湯旺河大橋改擴(kuò)建工程防洪評價(jià)研究

張偉堯

(黑龍江省佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002)

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湯旺河大橋改擴(kuò)建工程防洪評價(jià)研究

張偉堯

(黑龍江省佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002)

文章在收集、整理湯旺河論證范圍內(nèi)有關(guān)工程和工程區(qū)各年代地形圖、水文資料、規(guī)劃報(bào)告的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場勘察論證河段基本情況，掌握論證河段河勢演變規(guī)律，調(diào)查河段內(nèi)既有設(shè)施的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃目標(biāo)，作為擬建工程防洪評價(jià)的基礎(chǔ)資料，分析研究該河段河勢演變特點(diǎn)，河床灘槽沖淤變化和演變規(guī)律，并對今后一定時(shí)期內(nèi)的河道演變趨勢作預(yù)測。采用一維恒定流數(shù)學(xué)模型的方法，計(jì)算不同水文(洪水)條件下水面線、流速值以及河床沖淤的情況。分析由于河道的沖淤對工程的影響，工程建設(shè)造成的流速、水位的變化和對防洪排澇、河道泄洪、堤防、護(hù)岸及防洪搶險(xiǎn)等產(chǎn)生的影響，并分析論證該工程建成后對河道內(nèi)第三方權(quán)益的影響。

湯旺河大橋；改擴(kuò)建工程；防洪評價(jià)；設(shè)計(jì)洪水；水面線

1 概 述

新青區(qū)湯旺河大橋是黑龍江省國道“2843”公路網(wǎng)中縱5線、編號G222嘉蔭至臨江國道(簡稱嘉臨公路)經(jīng)過伊春市新青區(qū)湯旺河的跨河橋梁工程。嘉臨公路起于黑龍江省嘉蔭口岸，終于吉林省的臨江市，規(guī)劃路徑縱貫黑龍江省中部地區(qū)，跨越伊春、綏化、哈爾濱三市地域，是黑龍江省中部腹地城市群縱向快速連接的重要通道。嘉臨公路湯旺河至伊春段既有二級公路建成于2002、2005年，隨著黑龍江省經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是黑龍江省腹地農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和旅游經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，既有道路的服務(wù)水平和通行能力嚴(yán)重下降，因此對既有道路進(jìn)行擴(kuò)容是必要的。鑒于上述原因，黑龍江省交通運(yùn)輸廳于2014年10月委托黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院開展國道嘉臨公路湯旺河至伊春段改擴(kuò)建工程的可行性研究工作。根據(jù)可研報(bào)告，擬對新青區(qū)湯旺河大橋進(jìn)行改擴(kuò)建，原有舊橋加固利用并新建半幅橋梁，上部采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁，下部采用柱式橋墩，肋式橋臺(tái)，鉆孔樁基礎(chǔ)，橋跨布置為15m×30m，設(shè)計(jì)洪水頻率為100a一遇，橋址處的100a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為1508m3/s，相應(yīng)水位320.08m；橋梁為全跨過河。該工程屬河道管理范圍內(nèi)建設(shè)的涉河工程，按照《黑龍江省河道管理?xiàng)l例》要求，本文對本工程的建設(shè)給行洪安全和河勢穩(wěn)定帶來的影響進(jìn)行分析與評價(jià)。

2 防洪評價(jià)計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)洪水采用

湯旺河2008年以后除2013年沒有發(fā)生大洪水，根據(jù)洪水調(diào)查得知2013年洪水重現(xiàn)期在10a一遇左右，洪水系列進(jìn)行延長后洪水設(shè)計(jì)值將變小[1-2]。從工程的安全的角度，并且兼顧工程的一致性，本次不進(jìn)行洪水系列的延長，仍采用已經(jīng)批復(fù)的《黑龍江省伊春市新青區(qū)湯旺河治理工程可行性研究報(bào)告》中五營站設(shè)計(jì)成果，詳見表1。以五營水文站為設(shè)計(jì)參證站，橋址斷面設(shè)計(jì)洪峰流量按面積指數(shù)法推求，成果見表2。

表1 湯旺河干流五營站設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

表2 橋址斷面設(shè)計(jì)洪水成果表

2.2 水面線及壅水計(jì)算

1)計(jì)算公式：

水面線采用恒定流用能量方程(Bernoulli方程)計(jì)算，試算過程采用Handsion方法并輔助以逐步迭代法，從下游向上游逐個(gè)斷面計(jì)算水位，計(jì)算方程如下。

(1)

橋梁的壅水采用鐵三院《鐵路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》介紹的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，公式如下：

(2)

2)水面線成果及壅水高度：

水面線計(jì)算成果見表3-表5。從表3、表4、表5中可以看出，與現(xiàn)狀河道(舊橋)相比，橋梁改擴(kuò)建工程完工后，現(xiàn)狀大橋加固利用，在上游側(cè)新建半幅新橋，增加了橋墩的阻水面積。當(dāng)發(fā)生大橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)100a一遇洪水時(shí)，橋位處水位為320.08m，水位壅高0.03m，回水長度約60m；當(dāng)發(fā)生河道防洪標(biāo)準(zhǔn)20a一遇洪水時(shí)，橋位處水位為319.02m，水位壅高0.02m，回水長度約40m。 與天然河道相比，當(dāng)發(fā)生大橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)100a一遇洪水時(shí)，橋位處水位為320.08m，水位壅高0.11m，回水長度約260m；建橋后當(dāng)發(fā)生20a一遇洪水時(shí)，橋位處水位為319.02m，水位壅高0.07m，回水長度約200m。

