合稳定指标这三个方面来确定。

6.1 纵向稳定指标

一般地认为，Ks＞3即属于纵向基本稳定河床，Ks越大代表河床越稳定。通过以上公式计算可知，项目建设前Ks=6.18，项目建设后Ks=5.90。因此，可以认为工程河段属于纵向稳定河床。

6.2 横向稳定指标

式中，Kw为横向稳定系数；Q为造床流量，Q=4280m3/s；J为造床流量下水面比降，J=0.0017；B为造床流量下水面宽；Kw＞1即为横向稳定河床，Kw越大越稳定。

项目建设前后横向稳定系数不变，经计算，项目建设河段Kw=3.02，即工程河段为横向稳定河床。

7 综合稳定指标

综合稳定指标的计算采用包含纵向和横向的综合稳定系数公式：

通过计算本工程建成后综合稳定性系数为K=53.77（K＞15即属稳定河床），由此可知河段综合稳定性较好。

8 结论

通过以上的分析计算，项目建设符合有关规定、规范要求，与现有防洪标准、有关技术及管理要求相适应，对河道行洪影响很小，对河势稳定影响很小，对现有防洪工程基本无影响，对现有涉河建筑无不利影响。建设项目大桥之间的河段，防洪抢险通道均可到达，项目建设对防汛抢险基本无影响，且本河段无采砂和通航规划。因此，对第三合法水事权益人无影响。陕西水利

[1]国家电力公司成都院.四川大渡河瀑布沟水电站初步设计调整及优化报告[R].成都：国家电力公司成都院，2003.

[2]广东省冶金建筑设计研究院.四川省石棉县石棉大桥危桥拆除重建工程初步设计报告[R].成都：广东省冶金建筑设计研究院，2007.

[3]四川省雅安地区水利水电勘测设计研究院.四川岷江支流大渡河干流雅安地区段河道防洪规划报告[R].成都：四川省雅安地区水利水电勘测设计研究院，2000.

[4]肖小玲，薛红.跨河大桥行洪论证与河势稳定分析[J].四川建筑，2009，29（1):162-164.