離—軍高速公路梁家會大橋河道過水能力分析

劉明堂

（呂梁市水文水資源勘測分局，山西 呂梁市 033000）

離—軍高速公路梁家會大橋河道過水能力分析

劉明堂

（呂梁市水文水資源勘測分局，山西 呂梁市 033000）

介紹了離—軍高速公路基本情況，結(jié)合項目區(qū)氣象及水文資料，對離—軍高速公路梁家會大橋下河道過水能力進(jìn)行分析，按20年一遇洪水計算，通過計算可知，梁家會大橋建成后其橋墩處將對周邊農(nóng)田及建筑物產(chǎn)生不良影響。

橋梁建設(shè)工程；水文計算；過水能力；梁家會大橋

1 概況

1.1 項目背景

離—軍高速公路位于柳林縣，依三川河而設(shè)，全長33.45km，起點與汾陽—離石高速公路相連，終點在柳林軍渡下游跨黃河至陜西省境內(nèi)吳堡縣，是青島至銀川國道主干線在山西省境內(nèi)的最后一段。據(jù)分析，項目建成后必將極大地促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加快當(dāng)?shù)厝嗣衩撠氈赂坏牟椒ァ?/p>

1.2 流域概況

三川河流域地處呂梁山脈中段西麓，流域面積4161km2，屬黃河一級支流，發(fā)源于關(guān)帝山主峰西麓北川河方山縣赤堅嶺，自東北向西南流經(jīng)方山、離石兩縣（市），經(jīng)離石西側(cè)與源于離石境內(nèi)的東川河匯交，流經(jīng)離石市交口鎮(zhèn)西側(cè)與源于中陽縣境內(nèi)的南川河匯合，貫穿柳林縣全境后匯入黃河。三川河全長168km，河道平均坡降4.14‰。

1.3 氣象

梁家會大橋地處暖溫帶大陸性氣候區(qū)，年均降雨量500mm，分布極不均勻，汛期（6—9月）降水量約占全年降雨量的70%左右,最大月降雨量一般發(fā)生在7—8月。

2 水文分析計算

洪水頻率分析共收集采用后大成水文站1953—2001年49年實測洪水資料，其中1953—1955年系賀水站實測，1956—2001年系后大成站實測。同時還收集到歷史大洪水調(diào)查值2次，即1875年洪峰流量5005m3/s，1942年洪峰流量 4050m3/s。賀水站1953—1955年實測洪峰流量與后大成實測洪峰流量系列合并為一個樣本系列進(jìn)行頻率計算。經(jīng)驗頻率計算公式如下：

統(tǒng)計參數(shù)按矩法計算：

不同保證率洪峰流量按皮爾遜P-Ⅲ型曲線進(jìn)行適線，取Cs/Cv=2.5，調(diào)整Cv值，使其點線擬合最佳，以此推求1%，2%，5%設(shè)計保證率下的洪峰流量分別為4700m3/s，3880m3/s，2820m3/s。

梁家會大橋橋下河道流域控制面積為3300km2。采用水文比擬法進(jìn)行推算，保證率1%，2%，5%條件下的洪峰流量分別為 4065m3/s，3355m3/s，2439m3/s。

3 河道過水能力分析計算

3.1 河段測量及參數(shù)特征

按國家防洪標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定，梁家會大橋斷面按20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)計算。按最不利的情況確定過水橫斷面，作為本次計算的主要內(nèi)容。

采用曼寧公式方法計算過水能力：

式中：ω——過水?dāng)嗝婷娣e，m2；

J——河道縱坡比降。

梁家會大橋河床組成以沙卵石為主，部分外露床面為松散泥沙淤積，覆蓋厚度不均，過水部分寬約3～10m，全部為河卵石。針對上述河段的具體特征，對照有關(guān)資料，確定梁家會大橋河床糙率為0.028。

根據(jù)本次外業(yè)測量數(shù)據(jù)，按下式計算水力坡度：

式中：H1，H2，H3…Hn——河段各轉(zhuǎn)折點高程，m；

L1，L2，L3…Ln——各轉(zhuǎn)折點之間分段河長，km；

L——河段長，km；

J——水力坡度。

計算可知：J=0.005。

3.2 水面標(biāo)高推算

依據(jù)《公路橋位勘測設(shè)計規(guī)范》，進(jìn)行壅水高度計算。橋前最大壅水高度計算公式如下：

式中：ΔZ——最大用水高度，m；

Q設(shè)——設(shè)計流量，m3/s，Q設(shè)＝Q泓＋Q灘；

當(dāng)土質(zhì)為中等土?xí)r，取：

ωj——橋下凈過水面積，m2，取 ωj=ω0m；

K——阻水系數(shù)；

ω——泓（灘）過水面積，m2；

p——泓（灘）濕周，m。

河道土質(zhì)為中等土，梁家會大橋斷面處最大壅水高度計算成果見表1。

表1 梁家會大橋斷面處最大壅水高度計算成果

4 建議

第一，梁家會大橋建成后，按20年一遇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，橋梁對行洪影響甚微。為了減少遭遇更大強(qiáng)度洪水時橋梁對行洪的影響，在設(shè)計灌注樁時應(yīng)考慮水流對橋墩產(chǎn)生的水壓力、水流對橋墩底部的沖刷、水中漂浮物對橋墩的撞擊等因素。建議高速公路管理部門在每次行洪后及時安排人員對橋墩進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)沖坑及時回填，發(fā)現(xiàn)橋墩被撞損及時修復(fù)。

第二，應(yīng)考慮河道演變規(guī)律、發(fā)展趨勢及河勢穩(wěn)定性，加大力度進(jìn)行河道整治，清理工程施工中產(chǎn)生的棄土、棄渣、回填土、臨時占用河道用地及與橋梁無關(guān)的阻水建筑物等，以減少行洪障礙，徹底還原河道過水?dāng)嗝?，加?qiáng)運行管理，確保行洪的暢通。

第三，在必要的河段內(nèi)修建堤壩、砌石護(hù)岸，留有足夠的坡度，提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)人民群眾財產(chǎn)安全。

5 結(jié)語

梁家會大橋的建成，布置在河道、灘地上的大橋橋墩減少了河道有效過水?dāng)嗝婷娣e，壓縮水流使橋前水位抬高，增大了橋墩處的流速，一定造成河流水位壅高。遇20年一遇洪水時，水位抬高0.09m。河槽左岸淹沒范圍增加6.56m，對周邊農(nóng)田、建筑物等產(chǎn)生不良影響。

TV133.2

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1004-7042（2010）07-0051-02

劉明堂（1968-），男，2004年畢業(yè)于河海大學(xué)工程管理（水文方向）專業(yè)，助理工程師。

2010-05-13；

2010-06-18