北大河大桥防洪影响分析

(甘肃省酒泉水文水资源勘测局，甘肃 嘉峪关 735100 )

北大河大桥防洪影响分析

王仙红

(甘肃省酒泉水文水资源勘测局，甘肃 嘉峪关 735100 )

北大河大桥位于酒泉市肃州区境内，该桥在旧桥位置处加宽加固。本次北大河大桥防洪评价以百年一遇洪水评价为主，桥址断面处百年一遇设计洪水确定为1 330 m3/s，五十年一遇设计洪水确定为1 020 m3/s。根据河道实测资料及工程设计资料，分析改建后的北大河大桥工程的壅水程度、冲刷深度及防洪综合评价，为工程的可行性及安全性提供科学依据。

北大河大桥；壅水计算；防洪评价

1 概况

1.1 工程概况

酒泉至嘉峪关城际一级公路在酒泉市肃州区境内跨越北大河(又名讨赖河)，由于旧桥的设计标准不满足新建公路的设计要求，北大河大桥改建工程在原桥基础上两侧对称加宽，桥面总宽度为44 m，设计桥长306.04 m。

为减少洪水对桥位处河床的冲刷，设计桥梁中心线下游河床50 m处设置了平行于桥梁轴线的拦水坝，坝长300 m，顶宽1.5 m，内部采用卵砾石土，外层铺筑50 cm厚片石混凝土。坝体迎水面基础埋深1.6 m，背水面基础埋深3.0 m。

1.2 河道堤防概况

北大河大桥桥址所在断面上游3.6 km处为弯道，下游河道较为顺直，河床较平整，地形平缓开阔，两岸阶地为酒泉市肃州区城市开发带。

桥梁通过河段两岸已建成完整堤防工程，断面形状呈梯形，该堤防工程上起清嘉高速公路桥，下至北大河大桥，左岸长6.25 km，右岸长5.72 km，保护范围28.5 km2。工程等级为二级，防洪标准按五十年一遇洪水设计。

2 防洪评价分析计算

2.1 设计洪水流量及水位

设计洪水频率计算依据北大河冰沟水文站洪峰流量资料和历史调查洪水资料，采用矩法初估统计参数，用P-Ⅲ型曲线进行适线，求得冰沟水文站设计洪水成果见表1，本次北大河大桥防洪评价以百年一遇洪水评价为主，桥址断面处百年一遇设计洪水确定为1 330 m3/s，五十年一遇设计洪水确定为1 020 m3/s。

桥址断面处没有实测水文观测资料，水位～流量关系只能通过水力学公式确定。根据实测纵横断面资料和实地勘察，确定河段河底比降为7.1‰、河床糙率为0.030，采用曼宁公式计算各级水位相应的流量，建立水位～流量关系曲线，用设计流量反推相应的设计洪水位。最终确定百年一遇、五十年一遇洪水相应的设计洪水位分别为1 471.47m、 1 471.19 m。

表1 冰沟水文站洪水频率分析成果 m3/s

2.2 壅水计算

大桥加宽建成后，桥墩对过水面积的压缩形成桥址处整体壅水。桥前最大壅水高度采用《公路工程水文勘测设计规范》(JTJC30-2002)中的壅水计算公式计算：

(1)

壅水长度采用如下公式计算：

Ly=2ΔZm/I0

(2)

式中：Ly为桥前最大壅水长度(m)；ΔZm为桥前最大壅水高度，取0.45 m；I0为桥址河段天然水面比降，取3.4‰。

北大河大桥改建后百年一遇洪水壅水高度降低，变为0.45 m，壅水长度增加，变为264.7 m。

2.3 冲刷计算

洪水对桥墩基础的冲刷包括其对河床的一般冲刷和局部冲刷两个部分。本桥梁所在河段河床表层为卵石夹圆砾石，符合非粘性土河床冲刷计算公式的适用条件，可以用于计算河床一般冲刷最大水深。同时，该河段为“梯形”断面，发生较大洪水时，行洪河道为全床面过水，不存在漫滩现象，因此可计算河槽的一般冲刷，一般冲刷深度和局部冲刷深度采用《公路工程水文勘测设计规范》(JTJC30-2002)中的一般冲刷和局部冲刷公式(公式3和公式4)计算，参数含义见规范。

(3)

(4)

