南城县富民跨河桥梁工程防洪影响评价探析

李 芳

（江西省抚州市水电勘测设计院 江西 抚州 344000）

1 工程概况

南城县是江西省建县最早的十八个古县之一，位于江西省东部，属抚州市辖县，位于东经116°24′～116°57′，北纬27°18′～27°47′之间，东西长58km，宽56km，东邻资溪、黎川，南毗黎川、南丰，西连宜黄、临川区，北接金溪，全县土地总面积1698km2。大桥位于南城县建昌镇，跨越盱江，桥址下游建有廖坊水利枢纽工程，其坝址距离桥址约29.74km，大桥处廖坊水库回水末端，桥位断面地理位置为东经116°38′30″，北纬 27°32′35″。

2 壅水计算分析

2.1 选择计算公式

（1）《水利动能设计手册》（防洪分册）中对桥位壅水的计算有科学的总结，采用河道水面线法推求建桥洪水期壅水范围。根据大桥所在河段两岸堤防工程的防洪标准，对50年一遇、20年一遇洪水标准进行建桥前后水面线分析计算。

式中：△h——最大壅水高度

α——动能修正系数

V3——桥墩下游为正常水深时的断面平均流速

B——无桥墩时断面的宽度

b——两墩间的净宽

h3——桥墩下游正常水深

ε——过水断面收缩系数

各频率计算水位壅高值见表1。

表1 不同方法推求桥体水位壅高成果对比表

式中：△h——最大壅水高度

Q——流量

h3——桥墩下游正常水深

b——两墩间的净宽

B——无桥墩时断面的宽度

两种方法计算对比成果见表1。

上表表明，计算桥体水位壅高的两种方法得到的结果基本是一致的，其中，《水利动能设计手册》公式二比较简便，计算数值为估算值，结合本工程的实际情况，对项目的精确度要求比较高。综合分析考虑后，桥体最大壅水值采用偏安全的公式一进行推求。

2.2 计算建桥后桥址上游的壅水

本次使用公式一计算建桥前后河道水面线，对洪水水面线的变化进行分析，得出大桥建设完工后，对河道洪水位的抬高程度及其影响范围。

2.2.1 水位的控制

由于工程建成后，上游河段会产生壅水，所以，根据大桥断面设计的洪水位来计算建桥前和建桥后的下游控制水位[1]。廖坊水利枢纽在2006年建成，富民大桥在廖坊水库库区的回水末端，大桥断面设计洪水位可以借用《廖坊初步设计报告》水面线成果根据断面位置进行内插取值。取值结果见表2。

表2 各频率控制水位成果表

2.2.2 各河段洪水的设计

南城水文站位于桥址下游1000m左右，集雨控制面积4159km2，桥址上游100m处汇入大支流麻港，麻港集雨控制面积47.4 km2，麻港汇合口以上集雨控制面积4111.6km2，与南城站控制面积相比，面积相对差值1%，因此上游河段洪水也采用南城站洪水成果，20年一遇洪峰流量为4240m3/s，50年一遇洪峰流量为5120m3/s。

2.2.3 采用河道糙率

南城水文站测流河道上无实测水位、比降、糙率关系，主要采用根据廖坊以上河段调查的1982年、1998年洪水水面线反推的综合糙率成果，经分析该河段河床综合糙率范围在0.02～0.035之间，滩地糙率范围在0.04～0.05。

2.2.4 水面线推求设计

确定了河段设计洪峰流量、控制水位、河道综合糙率以及建桥后的边界条件，建桥前后设计水面线采用《水力计算手册》推荐的试算法由各自控制水位自下而上逐段进行，因为此阶段的水体流动速度很小，推算时均不考虑行近流速水头影响[2]。本次推求了两种洪水频率的水面线，分别为2%、5%，对比分析了建桥前后的差异，设计水面线成果详见表3。在20年和50年一遇洪水条件下，富民大桥桥上最大壅水高度分别为0.05m和0.06m。

表3 盱江防护工程工程设计水面线成果表

3 分析计算冲刷

3.1 一般冲刷计算

建桥后，河道的行洪断面将会缩小，河道中的水流状况会出现变化，河床也会随之出现变化，变化的特点为，在桥梁上游，因壅水作用导致流速变小，会出现淤积情况；桥梁处由于行洪断面缩小导致流速增大，出现冲刷。从此次测得的桥址处河道横断面的实际情况可以得出，桥址处河道横断面基本呈“U”型，河槽为单式断面，全为主河槽，因此本次论证桥下一般冲刷计算采用《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2002）中有关河槽一般冲刷公式进行分析计算。

