桥梁建设防洪计算与防洪影响分析

刘香驿

(北票市凌河保护区管理局，辽宁 朝阳 122100)



桥梁建设防洪计算与防洪影响分析

刘香驿

(北票市凌河保护区管理局，辽宁 朝阳 122100)

新建燕阳山南路凌河大桥位于朝阳市东北部的燕都新城。燕阳山南路大桥是朝阳燕都新城路网的重要组成部分，将为燕都新城开辟一条新的对外交通通道，对促进新城的迅速发展，对于促进城市土地资源的整合，实现辽宁省“突破辽西北”的目标具有重要作用。文章就此对该工程建设对防洪影响进行了计算与分析，并对其进行了防护综合评价分析，旨在为工程建设提供依据和为类似工程建设提供参考和借鉴作用。

大桥；水文计算；防洪影响；重要意义；朝阳市

1　项目建设的意义及作用

燕都新城位于朝阳市中心城区北部，南至十家子河、北至顾同河、东至麒麟山、西至京四高速公路，总面积65 km2，其中城市建设用地面积40 km2。燕都新城暂时没有跨越大凌河的桥梁。对河流两侧土地资源的统一整合与管理产生了一定的制约因素。燕阳山南路凌河大桥建设能够改善朝阳市基础设施条件，拓展城市发展空间，加速农业人口向非农业人口转化，实现城市飞跃发展。同时将改善大凌河两侧运输不畅现状，是吸引企业投资的必要条件，对促进朝阳市经济实现快速发展，对落实辽宁省“突破辽西北”战略具有重要意义。燕阳山南路凌河大桥建成后，与燕都新城内公路相结合，将更快、更短的连接大凌河两岸的燕都新城和凤凰组团，极大方便新城居民出行。燕阳山南路大桥是朝阳燕都新城路网的重要组成部分，将为燕都新城开辟一条新的对外交通通道，在城市交通中，未来将作为城市主干道使用，对促进新城的迅速发展，进一步完善朝阳地区的基础设施建设，促进城市土地资源的整合，实现辽宁省“突破辽西北”的目标具有重要作用。

2　跨河桥梁建设规模

新建燕阳山南路凌河大桥位于朝阳市东北部的燕都新城，横跨大凌河，大体呈南北走向，北接大凌河左岸(燕都新区的滨河路西路)，南接大凌河右岸凤凰大街(朝阳市外环)。根据《朝阳市燕阳山南路凌河大桥工程项目建议书》和《防洪标准》GB50201-94，汽车专用公路各类建筑物、构筑物的等级和防洪标准，燕阳山南路凌河大桥属Ⅰ级公路附属大型桥梁工程，连接重要政治中心、经济中心，通往重点工矿区港口、机场等地。因此路基洪水重现期采用100 a一遇，大桥洪水重现期采用100 a一遇。燕阳山南路凌河大桥为一级公路，双向四车道，桥面宽度25.5m，桥梁全长520m，其中主桥结构形式为五跨变截面预应力混凝土连续梁桥，跨径布置为40m+3×65m+40m=275m；两侧引桥桥长及跨径布置相同，均为五等跨预应力混凝土连续梁桥，两侧引桥桥长均为122.5m，跨径布置为5×24.5=122.5m。所有基础均采用钻孔灌注桩。

3　防洪计算

3.1流域概况

大凌河是辽宁省西部最大河流，在朝阳市境内流经5县(市)、2区，总流长为283 km，总流域面积为14162 km2，最大径流量为15600 m3/s，最小径流量0.09 m3/s，年平均径流量为8.82 亿 m3，可利用水总量为6.5549 亿 m3。境内共有大凌河支流22条，主要支流有大凌河西支、老虎山河、牤牛河、十家子河等。

