子牙新河臨時橋工程對河道行洪影響
2014-11-09 06:37:32孫志芹郭世娟
河北水利電力學(xué)院學(xué)報 2014年3期
孫志芹，郭世娟
（1.河北省南運河河務(wù)管理處，河北 滄州 061001；2.保定市南水北調(diào)工程建設(shè)委員會辦公室，河北 保定 071000）
1 基本情況
子牙新河是為解決子牙河系洪水問題，于“63.8”洪水后1966年冬至1967年春開辟的一條主要行洪河道。該河全長143.4km，其中河北省境內(nèi)長113.4km，天津市境內(nèi)30km[1]，控制流域面積46511km2。
子牙新河上共建有樞紐工程3座，即獻縣樞紐、穿運樞紐和?？跇屑~。?？跇屑~共由五大工程組成，即青靜黃排水渠擋潮閘、子牙新河主槽擋潮閘、2100m灘地擋潮泄洪堰、北排河閘、原北大港泄洪閘。除原北大港泄洪閘于1958年建成外，其余均在1967年7～9月份建成。
2 擬建臨時橋工程概況
天津南港工業(yè)區(qū)位于天津市濱海新區(qū)南部，規(guī)劃面積約200km3，陸域土回填施工面積25.52km2，總土方量2000萬m3。在回填施工方案中，擬自子牙新河口取土場取土經(jīng)津岐公路沿海防路向東進入填土區(qū)，平均運距12km，運輸車輛一千余臺，日填土量15萬m3。由于津岐公路壓車、堵車現(xiàn)象時有發(fā)生，成為制約南港工業(yè)區(qū)發(fā)展建設(shè)的“瓶頸”。為了緩解交通壓力，沿津岐公路東側(cè)修建土方運輸臨時專用通道，在子牙新河主槽閘上游建設(shè)臨時橋，使用期限5年，以解決南港工業(yè)區(qū)建設(shè)的土方運輸問題。
臨時橋位于津岐公路子牙新河閘橋下游、子牙新河主槽閘上游，與子牙新河閘橋的中心距10.25m，與子牙新河主槽閘的中心距為17.65m。臨時橋垂直于河道布置，橋長為107.92m，按5跨設(shè)計，跨度分別為20m，20m，27m，20m，20m。橋面高程7.13m，橋面凈寬為6.5m＋2×0.5m，設(shè)計汽車荷載等級為公路-Ⅰ級，設(shè)計防洪標準為50年一遇。橋梁上部采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁板，27m跨度的梁高1.6m，20m跨度的梁高0.95m。下部結(jié)構(gòu)為單排2柱式墩臺鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，墩柱直徑1.2m。臨時橋具體位置見圖1。
3 設(shè)計洪水
3.1 設(shè)計標準
根據(jù)《子牙新河河道工程技施設(shè)計》，子牙新河的防洪標準是按滹沱河與滏陽新河同時發(fā)生50年一遇的洪水（即滹沱河發(fā)生1963年實際洪水，滏陽新河發(fā)生洪量二倍于1956年實際洪水），并經(jīng)過水庫、洼淀工程滯蓄后下泄入海的要求確定的，設(shè)計行洪能力為6000m3／s。校核標準是按1963年實際洪水考慮的，校核行洪能力為9000m3／s?！?6.8”洪水后，根據(jù)子牙新河行洪的實際情況和發(fā)現(xiàn)的問題，對子牙新河流量進行了調(diào)整。根據(jù)《子牙新河防洪規(guī)劃報告（2006年）》，子牙新河規(guī)劃標準仍然按照滹沱河與滏陽新河同時發(fā)生50年一遇的洪水考慮，設(shè)計流量5500m3／s，校核標準仍以“63.8”實際洪水考慮，校核流量為8800m3／s[2]。根據(jù)臨時橋等級，交通部門確定其防洪標準以能滿足子牙新河泄洪要求為準。
圖1 臨時橋位置示意圖
3.2 設(shè)計洪水分析
根據(jù)《子牙新河河道工程技施設(shè)計》，當子牙新河過流分別為9000m3／s和6000m3／s時，?？跇屑~擋潮閘上游相應(yīng)洪水位分別為4.5m和4.1m，北堤設(shè)計堤頂高程為6.9m，南堤設(shè)計堤頂高程為6.0m[3]。
