严寒地区跨桥梁工程防洪影响评价

周慧平，赵宏燕，李文娟

（内蒙古恒源水利工程有限公司，呼和浩特010018）

1 流域概况

绰尔河流域北邻雅鲁河，南邻洮儿河，东邻嫩江，流域西侧以大兴安岭山脉为分水岭与海拉尔河相邻。流域为窄长型、地势北高南低，流域内多森林及草原。

绰尔河流域属中温带大陆性季风气候区。春季干燥多风；夏季湿热多雨；秋季晴冷温差大；冬季严寒漫长。多年平均降水量426.5mm，降水量年内分配不均匀，6月～9月降水量约占全年降水量的84.2%，其中7月、8月降水量占全年降水量的53.9%； 多年平均气温3.4 ℃，历年极端最高气温39.9 ℃，历年极端最低气温-37.0 ℃。流域年最多风向为西北风，冬季西北风最多，夏季多偏西风。多年平均风速3.3m/s，多年平均最大风速18.6m/s。历年最大冻土深度2.34m。

喇嘛洞大桥位于兴安盟扎赉特旗杨树沟林场东南5km处，建桥梁中心桩号为K17+900，已于2015年建成通车，属于维护利用大桥，全长286.04m，孔跨结构14孔×20m。上部结构采用钢筋混凝土预应力空心板，下部结构采用钻孔灌注桩基础，柱式墩，肋式台，桥孔最小净长252.24m。桥位区属低山丘陵地貌，地形较平缓，起伏不大。

2 防洪评价

绰尔河干流上共有3个水文站，即塔尔气、文得根、两家子水文站。喇嘛洞大桥位于文得根水文站上游65～75km范围内，且流域面积相差较小，本次防洪评价采用文得根站为参证站。测站以上集水面积12447km2。

2.1 洪峰流量

本次计算将洪水系列延长至2010年，经洪水调查可知，1998年实测最大洪峰流量5770m3/s，洪水重现期采用1998年洪水为1897年以来的第一位，即截止到2010年重现期为114年。本次防洪评价将文得根站实测洪峰系列的基础上，再加入经过重现期处理特大洪水资料，根据SL44—2006《水利水电工程设计洪水计算规范》按不连续系列进行洪水频率计算，理论频率曲线线型采用P-Ⅲ型，特征值通过优化适线法确定，单站设计洪水成果如表1。

表1 文得根站洪峰流量各频率设计值 单位：m3/s

根据GB50201—2014《防洪标准》及JTG B01—2014《公路工程技术标准》，对于二级公路而言，大桥的设计防洪标准100年一遇，洪峰流量5233m3/s。

根据GB50201—2014《防洪标准》及JTG B01—2014《公路工程技术标准》，对于二级公路而言，大桥的设计防洪标准100年一遇，洪峰流量5233m3/s。

2.2 洪水总量

喇嘛洞大桥桥位处控制流域面积与文得根水文站相差10.6%，本次在计算喇嘛洞大桥桥位处设计洪峰流量时，方法同上，喇嘛洞大桥桥位处流域面积11130km2，经计算，喇嘛洞大桥桥位处100年一遇，设计洪峰流量5233m3/s。

2.3 水面线计算

2.3.1 糙率的选定

查阅文得根水文站大水年洪水期实测成果表，结合该河段河床及堤防的边界条件，选定主河槽糙率0.026，滩槽糙率取0.040。

2.3.2 评价河段起始断面的水位

由于S204线浩饶山（兴呼界）至察尔森段公路改建工程对于喇嘛洞大桥是旧桥利用，桥位处天然河宽864m，桥宽286m，其余为路基。因此，本次防洪评价在设计水面线推求时，在天然河道水面线（即路基和桥梁均未建设时）和路基桥梁均已建设两种工况下进行。确定断面100年一遇流量设计水位在工况1条件下400.22m，工况2条件下400.24m。如表3，表4。

2.3.3 跨河建筑物壅高计算

喇嘛洞大桥桥位处河道为天然河道，没有堤防。根据JTJ062—2002《公路桥位勘测设计规范》，采用道布松公式计算，计算结果如表2。

表2 100年一遇洪水对桥梁影响 单位：m

由表2可知，喇嘛洞大桥桥位处100年一遇设计洪水位考虑桥梁壅水高、桥前水流冲高、净空高后，低于桥梁下缘底高程0.33m，桥梁的建设满足100年一遇防洪标准的要求。