经计算百年一遇洪水时北大河桥墩一般冲刷深度5.87 m，局部冲刷深度4.32 m，总冲刷深度10.24 m，桥墩最低冲刷线高程为1 461.23 m。

2.4 桥梁下弦高程复合

北大河大桥位于北大河中游，无通航规划，根据《公路工程水文勘测设计规范》(JTJC30-2002)规定，在不通航时，按设计洪水位加安全超高推求桥梁下弦高程，计算公式为：

Hmin=Hs+∑Δh+Δhj

(5)

式中：Hmin为桥梁下弦高程(m)；Hs为相应频率下的设计洪水位(m)；∑Δh为考虑壅水、波浪高度等诸因素的总和(m)，Δhj为桥下净空安全值(m)，取1.5 m。

经计算北大河大桥防洪要求桥梁下弦最低高程改建前为1 473.51 m，改建后为1 473.72 m，均比实际桥梁下弦设计高程低，满足防洪评价要求。北大河大桥改建前后防洪评价各参数计算结果见表2，防洪评价综合数据示意图见图1。

表2 北大河大桥不同频率洪水改建前后防洪评价参数对比

图1 北大河大桥防洪评价综合数据示意图

3 防洪综合评价

3.1 洪水对桥梁自身安全的影响分析

经计算百年一遇洪水时，桥梁设计下弦最低高程高于本次评价计算防洪要求下弦最低高程，桥梁上部结构不受设计洪水的影响。桥梁跨河断面桥墩基础最浅埋深高程为1 447.58 m ，低于本次评价计算的最低冲刷线高程(1 461.23 m)13.65 m，桥墩基础埋深能够满足设计洪水冲刷深度的要求。

3.2 对河道行洪的影响

北大河大桥改建后百年一遇洪水位为1 471.47 m，比改建前升高了0.38 m，壅水主要集中在大桥上游300 m范围内，水位雍高值在0.41～0.45 m，百年一遇洪水时的雍高水位低于河堤高程，不会发生洪水漫堤。因此，桥梁改建后虽然对该河段局部行洪有一定影响，但不会威胁到河道整体行洪。

3.3 对堤防的影响

根据《中华人民共和国防洪法》和《中华人民共和国河道管理条例》，修建桥梁工程不得危害堤防安全，北大河两岸堤防设计标准为五十年一遇洪水。大桥改建后，壅水最大值为0.45 m，洪水位与相应壅水高度、风浪高度累计高程为1 471.90 m，分别低于两岸河堤高程1.70 m和1.28 m，满足2级堤防安全超高取0.8 m的要求。

3.4 对防汛抢险影响分析

北大河大桥0#桥台～1#桥墩间、14#桥墩～15#桥台间为连接桥梁上下游两岸堤顶的通道,该通道与桥下弦的净空高度分别为左岸1.31 m，右岸1.73 m，净空高度不满足防汛抢险通道净空高度大于4.5 m的要求；通道宽度为1.5～3.0 m，不满足通道宽度大于5 m的要求。因此，桥梁建设对河段防洪抢险有一定影响。

4 结语

(1)北大河大桥加宽加固改造后，桥梁下弦高度高于允许最低梁底高度，桥梁的长度基本满足河道泄洪要求，桥墩的最浅埋深低于百年一遇洪水评价的最低冲刷线高程，桥梁的改扩建工程对河道防洪基本没有影响。

(2)北大河大桥桥下通道高、宽均不满足防汛抢险的要求，桥梁建设单位需尽快在桥址断面两岸另行修建通往上下游的防汛通道，确保满足防汛抢险人员通行和物资的运输。

(3)工程施工应严格按照有关规程规范施工，如需挖占堤防或岸坡，应及时报请水利工程主管部门批准，服从管理，并按要求在施工结束后立即恢复堤岸的原有防洪安全标准。工程建成运行后，桥梁建设和管理部门要定期对桥梁进行安全检查和检测，尤其在当发生较大洪水后，建议对桥梁各涉河构件进行检测，确保桥梁的稳定安全。

[1]GB50201-94.防洪标准[S].

[2]JTJC30-2002.公路工程水文勘测设计规范[S].

[3]GB50286-98.堤防工程设计规范[S].

[4]甘肃省水文水资源局.国道312线酒泉至嘉峪关城际一级公路北大河大桥(在建)防洪评价报告[R].2013.

TV122

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1004-1184(2017)05-0148-02

2017-04-25

王仙红(1983-)，男，山西阳泉人，工程师，主要从事水文分析计算、水资源调查评价工作。