某新建平接桥工程防洪评价分析研究

黎家怡

(广东海纳工程管理咨询有限公司，广东 广州 510000)

1 工程概况

1.1 工程现状

本项目位于广州市荔湾区花地大道和浣花路交界处东南角，现状为地铁C涌，河涌东侧拟建设荔湾人民医院新院。新建荔湾区人民医院地处花地大道与浣花路交会处，交通区位优势明显，医院正门开向花地大道，医院与花地大道之间有一大致南北走向河涌，为保证医院建成后与现状道路之间能顺利衔接，保证车流、人流以及城市总体美观和谐统一，需对该处河涌布置平接桥。

1.2 项目设计方案

(1)北侧人行桥。北侧人行桥跨径组合为1.30 m+7.95 m+11.50 m，桥面宽=0.25～22.80 m(人行道)+0.25 m(护栏)，其北侧与现状桥梁拼接。同时设置1排桥台及2排桥墩；桥墩采用桩柱式，不设承台，基础采用钻孔灌注桩基础，柱径0.7 m，桩径1.0 m，桥墩与旧桥对孔布置。

(2)中间人行桥。人行桥跨径组合为3 m×9 m，桥梁全长33 m，标准桥面宽28 m。中间人行桥设置0#、3#共2排桥台及1#、2#共2排桥墩。两侧桥台下各设一排φ1.0 m的桩基础，1排5根，总共10根；桥墩采用桩柱式，不设承台，基础采用钻孔灌注桩基础，柱径0.7 m，桩径1.0 m，每排设4根，总共8根。

(3)南侧车行桥。南侧车行桥跨径组合为7.50 m+12.00 m+7.50 m，桥梁全长33 m，桥面宽=0.50 m(护栏)+6.50～15.03 m(车行道)。设置0#、3#共2排桥台及1#、2#共2排桥墩。两侧桥台下各设一排φ1.0 m的桩基础，花地大道中侧0#桥台1排2根，3#桥台1排3根，总共5根；1#、2#桥墩采用桩柱式，不设承台，基础采用钻孔灌注桩基础，柱径0.7 m，桩径1.0 m，每排设2根，总共4根。

2 模型计算

2.1 建立水动力模型

(1)模型控制方程。一维水流数学模型采用圣维南方程组，如式(1)、式(2)：

(1)

(2)

式中：B为水面宽度，m；Z为断面平均水位，m；Q为断面流量，m3/s；q为旁侧入流，负值表示流出，m2/s；t为时间，s；x为距离，m；β为动量校正系数；A为过水面积，m2；g为重力加速度，m/s2；Sf为摩阻坡降；ul为单位流程上的侧向出流流速在主流方向上的分量，m/s。

(2)计算方法。方程离散采用四点加权Preissmann固定网格隐式差分格式，网格布置如图1所示。

图1 一维网格变量布置图

具体方法为：对于图1所示的网格划分，以S代表流量Q和水位Z。方程求解采用目前应用较广泛的一维河网三级联解算法。

(3)计算边界条件。开边界共有7个，分别为老鸭岗、黄埔、中大、大石、陈村水道、平洲水道和广佛水道。其中老鸭岗、黄埔、陈村水道、平洲水道和广佛水道为外围边界水位控制点，用于模型计算。开边界均采用接近多年平均高潮位的实测水位数据；闭边界主要为模型中的断头涌，模型中闭边界包括白鹤沙涌、鹤洞涌等。洪水模型主要计算内河涌20 a一遇的洪水过程线，点源边界主要是降雨期间从河道旁侧的降雨径流汇入[1-3]。

2.2 水文设计

(1)设计暴雨。根据《广东省暴雨参数等值线图》中年最大1 h、最大6 h、最大24 h、最大72 h暴雨统计参数(均值、Cv值)等值线图，查得地铁C涌集雨区域中心点的各历时暴雨参数Ht和Cv，Cs取3.5Cv，在《查算手册》中查出各历时暴雨P=2%、P=5%、P=10%、P=20%对应的Kp值，再根据地铁C涌的集水面积F，查出各历时的点面换算系数αt，则可求得地铁C涌不同频率的最大1 h、6 h、24 h和72 h的设计面暴雨值。

地铁C涌设计暴雨计算成果详见表1。

表1 暴雨参数及设计暴雨成果

(2)设计洪水。为了能准确地反映洪水的真实性，设计洪水采用“多种方法，综合分析，合理取值”的原则，以2003年版《广东省暴雨径流查算图表》及《广东省水文图集》为基础，采用“广东省综合单位线”“广东省推理公式”“广东省经验公式”等三种方法计算。成果详见表2。

表2 地铁C涌设计洪水成果(P=5%) m3·s-1

表3 工程附近河道水位变化情况 m

由表2可知，三种方法的计算成果较接近，相差在15%以内，其中综合单位线的成果略大。由推理公式推求设计洪水过程线的原理可知，推理公式法对降雨过程的变化没有充分考虑，主洪峰不论t时段的降雨如何变化，一概按全省综合概化的洪水过程线，其他时段则概化为三角形，导致雨洪不相对应，另一方面，主峰前后次峰的处理不相一致，与推理公式的汇流原理也不相符合。综合单位线法较能反映工程所在河流的洪水特点；设计洪水过程线是根据设计净雨过程的逐段净雨推求得出的，能较好地反映降雨过程的变化；洪峰流量和洪水过程线的推求也是有机地结合在一起。从总的方面来讲，在推求设计洪水过程线方面，广东省综合单位线法显然优于推理公式法。而经验公式法是利用图解试算法及最小二乘法的成果做进一步综合，使公式中各频率的参数及指数尽量一致，只能得出设计洪峰洪量，无法计算出洪水过程线。综上分析，考虑安全因素，地铁C涌设计洪水采用综合单位线法计算成果[4-8]。