河槽一般冲刷计算公式简写为：

其中：

式中：Ad——单宽流量集中系数；

Qp——频率为p%的设计流量（m3/s）；

Qc——天然状态河槽流量（m3/s）；

Q2——建桥后河槽部分通过的设计流量（m3/s）；

Qt——天然状态下河滩部分通过的流量（m3/s）；

Bz、Hz——平滩水位时的河槽宽度和河槽平均水深（m）；

μ——桥墩水流侧向收缩系数，本次取值0.98；

Bc——桥下河槽部分桥孔过水净宽（m），当桥下河槽扩宽至全桥时即为全桥桥孔过水净宽；

Bcg——桥长范围内的河槽宽度（m）；

λ——设计水位下，桥墩阻水总面积与桥下过水面积的比值；

hcg——河槽最大水深（m）；

经分析计算，当遭遇50年一遇洪水时，建桥后冲刷深为2.12m，20年一遇洪水时冲刷深为1.95m，各标准下的冲刷深度见表4。

表4 富民大桥桥位断面河槽一般冲刷计算成果表

3.2 计算冲刷范围

由于大桥河段属于缓流河槽，参照之前的大桥设计方案，桥孔压缩与桥墩阻水有一定的影响，建桥后上游产生雍水曲线，在远处与天然水面线相衔接。再向下游，水流会扩算，并和天然水面衔接。此次，冲刷起始及终点断面位置利用《桥梁水力学》中介绍的经验公式进行确定冲刷起始和冲刷范围。

（1）桥梁上游冲刷范围的确定

上游最高处的雍水断面到桥孔之间，由于水面出现急剧跌落的现象，会形成水流压缩区，上游普遍受到冲刷，采用如下公式计算普遍冲刷的起始断面与桥梁轴线之间的距离：

S=0.4×K×B×（1—M）估算。

式中：S——桥梁轴线至冲刷起始断面距离

B——洪水水面宽度。

M——桥孔流量压缩比。

K——系数

经计算，流量愈大，S值愈大，为同桥梁防洪标准相适应，本次计算了100年一遇设计水位70.36m时S值为34m。即遇100年一遇洪水时，其到桥梁轴线34m，为墩台压缩水流而造成的桥上普遍冲刷范围。

（2）桥梁下游冲刷范围的确定

根据《桥梁水力学》的介绍，下游消除桥梁压缩造成冲刷影响的特征断面位置采用公式SN=2LD/（1+E）估算，

式中：SN——桥梁轴线至下游冲刷终止断面的距离

LD——桥墩、桥台侵占河道长度。

E——桥孔偏置系数。这个指标反映了河谷中设置桥孔的相对位置，依据大桥设计的实际情况，桥孔偏置系数是0，没有出现偏心影响的情况。通过计算，梁轴线距下游压缩断面之间的距离为83m，该段范围即为桥下游普遍冲刷长度。根据以上计算，100年一遇的洪水设计标准下，其冲刷范围会达到117m。

3.3 分析计算河势

结合大桥孔跨布置的资料，大桥桥位轴线垂直于水流流向，主桥546m，大桥桥台、桥墩编号为0～13，左岸0号桥台与1号桥墩布置于左岸较高的台地上，地面高程是67.70m，大桥2号桥墩布置于河西联圩迎水坡堤脚外5m处，地面高程64.20m，3号～11号桥墩布置于主河槽内，河底高程为60.50m～64.00m，右岸12号桥墩布置于胜利堤迎水坡堤脚，地面高程68.00m。13号桥台布置于盱江I级冲积阶地（胜利堤内），地面高程68.10m[3]。断面单宽流量、断面平均流速受到桥墩阻水影响会增大，桥下游河床将产生一般冲刷，通过公式计算，20～50年洪水时冲刷的深度在1.95m～2.12m之间。并且桥墩阻水作用促使水流冲击和涡流作用产生，桥墩周围的部分河床会出现一定程度的变形，局部形成冲刷。

当桥位断面河道遇到20年～50年一遇的洪水时，桥位断面的水位被抬高0.05m～0.04m，桥位过水面积和水面宽分别减小7.15%～7.11%、7.39%～7.64%，平均流速增加7.15%～7.11%，由此说明富民大桥建设前后，对其所在河道断面之过水面积、水面宽及平均流速存在一定的变化。

4 结论

综上所述，富民大桥的兴建，对河道平面形态的变化有一定的影响，为了降低这种影响，保证桥梁工程的安全，需要按照桥墩的布置图和大桥的施工方案，将大桥的右岸和胜利堤连接，左岸和河西联圩连接。由于大桥左岸第2号桥墩位于河西堤临水坡堤脚，建议2号桥墩施工时应注意不要破坏堤防的护坡及固脚，或施工后恢复河西堤临水坡堤脚的预制块护坡及抛石固脚，以确保防洪墙基础的安全。在工程施工期间，建设单位应接受河道主管部门的监督、检查，如实提供有关情况，如出现涉及河道行洪及两岸堤防安全方面的问题时，应及时向河道主管部门及有关部门汇报，并按河道主管部门提出的相关处理意见，进行补救和完善。桥墩施工时，人工小岛应尽量顺水流方向布置，避免与水流方向形成夹角，以减小涡流的产生，从而减少人工小岛对河势的影响。另外，对于已结束施工的桥墩周围的临时建筑物必须及时清除，这不仅有利于河道行洪，同时也减少了水下安全隐患，以提高汛期通航和水上作业的安全性。陕西水利

[1]李广阔,任玲.河道管理范围内建设项目防洪评价审查要点分析[J].人民珠江,2007,（05）:67-68.

[2]冯平,徐向广,王嵩.滦河下游河道建设项目的防洪影响评价问 [J].干旱区资源与环境,2007,（08）:94-95.

[3]李友起,陈宝中,衣秀用.防洪评价应注意的几个问题的探讨[J].海河水利,2006,（05）:39-40.