3.2工程跨越河流断面设计水位计算

3.2.1大桥跨越大凌河处河道断面

根据朝阳市交通局提供实测燕阳山南路大桥横跨大凌河处断面数据如表1所示。

表1　大凌河实测断面成果表

3.2.2大桥跨越大凌河处水面线计算

3.2.2.1起始水位

利用朝阳市交通局提供的实测大凌河C4至C5段河道断面进行水面线计算。本次水面线计算时，起推断面选C4断面。查阅《大凌河朝阳城区段第四人工湖工程初步设计报告》，河道比降采用大凌河四湖完工河道整治后的比降为1‰。起始水位采用《大凌河朝阳城区段第四人工湖工程初步设计报告》中的水面线计算成果，详见表2。

表2　洪水流量表

3.2.2.2水面线推求

水面线采用能量方程式进行计算。

1)河道水面线采用以下公式推算，基本方程式为：

(1)

2)沿程水头损失的计算。一般采用均匀流沿程水头损失的公式计算河道渐变流的沿程水头损失：

(2)

(3)

(4)

(5)

3)动能改正系数α。天然断面：

(6)

(7)

(8)

4)局部水头损失

a)河槽扩大的局部水头损失

(9)

ξ′=-0.5～-1.0(急剧扩大)

ξ′=-0.1～-0.333(逐渐扩大)

b)桥梁壅水计算如下：

公路桥壅水高度计算公式：

(10)

计算条件：①河道断面：本次设计洪水水面线推算采用的断面来自朝阳市交通局提供的2014年春季实测断面(在桥梁上下游都测有断面)；②河道糙率：大凌河在朝阳市区内河段河道糙率参考《大凌河朝阳城区段第四人工湖工程初步设计报告》成果，并根据实际情况综合考虑后采用主槽糙率为0.024～0.026，滩地糙率为0.050～0.070。

3.2.2.3水面线计算成果

根据上述已知条件及所确定的有关参数，计算水面线结果见表3与表4：

表3　水面线成果表

表4　建桥前后水面线对照表

从水面线对比表4可见，100a一遇情况下燕阳山南路大桥局部壅水最大约为0.30m，壅水至h15断面影响消失，20a一遇情况下燕阳山南路大桥局部壅水最大约为0.24m，壅水至C5断面影响消失。分析由于新建燕阳山南路大桥工程，桥墩与引桥的迎水面阻水面积较大，阻水面积减少了河道行洪断面面积，因此对河道过流能力产生了影响。并使上游已建橡胶坝工程在100a一遇洪水情况下壅水增加0.23m，20a一遇洪水情况下壅水增加0.22m，对橡胶坝段的泄流产生了一定影响，因此需采取一定的措施，以减少大桥对行洪的影响。

3.3冲深计算

在河道上修建桥梁后，桥下水流受桥墩的阻壅作用，河道中单宽流量增加，局部水面比降和流速加大，导致河床产生一般冲刷，同时在桥墩附近形成复杂的流态，导致桥墩周围出现局部冲刷。由于水流流态的改变，桥下流速增大，河槽也产生冲刷。冲刷深度计算按《公路工程水文勘测设计规范》计算[4]。

3.3.1一般冲深计算

河槽部分按下列公式进行计算：

(11)

经计算，100a一遇洪水情况下，一般冲刷深度为2.15m。

3.3.2局部冲刷计算

计算公式如下：

(12)

经过计算桥址处局部冲刷深度为3.18m。

由计算结果得出，100a一遇洪水总冲刷深度5.33m。

经以上计算，设计流量通过时，桥下主河床的部分沉积层将被冲走。桥墩附近发生局部冲刷，故建议在冲刷影响范围内，河道两岸应采用有效措施，以抵御水流冲刷。

3.4河势影响分析计算

在河道上修建桥梁后，桥下水流受桥墩的阻壅作用，河道中单宽流量增加，局部水面比降和流速加大，致使河床产生一般冲刷，同时在桥墩附近形成复杂的流态，导致桥墩周围出现局部冲刷。经计算桥下河床部分一般冲刷深度2.15 m，桥墩附近局部冲刷深度为3.18 m，可见建桥对河势稳定有一定影响[1]。