2.3 计算内容

主要计算桥梁桥墩阻水对河道水位、流速等的影响。

(1)工程前——模拟河段河道现状。

(2)工程后——拟建工程实施后。

3 防洪评价计算

3.1 设计水位壅水计算

拟建工程所引起的水位变化，主要是由于桥梁桥墩阻水发生变化引起的。水位变化值及变化范围与河道上游来水流量和下游水位密切相关：下游水位相同，上游来水流量越大，则水位变化越大，影响范围相应也越大；上游来水流量相同，下游水位越低者，水位变化则越大，影响范围相应也越大。

在设计洪水水文组合条件下，拟建工程建成后，北侧人行桥河道水位壅水值为0.001 m，中间人行桥河道水位壅水值为0.002 m，南侧车行桥河道水位壅水值为0.001 m，最大壅水长度至上游接近30 m。

3.2 冲刷计算

黏性土河床桥梁墩台局部冲刷计算，采用《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30—2015)中墩台局部冲刷计算公式进行计算。

根据拟建桥梁桥址附近的地勘资料，工程所在河段河床表层以黏性细砂为主。根据《灌溉与排水工程设计标准》(GB 50288—2018)各桥河道断面允许不冲流速为0.75 m/s，根据一维模型计算，各断面平均流速在0.27～0.35 m/s之间，小于允许不冲流速，因此，冲刷深度均为0 m。

3.3 河势影响分析

河势影响分析主要包括河道流速变化、岸线变化等。

(1)河道流速变化。表4计算了工程建成后各人行桥断面流速的最大增加值。

表4 工程前后工程附近河道流速变化情况 m·s-1

由表4可见，20 a一遇洪水条件下，拟建工程建成后，工程处断面因桥梁桥墩阻水，流速最大增加0.03 m/s。

(2)岸线变化。拟建工程施工期要破岸施工，将对现有岸坡造成破坏。施工完成后应对现有堤防原状恢复，由于施工期较短，对现有岸线的影响在施工结束后即可恢复。

4 防洪综合评价

4.1 河道泄洪能力影响分析

根据相关规范，河道管理范围内的建设项目必须维护堤防安全，保持河势稳定和行洪畅通。通过数学模型计算成果分析可得，从工程方案的影响上看，在P=5%洪水组合水文条件下，拟建工程建成后，北侧人行桥河道水位壅水值为0.001 m，中间人行桥河道水位壅水值为0.002 m，南侧车行桥河道水位壅水值为0.001 m，最大壅水长度至上游接近30 m。拟建工程的建设对所在河道整体行洪态势不致造成明显的不利影响。

4.2 河势及防汛抢险影响分析

本工程桥址附近河段两岸现状有堤顶路，两座桥梁基本与两岸堤顶路平交，桥梁两侧与现状地面平顺连接即可，不会影响堤顶路的畅通，且桥梁建设后对附近路网的完善有重大作用，因此，本工程桥梁的建设对防汛抢险影响较小。施工期，拟建工程部分桥台位于两侧护岸上，需破堤施工，可能会占用部分堤顶路，但占用堤顶路部分范围较小，对堤顶路的通行基本无影响，对防汛抢险影响较小。

工程修建后，压缩了河道的过流断面，改变了桥位断面的断面形态和桥位河段天然河道的水流结构，对河道冲淤及河势都将产生一定影响，对河势稳定会有一定的影响。经计算，20 a一遇洪水条件下，拟建工程建成后，因桥墩阻水，水流流速最大增加0.03 m/s。本工程桥梁桥台均位于河道行洪断面以外，除桥墩外没有进一步压缩河道行洪断面，桥墩为柱式墩，对水流流态影响局限于桥墩周围。

4.3 不良影响控制措施

(1)岸坡保护。拟建工程部分桥台位于两侧护岸上，需破堤施工。破堤施工对堤防稳定、防渗有一定影响，建议增加该处桥梁孔跨跨度，跨越堤防，避免破堤施工，如不能增加孔跨跨度，破堤施工需征求当地水行政主管部门同意，方可施工，施工过程中须通过采取相应防护措施进行补救。同时，施工期间不能影响堤顶路的正常通行。工程完工后进行堤防修复。

(2)施工期行洪安全。施工余泥和废料，不能倾倒在河道内，施工期临时设施不能搭建在岸坡上，不能影响行洪，工程结束后要及时进行河床清理，以及水面漂浮物清除等工作。工程基础施工需搭建水上施工平台，在大洪水期及极端天气时，需及时采取措施并预防施工设施对防洪造成不利影响。工程完工后要及时进行河床清理及水面漂浮物的清除等，恢复河道正常行洪断面，以免对河道行洪产生不利影响。建议做好防汛应急预案，报当地水行政主管部门审批并备案。

(3)水源保护。工程施工期的废弃物、堆放物、工人生活排放的废水等可能会对河水造成污染，对此应进行有效的管理，尽量减少对河水的污染破坏。

5 结 语

项目的实施对水流流态影响局限于桥墩周围，对所在河道整体行洪态势不致造成明显的不利影响，对防汛抢险影响较小。不仅能满足该区域的人流、物流通行，实现医院功能需求，同时还能起到视觉美观以及减少灾害发生对人们的影响，提高人行安全性的效果，为类似工程提供一定的参考价值。