根據(jù)《子牙新河防洪規(guī)劃報告（2006年）》，子牙新河設(shè)計標準為50年一遇，設(shè)計流量為5500m3／s，其中主槽擋潮閘流量為864m3／s，北大港泄洪閘1089m3／s，灘地擋潮堰3547m3／s，相應(yīng)水位為4.33m。校核標準為“63.8”洪水，校核流量為8800m3／s，其中主槽擋潮閘流量972m3／s，北大港泄洪閘1248m3／s，灘地擋潮堰6580m3／s，相應(yīng)水位4.77m。
4 建橋后壅水計算
子牙新河是天津市、大港油田和河北省東部平原的主要防洪通道，為確保渡汛安全，本次臨時橋壅水高度和長度分別采用《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》（JTJC30-2002）中的方法（交通規(guī)范法）和流速水頭差法進行計算，選其大者。
《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》（JTJC30-2002）中跨河橋涵壅水高度計算公式：
式中：ΔZ為建筑物前最大壅高，m；η為計算系數(shù)，取0.1為建筑物布置后斷面平均流速，m／s為天然斷面平均流速，m／s。其中
式中：Qp為設(shè)計和校核流量，m3／s，取5500m3／s或8800m3／s；Wj為建筑物過水斷面面積，m2為建筑物范圍內(nèi)天然情況下平均流速，m／s。
雍水長度計算公式：
式中：L為建筑物上游壅水長度，m；I為水面比降。
流速水頭差法計算公式：
式中：Q為流量，取5500m3／s或8800m3／s；B為無橋墩時的截面寬度，m；b為兩墩間的凈寬，取18.8m和25.8m；hs為橋墩下游正常水深，m；Vs為橋墩下游為正常水深時的斷面平均流速，m／s；V1為橋墩上游最大壅水處的平均流速，m／s；Δhs為最大壅水高度，h1與hs的差值，m；α為動能修正系數(shù)，取1.1；ε為過水斷面收縮系數(shù)，取0.9。
經(jīng)計算，當子牙新河發(fā)生設(shè)計和校核洪水時，臨時橋壅水高度和長度見表1。
表1 子牙新河臨時橋壅水計算成果
5 臨時橋?qū)拥佬泻榈挠绊?/h2>
當子牙新河發(fā)生設(shè)計洪水5500m3／s或校核洪水8800m3／s時，臨時橋壅水高度為0.028m及0.029m，說明臨時橋處行洪斷面能滿足子牙新河泄量要求。壅水影響長度分別為360m和385m，對臨時橋本身、下游子牙新河主槽閘和上游津岐公路子牙新河閘橋?qū)⒃斐梢欢ǖ挠绊憽?/p>
臨時橋修建后，橋孔壓縮水流，水流集中流入橋孔，急速過橋的水流沖走橋孔上、下游床面的泥沙，形成橋孔附近床面的沖刷。另外，橋的修建引起水流邊界條件的變化，迫使水流在橋臺前緣、橋墩周圍等附近地區(qū)產(chǎn)生繞流，流速、流向急劇變化，引起漩渦和折沖水流及很大床面切力，造成局部沖刷，對其下游的子牙新河主槽閘和臨時橋本身的橋臺、橋基及防護部分的穩(wěn)定帶來不利影響。經(jīng)計算分析，當子牙新河發(fā)生校核洪水時，子牙新河臨時橋過流972m3／s，上游河道平均流速1.52m／s，橋孔平均流速4.37m／s。雖然過流量能滿足原有閘橋的過流要求，但水流在橋下附近將產(chǎn)生較大沖刷。臨時橋橋臺位于子牙新河主槽閘上游護坡上，不僅縮窄主槽閘上游河道的行洪斷面，而且水流沖刷對橋臺穩(wěn)定不利，應(yīng)對橋臺進行防護處理。且臨時橋橋墩布置在子牙新河主槽閘上游阻滑板上，對其造成破壞，橋梁建設(shè)時應(yīng)對底板采取加固措施。臨時橋和子牙新河閘橋緊鄰，應(yīng)做好兩橋的防護設(shè)施，使兩橋互不干擾，做好管護工作，確保兩橋交通和防洪安全。
[1]孫東坡，等.子牙新河尾閭段河流特性分析[J]，泥沙研究，2002（2）：59-64.
[2]魏國忠.河北省洪水調(diào)度的任務(wù)和對策[J]，河北水利，2008（1）：11-13.
[3]于青松.子牙新河兩橋一堰對河道行洪的影響[J]，海河水利，1999（3）：16-18.
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