2.3.4 水面线推求

本次防洪评价在设计水面线的推求时，在天然河道水面线（即路基和桥梁均未建设时）和路基桥梁均已建设两种工况下进行。两种工况的喇嘛洞大桥桥位上下游河道1%水面线推求成果如表3，表4。

表3 工况1水面线成果

表4 工况2水面线成果

2.4 壅水计算

2.4.1 壅水分析

本次防洪评价壅水计算采用JTJ062—2015 《公路工程水文勘测设计规范》中壅水计算方法。经计算，喇嘛洞大桥100 年一遇的墩前水流冲高值1.07m。本次防洪评价为安全起见，壅水计算不考虑冲刷产生的影响，即流速折减系数为1，冲刷系数为1。经计算，喇嘛洞大桥100年一遇的桥前壅水高度值如表5。

表5 100年一遇的桥前壅水高度成果

通过壅高计算分析发现，壅水高0.31m，壅水长150m，壅水后水位影响范围均满足要求，因此，本建设项目设计合理。

2.5 冲刷与淤积分析计算

建桥后，桥墩引起河床变形，洪水对墩台基础的冲刷包括其对河床的自然冲刷、一般冲刷和局部冲刷三部分。本次计算只考虑束窄河床引起的一般冲刷和桥墩阻水改变水流结构引起的局部冲刷。

2.5.1 一般冲刷

依据JTGC30—2015 《公路工程水文勘测设计规范》，对非黏性土河床进行计算，喇嘛洞大桥一般冲刷计算参数及成果如表6。

表6 一般冲刷计算参数及成果

2.5.2 局部冲刷计算

根据JTGC30—2015 《公路工程水文勘测设计规范》，对非黏性土河床桥墩的局部冲刷进行计算。计算参数及成果如表7。

表7 局部冲刷计算参数及成果

计算可知，总冲刷深度为一般冲刷深度和局部冲刷深度之和，即6.12m。

2.6 河势影响

沿河路基布局大体上与水流流向一致，由于对河道不同程度的挤占，使河段水流流速加大，对河道的河势产生一定的影响。大桥建设后，由于束窄河床、桥墩引起的水流变形等因素，使得桥位水流流速由3.26m/s增加到3.51m/s，增幅7.67%。由于冲刷加剧，对桥位上下游附近河段河势稳定产生一定影响。

2.7 行洪安全影响

从行洪断面看，100年一遇天然水面线398.34m时，行洪面积1604.40m2，其中大桥桥位所占行洪面积1488.60m2，占总行洪面积的92.80%。由此可见，该断面的洪水过流以主槽为主，故喇嘛洞大桥的建设对桥位局部河段行洪产生一定影响。

由于桥墩挤占河道过水断面，导致桥前产生壅水，综合考虑设计洪水位、桥前壅水高、净空高，与河道100年一遇设计洪水位进行比较，从桥高角度分析桥梁是否影响河道100年一遇的行洪安全，成果如表8。

表8 喇嘛洞大桥行洪影响 单位：m

从桥高角度分析，喇嘛洞大桥的建设对河道100年一遇的行洪安全影响较小。

3 结语

（1）喇嘛洞大桥桥位处100年一遇设计洪峰流量5233m3/s，与该处的防洪标准相适应。喇嘛洞大桥位于规划建设的文得根水库保护范围外7.5km，喇嘛洞大桥建设不会对现有水利规划产生不利影响。

（2）喇嘛洞大桥桥位处天然河宽864m，其中桥宽286m，大桥建设后，虽然没有全桥跨河道，对桥位局部河段洪水的行洪产生一定影响，从桥高角度分析对河道100年一遇的行洪安全影响较小。当发生100年一遇洪水时，将桥位处100年一遇设计洪水位考虑桥梁壅水高、桥前水流冲高、净空高后，低于桥梁下缘底高程0.33m。由此可见，从桥高角度分析，100年一遇洪水对喇嘛洞大桥的安全影响较小。

（3） 该桥桥位处水流流速由3.26m/s 增加到3.51m/s，增幅7.67%，由于冲刷加剧进对河势稳定产生一定影响，需采取补救措施进行防冲刷护砌。建议对喇嘛洞大桥桥台及两侧路基进行防护，同时对桥位下游100m范围内的河道两岸进行防冲刷护砌。