徐嶺
【摘要】各本文闡述了橋梁建成后壅水、沖刷、橋面中心最低高程等理論知識(shí),并引入工程實(shí)例,通過(guò)具體分析,最后得出對(duì)工程設(shè)計(jì)實(shí)用可靠的結(jié)論。
【關(guān)鍵詞】 行洪;壅水;沖刷;
1引言
近年來(lái),隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)加快發(fā)展,涉河工程越來(lái)越多,如修建河堤,臨河建筑物等,此類項(xiàng)目的行洪論證,只需要分析項(xiàng)目是否滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)上下游的行洪影響,而跨河橋梁的行洪考慮的因素較多,不僅分析項(xiàng)目建成后的行洪影響還要分析橋梁建成后自身是否安全。本文重點(diǎn)分析橋梁建成后產(chǎn)生的壅水、橋梁沖刷深度、橋面中心最低高程等特性,對(duì)于一般行洪論證的河勢(shì)穩(wěn)定只作簡(jiǎn)要說(shuō)明。
2壅水計(jì)算
2.1壅水計(jì)算方法
涉河橋梁修建后,斷面形狀、糙率系數(shù)及河道底坡沿程都有變化,其水力因素十分復(fù)雜。壅水計(jì)算思路為先通過(guò)水文分析計(jì)算出橋梁下游控制斷面的各頻率設(shè)計(jì)洪水位,再以該斷面為起算位置,分別推算項(xiàng)目建設(shè)前后評(píng)價(jià)河段各斷面的水面線,從而求得該工程建設(shè)后對(duì)各斷面行洪影響的壅水高度。水面線計(jì)算采用天然河道水位沿程變化的伯努利能量方程式:
式中:等式左邊兩項(xiàng)為上斷面的勢(shì)能和動(dòng)能;z1、z2分別代表下、上斷面水位;a為流速分布系數(shù);g 為重力加速度;hf沿程水頭損失;hj局部水頭損失;v斷面平均流速;對(duì)于沿程損失項(xiàng),目前一般采用下述公式求解:
式中: , , ,R上上斷面水力半徑,R下下斷面水力半徑,A上上斷面面積,A下下斷面面積,Q河道流量,L上下斷面間距,n上下斷面間河道平均糙率, 為局部水頭損失系數(shù)。
2.2回水長(zhǎng)度計(jì)算
為了分析壅水對(duì)上游兩岸產(chǎn)生的影響范圍必須進(jìn)行回水計(jì)算,根據(jù)《橋涵水力水文》一書(shū)推薦的壅水曲線長(zhǎng)度的近似公式為:L=2ΔZ/I 式中:L壅水曲線長(zhǎng)度;ΔZ壅水高度;I河床比降
2.3橋面中心最低高程分析
從大橋自身安全角度考慮,應(yīng)計(jì)算大橋中心最低高程是否滿足設(shè)計(jì)洪水頻率和其它綜合因素要求的安全高度。橋孔壓縮水流后的橋下壅水、浪高、河灣超高、河床淤積等引起的橋下水位增高,還要考慮設(shè)計(jì)最高通航水位及通航凈空高度。根據(jù)人民交通出版社《橋涵水力水文》(第三版)中對(duì)于通航河流橋面中心最低高程計(jì)算,通航河流橋面中心最低高程除應(yīng)滿足不通航河流的要求外,同時(shí)還應(yīng)滿足下式要求:
式中: 橋面中心最低高程(m); 設(shè)計(jì)最高通航水位(m); 通航凈空高度(m); 橋梁上部結(jié)構(gòu)建筑高度(m),設(shè)計(jì)最高通航水位 。
3工程實(shí)例
3.1工程概況
以巴中城區(qū)在建的麻柳灣大橋?yàn)閷?shí)例,該項(xiàng)目位于巴中市城區(qū)東面,建成后將連通巴中市江南、江北的城市主干道,是連接南江河兩岸暢通道路的重要樞紐工程。大橋建成后將為緩解城市交通壓力、完善城市骨架、優(yōu)化交通格局起到不可忽視的作用,同時(shí)也為巴中市的全面發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
麻柳灣大橋及兩頭連接道路線全長(zhǎng)431.683m(含引道)。主線橋梁長(zhǎng)368m, 主橋孔跨布置為55+90+55m。主橋箱梁由預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋面板和鋼梁組合而成,箱梁跨中高度2.2m,墩頂高度4.5m。引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁,標(biāo)準(zhǔn)跨度20m,梁高1.4m,橋墩直徑為1.5m,采用重力式橋臺(tái)。
