寧江松花江特大橋平面布置試驗(yàn)研究

趙 青 ，張 鶴 ，王 影 ，翟天夫

（1.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司科學(xué)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130061；2.水利部松遼水利委員會(huì)，吉林 長(zhǎng)春 130021）

寧江松花江特大橋平面布置試驗(yàn)研究

趙 青1，張 鶴2，王 影1，翟天夫2

（1.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司科學(xué)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130061；2.水利部松遼水利委員會(huì)，吉林 長(zhǎng)春 130021）

文中通過(guò)河工模型試驗(yàn)，對(duì)寧江松花江特大橋橋位河段的水力和泥沙特性進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上提出了兩套橋位河段的整治方案，避免了該工程的建設(shè)對(duì)河道行洪、通航和河道演變?cè)斐刹焕绊憽Ｎ闹袑?duì)兩套整治方案進(jìn)行了分析比較，最終推薦整治后的方案二作為工程方案。

模型試驗(yàn)；通航參數(shù)；泥沙沖淤；寧江松花江特大橋

擬建的寧江松花江特大橋位于第二松花江的下游，在吉林省松原市西北方向跨越第二松花江，是目前吉林省內(nèi)高速公路上第一座矮塔斜拉橋，同時(shí)也是吉林省內(nèi)最大的矮塔斜拉橋。寧江松花江特大橋的修建將對(duì)完善對(duì)外交通體系，緩解城市道路交通擁擠，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。

擬建寧江松花江特大橋，推薦的橋線位置分別位于前扶松花江大橋下游約4.6 km（方案一）和6.8 km（方案二）處。為避免工程布置對(duì)該河道的行洪、通航和河道演變?cè)斐刹焕绊?，因此通過(guò)開(kāi)展河工模型試驗(yàn)對(duì)各種方案河段水流特性進(jìn)行研究論證。

1 試驗(yàn)的基本情況

試驗(yàn)著重在研究橋梁對(duì)防洪及通航影響，考慮到第二松花江為寬淺型河道，因此采用變態(tài)模型開(kāi)展研究，平面比尺αl=250,垂直比尺αh=100。模型縱向邊界上游取至前扶松花江大橋上游約2.6 km處，下游取至前扶松花江大橋上游約14.4 km處，模擬河段的縱向范圍總長(zhǎng)17 km；橫向范圍包括整個(gè)橋梁長(zhǎng)度、左岸防洪堤、右岸136 m高程以下范圍的河道寬度約3.5 km，模型平面尺寸為70 m×14 m。

鑒于現(xiàn)場(chǎng)查勘以及以往的研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)第二松花江河道中造床起決定性作用的是推移質(zhì)泥沙（d50=0.20 mm），所以模型選用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂作為試驗(yàn)用的模型沙（d50=0.15 mm）。

為盡可能保證模型與天然河道相似，模型按照相似率的理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)水位、分流比和沖淤等率定試驗(yàn)對(duì)有關(guān)比尺進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保了主要物理量相似，使試驗(yàn)結(jié)果能夠滿足研究?jī)?nèi)容的要求。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 水面線分析

施放各典型流量，測(cè)得各頻率的洪水水面線如圖1所示。圖1分別例舉了原河道、方案一和方案二各頻率的洪水水面線。

當(dāng)發(fā)生10年一遇洪水（Q=4 300 m3/s）時(shí)，方案一、方案二橋前（注：橋前指位于上游50 m處，下同）壅水均為0.02 m；當(dāng)發(fā)生100年一遇洪水（Q=7 500 m3/s）時(shí)，兩方案橋前壅水均為0.05 m；當(dāng)發(fā)生300年一遇洪水（Q=10 300 m3/s）時(shí)，方案一橋前壅水為0.06 m、方案二橋前壅水為0.05，因此從行洪的角度來(lái)說(shuō)兩個(gè)方案差別不大，方案二壅水較方案一略小，且大橋的壅水距離較短，不會(huì)對(duì)前扶大橋產(chǎn)生不利影響。

2.2 流速分析

圖2為發(fā)生100年一遇洪水（Q=7 500 m3/s）時(shí)，原河道與各方案實(shí)施后的橋位附近平面流速圖。

方案一橋位上游150 m、下游200 m范圍內(nèi)右岸邊和方案二橋位上游250 m、下游300 m范圍內(nèi)左、右兩岸邊流速隨著流量的加大流速分別增加0.03～0.30 m/s和0.04～0.58 m/s。由于方案一和方案二橋位處右岸邊已有塌岸現(xiàn)象，同時(shí)流速增加也會(huì)加劇右岸邊沖刷塌岸的趨勢(shì)，為了防止工程建設(shè)后流速增加對(duì)河道的河勢(shì)變化產(chǎn)生影響，并考慮通航固岸要求，應(yīng)在橋位處河槽兩側(cè)上、下游采取防護(hù)措施。