4　防洪影响综合评价

4.1对行洪安全的影响分析

燕阳山南路凌河大桥建设后，桥墩将占用河道行洪面积，对河道形成阻水作用，在设计100 a一遇洪峰流量下，桥墩阻水情况如下：

燕阳山南路凌河大桥阻水面积为206m2，河道过水面积3036m2，阻水面积占河道过水面积的6.8%。大桥建成后因桥墩和引桥占用行洪面积，桥孔压缩水流，使桥位及上游四道橡胶坝洪水水位壅高。经前面分析计算，在100 a一遇设计洪峰水位下，桥墩前壅高最大值为0.30m，四道橡胶坝洪水水位壅高0.23m，壅水影响范围在1400m左右。桥址处水位161.73m，水面宽度620m，阻水桥墩16个，单个桥墩阻水宽度1.8～2.2m，加上引桥有100m阻水，断面缩窄率达到21.8%。桥梁支座与梁底板高程161.56，不能满足设计规范要求。综合考虑在大桥建成后，本项目建设会影响河道水位变化，对河道行洪有一定影响[2]。

4.2对河势稳定的影响分析

4.2.1对流速的影响

相应设计100 a一遇洪峰水位下，由于桥建成束窄了行洪断面，加大了桥下游的洪水流速，桥断面的流速增大了0.2m/s,增大幅度为6%。流速的增大增加了水流的紊动程度，特别是加大了桥墩附近及下游河岸冲刷。

4.2.2对流向的影响

燕阳山南路凌河大桥走向与大凌河水流方向正交不会改变水流方向，对河流不会有影响。

4.2.3对河床的影响

由于桥梁的建成加大了下游的流速，使桥梁跨越大凌河段一般冲刷深最深可达2.15m，洪水过后可使河床局部下切，对河势有一定影响[3]。

4.3对防汛抢险的影响分析

燕阳山南路凌河大桥横跨大凌河，建成后接通左岸防汛抢险路与右岸环城路，使凌河两岸的交通更加方便，有利于防汛抢险的交通。不会对防汛抢险产生不利影响。

4.4工程对防洪工程及其它水利工程的影响

本工程施工过程中，会破坏桥址附近河道两岸堤防、岸坡和相关配套设施，并减小河槽的行洪断面，对泄洪产生影响。同时根据前面水面线计算分析可知上游第四道橡胶坝泄洪时水位会最高壅高0.30m，因此会对上游的第四道橡胶坝址位置的泄洪产生影响。

4.5与现有规划的关系与影响分析

本工程涉及大凌河流域河道生态治理规划、大凌河流域采砂规划及朝阳市总体规划。朝阳市燕阳山南路凌河大桥建设工程属于朝阳市燕都新城建设内容之一，符合朝阳市城市整体规划原则；大桥竣工后，可连接大凌河两岸，对大凌河流域河道生态治理、环境保护、交通要求等方面都起到积极的促进作用，对规划的实施均无影响。施工期会破坏岸坡绿化带，还会有永久占用绿化带的桥墩及引桥，但是占用面积较小，对河道生态治理规划影响也比较小。大桥位于采砂规划中所划定的禁采区，因此对采砂规划没有影响。

5　结　论

通过对朝阳市燕阳山南路凌河大桥建设工程跨河的计算分析，项目建设在一定范围内会影响河道的水位变化，对河道行洪有一定影响。由于桥建成束窄了行洪断面，加大了桥下游的洪水流速，流速的增大增加了水流的紊动程度，特别是加大了桥墩附近及下游河岸冲刷。大桥横跨大凌河，建成后接通左岸防汛抢险路与右岸环城路，使大凌河朝阳城区段两岸的交通更加方便，有利于防汛抢险的交通。

[1]吴兵.淮河入海水道桥梁工程防洪影响评价的难点与对策[J].水利规划与设计，2013(08)：8-10，28.

[2]张军，于得万.石油管道穿越河渠工程的防洪影响分析[J].水利规划与设计，2013(10)：20-22，38.

[3]张天任.山区河道防洪堤规划建设关键性问题探讨[J].水利规划与设计，2013(04)：14-17.

1007-7596(2016)05-0030-04

2016-03-25

刘香驿(1965-)，女，辽宁北票人，工程师，研究方向为河道、防汛抗旱与水利工程等。

V442.3

B