3.2壅水計(jì)算
根據(jù)《公路橋涵通用規(guī)范》的規(guī)定,擬建麻柳灣大橋設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇,大橋?qū)υu(píng)價(jià)河段影響按30年一遇洪水進(jìn)行論證。
麻柳灣大橋位于南江河中下游,橋址斷面以上集水面積約2754km2,在其上游距離5.5km處為巴中水文站,集水面積為2732 km2,項(xiàng)目控制斷面位置與巴中水文站集水面積以及地理位置相近,故采用巴中水文站的實(shí)測(cè)資料利用面積比擬法進(jìn)行水文計(jì)算,計(jì)算成果如表1。
根據(jù)實(shí)地踏勘在評(píng)價(jià)河段內(nèi)共布設(shè)了4個(gè)計(jì)算斷面,2號(hào)斷面為麻柳灣大橋,河段總長(zhǎng)1677m。測(cè)出近年來(lái)評(píng)價(jià)河段各斷面的洪痕水位,由洪痕水位推算出中、高洪水的水面比降范圍為0.42‰~0.67‰,低水水面比降采用枯水比降。根據(jù)巴中水文站2011年“7.6”洪水水位和流量,推算出1號(hào)斷面的流量,并利用曼寧公式反算出該河床糙率為0.022~0.026,利用伯努力能量方程推算出其它各斷面建設(shè)前后的水位高程,從而求出壅水高度,麻柳灣大橋建設(shè)后工程河段各斷面壅水計(jì)算成果見(jiàn)表2
3.3回水長(zhǎng)度
麻柳灣大橋建成后,在P=1%(100年一遇洪水重現(xiàn)期)時(shí)其壅水產(chǎn)生的回水長(zhǎng)度為1014.9m,在4號(hào)斷面下游基本尖滅,回水淹沒(méi)長(zhǎng)度相對(duì)較短。
3.4綜合影響結(jié)論
1、工程建成后,在100年一遇洪水時(shí),工程占用2號(hào)斷面有效行洪河寬比原河寬減小4.98%,行洪面積減少4.01%,平均流速增大4.09%,工程建設(shè)后改變了河道斷面形狀,對(duì)河流泥沙情勢(shì)和河道特性有一定改變,所引起的變化僅局限在工程附近區(qū)域,河流經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的自動(dòng)調(diào)整后,將恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。
2、工程建成后,在100年一遇洪水時(shí),最大壅水高度0.34m,壅水最大回水距離1014.9m,工程修建后對(duì)上游將產(chǎn)生一定壅水影響。由于巴中市防洪堤達(dá)到了近80年一遇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),在30年一遇洪水時(shí),本項(xiàng)目所造成的壅水對(duì)2號(hào)~4斷面濱河路及民房無(wú)影響,對(duì)評(píng)價(jià)河段內(nèi)其余涉河工程基本不造成影響。
3、麻柳灣大橋按100年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè),大橋橋面最低設(shè)計(jì)高程應(yīng)達(dá)到360.01m,大橋主跨橋梁最低點(diǎn)橋面實(shí)際設(shè)計(jì)高程已達(dá)到364.38m,該大橋的設(shè)計(jì)高度可安全通過(guò)100年一遇的洪水流量。
綜上所述,從河道行洪和大橋建設(shè)自身安全等方面分析,擬建麻柳灣大橋方案對(duì)巴中市城區(qū)行洪影響不大。
參考文獻(xiàn):
[1] (JTG C30-2002)《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》
[2] 《河床演變及整治》中國(guó)水利水電出版社
[3] 《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50139-2004)