2.3 通航參數(shù)分析

通航采用原河道航跡線進(jìn)行試驗(yàn)：

1）方案一在Q=300 m3/s（最小通航流量）和Q=4 300 m3/s（最大通航流量）時(shí)，橋區(qū)內(nèi)航跡線上通航水深均大于最小通航水深1.6 m，橫向流速均小于0.30 m/s，并且橋位上行和下行的航跡線直線段長(zhǎng)度也滿足4倍和2倍船長(zhǎng)，方案一通航孔凈寬滿足通航要求，故原河道航跡線能基本滿足通航要求。

2）方案二在Q=300 m3/s和Q=4 300 m3/s時(shí)，橋下通航孔水流流向與橋軸線的法線方向交角最大為28.7°（大于5°）、橫向流速最大為 0.77 m/s（大于 0.30 m/s），且橋位上下行航跡線直線段長(zhǎng)度不足，需要整治航道以滿足通航標(biāo)準(zhǔn)的要求。

方案二通航整治方案即設(shè)上下行通航孔，采取單孔單向通航的方式通過(guò)橋位。橋梁通航孔設(shè)在右起第二跨和第三跨，其中，第二跨為下行通航孔，第三跨為上行通航孔。上下行航道分別于橋位上游2 200 m和1 700 m處向兩汊匯流區(qū)的左岸過(guò)渡并通過(guò)橋位，過(guò)渡段長(zhǎng)度分別為2 744 m和2 645 m，航道中心線與橋軸線法線方向交角21.28°。通過(guò)橋位后，航道中心線沿匯流區(qū)下游左汊進(jìn)入自然航道。為了滿足通航要求，開(kāi)挖深槽6處、修建鎖壩1座、丁壩1座、護(hù)岸丁壩群1處（9座短丁壩）、護(hù)岸2處。

試驗(yàn)結(jié)果表明在Q=4 300 m3/s時(shí)，橋下通航孔水流流向與橋軸線法線方向交角最大為21.8°，橫向流速為0.40 m/s。按照《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：天然和渠化河流水上過(guò)河建筑物軸線的法線方向與水流流向的交角大于5°且橫向流速大于0.30 m/s時(shí)，單向通航凈寬應(yīng)加寬。當(dāng)橫向流速為0.40 m/s，Ⅳ級(jí)航道、2排1列船隊(duì)在通航凈寬50 m基礎(chǔ)上須加寬15m，故需要65 m的通航凈寬，而方案二通航孔凈寬有133 m，因此整治方案滿足通航要求。

2.4 沖淤結(jié)果分析

試驗(yàn)是在2008年地形、航道整治方案基礎(chǔ)上開(kāi)展的，試驗(yàn)結(jié)果顯示經(jīng)過(guò)系列年洪峰后試驗(yàn)河段地形均沒(méi)有發(fā)生大的河勢(shì)演變，僅有局部的變化。橋墩處被沖刷的床沙質(zhì)以沙波形式向下游河道疏散，沒(méi)有形成明顯的連續(xù)型淤坎，對(duì)橋孔泄洪和橋前水位無(wú)不良影響。

整治后的方案二，橋墩局部沖刷的沖坑最深點(diǎn)發(fā)生在上游的樁柱附近，主河槽樁柱沖刷最深點(diǎn)高程為121.32 m，沖刷深度為4.78 m，灘地樁柱沖刷最深點(diǎn)高程為128.05 m，沖刷深度為3.07 m，不會(huì)對(duì)通航和行洪產(chǎn)生影響。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，從行洪角度來(lái)說(shuō)兩種方案差別不大；從通航角度分析方案一較方案二橋區(qū)航道穩(wěn)定，然而無(wú)論選擇哪種方案，都需要對(duì)航道進(jìn)行整治，故方案一也不占大的優(yōu)勢(shì)；從工程投資上方案一比方案二橋身要長(zhǎng)，造價(jià)更高；從城市長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃考慮，方案二在前扶松花江大橋下游6.6 km，更有利于城市布局和發(fā)展。所以推薦整治后的方案二作為工程方案。

［1］謝鑒衡，等.河流泥沙工程學(xué)［J］.水文，1981（02）.

［2］錢(qián)寧，等.河床演變［M］.北京：科學(xué)出版社，1987.

［3］張定邦，等.塑料沙的沉降規(guī)律［M］.水道港口，1982（01）.

［4］張慧，等.荊岳鐵路專線洞庭湖大橋河工模型試驗(yàn)研究［M］.水文泥沙研究新進(jìn)展；2010.

Study on layout test for Ningjiang Songhua river supper-large bridge

ZHAO Qing,ZHANG He,WANG Ying,ZHAI Tian-fu

Through the river model test,the paper studies the characteristics of hydraulic and sediment at location section of Ningjiang Songhua river supper-large bridge.Based on the study,the paper provides improvement scheme for location section,avoids the adverse effects on flood propagation,navigation and river channel evolution.

model test;navigation parameter;sediment scouring and silting

TV131.65

A

1002－0624（2012）06－0056－02

2012-01-09