表3 改擴(kuò)建工程實(shí)施后河道各頻率洪峰水面線計(jì)算成果表 m

表4 改擴(kuò)建工程實(shí)施后-天然河道水面線壅高計(jì)算成果表 m

表5 改擴(kuò)建工程實(shí)施后-現(xiàn)狀河道(舊橋)水面線壅高計(jì)算成果表 m

2.3 沖刷計(jì)算

橋墩臺(tái)沖刷深度采用《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGC30-2015)中的沖刷計(jì)算公式(本文略)。工程所在河段河槽、河灘土質(zhì)以非黏性土為主，沖刷計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 橋位斷面沖刷深度計(jì)算成果表 m

沖刷深度計(jì)算成果表明，當(dāng)發(fā)生100a一遇洪水時(shí)，橋址處最大可能沖刷深度為4.03m；發(fā)生20a一遇洪水時(shí)，橋址處最大可能沖刷深度為3.40m。

3 綜合評價(jià)及結(jié)論

3.1 工程建設(shè)對行洪安全的影響分析

擬建工程實(shí)施后與現(xiàn)狀河道(舊橋)比較，在發(fā)生河道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水20a一遇(Q=840m3/s)時(shí)，水位壅高0.02m，回水長度約40m；擬建工程實(shí)施后與天然河道比較，在發(fā)生河道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水20a一遇(Q=840m3/s)時(shí)，水位壅高0.07m，回水長度為200m。項(xiàng)目建設(shè)后河道壅水高度較小，不降低兩岸防洪標(biāo)準(zhǔn)，能保證行洪安全。發(fā)生橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)100a一遇洪水時(shí)，根據(jù)《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGC30—2015，考慮風(fēng)浪高(經(jīng)計(jì)算為0.24m)、橋下凈空安全值(根據(jù)該規(guī)范表6.4.1取值為0.5m)，則本工程梁底最小凈空值為0.74m。100a一遇洪水時(shí)，建橋后橋址處水位為320.08m，最小梁底為329.12m，凈空為9.04m，>0.74m，梁底標(biāo)高滿足行洪要求。

3.2 工程建設(shè)對河勢穩(wěn)定影響分析

橋梁工程實(shí)施后，發(fā)生河道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)20a一遇洪水時(shí)，橋位斷面灘地流速為0.59m/s，與現(xiàn)狀河道基本一致；主槽流速為2.60m/s，較現(xiàn)狀河道流速(2.58m/s)增加了0.02m/s，橋墩部位局部最大沖刷深度為3.40m，最大沖刷深度僅體現(xiàn)在橋墩局部，橋梁上下游河道沖刷深度沒有改變，且橋梁節(jié)點(diǎn)束縛著河勢變化，因此，不會(huì)對河勢穩(wěn)定造成不利影響[3-4]。

3.3 建設(shè)項(xiàng)目防御洪水的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)合理性評價(jià)

新建橋梁工程為鉆孔樁基礎(chǔ)，樁長15.0m，沖刷深度計(jì)算成果表明，當(dāng)發(fā)生100a一遇洪水時(shí)，橋址處最大可能沖刷深度為4.03m，大橋基礎(chǔ)埋深滿足《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGC30-2015)規(guī)定的基底埋深安全值2.0m的要求，設(shè)防措施適當(dāng)。原有大橋?yàn)閿U(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深4.45m。沖刷深度計(jì)算成果表明，當(dāng)發(fā)生100a一遇洪水時(shí)，橋址處最大可能沖刷深度為4.03m，基底埋深安全值僅為0.42m，現(xiàn)有新青大橋基礎(chǔ)埋深不滿足《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGC30-2015)規(guī)定的基底埋深安全值2.0m的要求，設(shè)計(jì)單位舊橋加固方案中已對其進(jìn)行了石籠防護(hù)設(shè)計(jì)，設(shè)防措施適當(dāng)。

[1]萬建忠,張錦家,牟漢書.淺談防洪評價(jià)應(yīng)注意的幾個(gè)問題[J].江蘇水利,2007(11):89-90.

[2]劉俊勇,陳軍.廣州后航道某污泥處理碼頭工程防洪影響分析與評價(jià)[J].人民珠江,2007(05):57-58.

[3]吳鴻亮,唐德善,周克發(fā),等.基于物元理論的城市防洪體系綜合評價(jià)研究[J].水力發(fā)電，2007(09)：12-15.

[4]趙毅夫,田華,黃大榕.哈拉哈河?xùn)|旗口岸大橋防洪評價(jià)[J].內(nèi)蒙古水利，2007(02)：66-68.

1007-7596(2017)04-0016-03

2017-03-06

張偉堯(1982-)，男，黑龍江哈爾濱人，工程師。

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