浅谈涵洞跨越河涌的防洪影响评价——以新广从路跨越红路支流的涵洞为例

饶超群 广州市宏涛水务勘测设计有限公司

1.工程背景

1.1 工程概况

新广从路南起黄石东路，北至从化街口街增立交，全长49.555km。城市快速路Ⅰ级，设计车速60km/h。

拟建涵洞轴线方向与红路支流水流方向夹角约90°，双孔5m（宽）×4m（高）钢筋砼箱涵，长度40m。设计防洪标准采用20年一遇。涵洞基础采用尺寸250×250预制方桩处理，桩长6m，桩间距1.0m，梅花形布置。

1.2 河涌基本情况

红路支流为白海面的一条主要支涌，发源于红路水库，流经大一山庄，穿过广从公路以及万科云山，流经永平街，于嘉禾琴星小学北侧汇入白海面涌。红路支流全长4.78km，集雨面积7.14km2（含红路水库1.8km2），干流河床总坡降为2.47‰。拟建涵洞处堤防等级为4 级，设计标准按20 年一遇。

拟建涵洞所在位置，以三角洲冲洪积平原地貌为主，局部为残丘剥蚀地貌，地势较平坦，场地较平整。根据钻探揭露资料，土层自上而下分为素填土、粉质黏土、中砂、强风化炭质页岩。拟建涵洞处堤防位于粉质黏土上。

1.3 跨越设计

本次涵洞跨越断面位于红路支流桩号3+230处。

该涵洞底与红路支流设计渠底顺接，涵洞顶板底标高15.25m（珠江基面高程，下同），涵洞底板面标高11.25m。涵洞施工时采用土包围堰导流。

2.防洪评价计算

2.1 水文分析计算

2.1.1 设计暴雨

根据广东省水文局2003年编制的《广东省暴雨参数等值线图》查出本区域各历时暴雨均值Ht、变差系数Cvt、点面换算系数αt，用Cs=3.5Cv皮尔逊Ⅲ型曲线，按公式算得本区域的P=5%频率各历时点暴雨量Htp，再作点面折算，得出各历时设计面暴雨量Htp，相应频率的设计暴雨量参数（点暴雨）成果见表1。

表1 暴雨量计算成果表

2.1.2 河涌控制断面地理参数

桩号3+230断面地理参数：分水岭至断面的河长1.53km，控制集雨面积2.00km2（不含红路水库集雨面积），综合平均比降5.0‰，集水区域特征参数θ=8.95。

2.1.3 设计洪水

本次分别采用广东省综合单位线法以及推理公式法推求控制断面计算集雨面积的洪峰流量，对两种计算方法所得成果进行分析，选用较为合理的成果。

广东省综合单位线法：红路支流上游属高丘区，中下游属低丘平原。集水区域位于《广东省暴雨径流查算图表》分区的珠江三角洲分区的Ⅶ1珠江三角洲的设计雨型。暴雨低区的αt～t～F关系图；粤东沿海、珠江三角洲区产流参数；广东省综合单位线滞时m1～θ关系图中的大陆高丘区关系线（即A线）。各断面集雨面积均小于500km2，采用广东省综合单位线Ⅱ号无因次单位线Ui～Xi。计算结果见表2。

表2 省综合单位线计算洪峰流量成果表

推理公式法：集水区域位于《广东省暴雨径流查算图表》分区的珠江三角洲分区的Ⅶ1珠江三角洲的设计雨型；暴雨低区的αt～t～F关系图；粤东沿海、珠江三角洲区产流参数；大陆地区推理公式（1988年修订）汇流参数m～θ关系图。用推理公式法进行洪峰流量计算时，根据工程集水区域下垫面情况选取m值。并与省综合单位线法的计算成果进行协调。计算结果见表3。

表3 推理公式法计算洪峰流量成果表

2.1.4 设计洪水成果分析

根据涵洞所处的地理位置和其现有的地形地貌情况，以及附近河流的计算结果相比较（如白海面涌），选用省综合单位线法的计算成果比较合适。

2.1.5 设计洪水位

曼宁公式建立水位～流量关系曲线：

式中：Q 为某水位时的流量（m3/s）；

n为糙率，经实地勘测结合天然沟道糙率表对比，拟定为0.028；R为水力半径（m），通常以平均水深代替；I为河涌比降，采用现场实测值为0.0025；A为某水位时的过水面积（m2）。

涵洞底板面标高为11.25m，涵洞下游现状河涌断面宽7m。根据不同水位情况下的水力半径、流速、断面面积等数据，试算得到红路支流在涵洞处的P=5%水位为13.42m。

2.2 壅水分析

涵洞修建之后，涵洞未缩窄过水面积，不会形成涵洞处的整体壅高。

2.3 涵洞顶板底标高复核

红路支流涵洞顶板底距离设计洪水位的超高考虑0.5m。则涵洞顶板底最低高程为13.92m。而涵洞顶板底设计标高为15.25m。因此可知，二十年一遇洪水条件下，涵洞顶板底高程大于过流要求的涵洞顶板底最低高程，且还有1.33m的净空。

2.4 冲刷与淤积分析

为了保证涵洞的安全和顺利渲泄洪水，涵洞预制方桩基础需要有足够的埋置深度，以避免涵洞受河水冲刷而产生安全问题。

根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)，来计算冲刷深度。

式中：hB局部冲刷深度（m）；hp冲刷处的水深，以近似设计水位最大深度代替，2.17m；V行近流速，2.99m/s；VCP近岸垂线平均流速，2.99m/s；η水流流速不均匀系数，1；VC泥沙起动流速（m/s），河底为粉质黏土，计算得0.55；n与防护岸坡在平面上的形状有关，0.25。最终计算得到hB局部冲刷深度为1.14m。

以上可知，预制方桩基础埋置深度大于局部冲刷深度，满足防冲刷设计要求。

3.防洪综合评价

3.1 项目建设与现有水利规划的关系及影响分析

拟建涵洞设计中已考虑防洪要求，设防标准与措施符合《广州市白云区防洪排涝规划》相关规定。

3.2 与有关管理要求的适应性分析

本项目是在红路支流河涌管理范围内改建1座涵洞。涵洞会占用河涌管理用地及河涌水域，但未缩减河涌水域。

3.3 涵洞运行期间对河涌行洪的影响

涵洞修建之后，未缩减河涌水域，涵洞中墩未对过水面积产生影响，不会形成涵洞处的整体壅高。

二十年一遇洪水条件下，涵洞顶板底高程大于过流要求的涵洞顶板底最低高程，且还有1.33m的净空。

3.4 涵洞施工期间对河涌行洪的影响

涵洞施工期间无需缩减河涌水域，因此不会对现状河涌行洪造成影响。

3.5 项目建设对岸坡和其它水利工程与设施影响分析

目前涵洞附近河涌未整治达标，根据《广州市白云区防洪排涝站规划》，远期红路支流需要按照二十年一遇标准进行规划整治，涵洞的建设除了需要考虑现状河涌顺接，还要考虑与规划河涌防洪标准相适应，并预留与以后实施的规划河涌衔接的空间。涵洞预制方桩施工过程中可能会对现状挡墙稳定产生影响。

3.6 建设项目第三人合法水事权益的影响分析

涵洞附近有污水管、电缆等地下管线，施工前应与管线权属单位沟通迁改事宜，避免施工时破坏管线造成损失。