渦河四橋防洪評(píng)價(jià)分析

陳應(yīng)勝

(銅陵市義安區(qū)水利局，安徽 銅陵 244100)

1 概況

渦河是淮北地區(qū)跨豫、皖兩省的骨干排水河道，發(fā)源于河南省開封市黃河南岸，流經(jīng)河南省的開封、尉氏、通許、太康、杞縣、柘城、鹿邑縣和安徽省的亳州市譙城、渦陽、蒙城等縣區(qū)，于懷遠(yuǎn)縣城附近匯入淮河。河道全長396 km，流域總面積15 900 km2。亳州市惠濟(jì)河口以上為上游，以下為中下游。上游分為兩支，南支為渦河干流，流域面積為4 135 km2；北支為惠濟(jì)河，流域面積為4 315 km2。我省地處渦河中下游，境內(nèi)流域面積4 340 km2，河道長度226 km。皖境渦河干流建有大寺、渦陽和蒙城3座節(jié)制閘。

渦河流域地勢(shì)平坦，為黃河沖積平原。上游沿隴海鐵路北側(cè)多粉砂土，易隨風(fēng)搬移，還有部分鹽堿土，其余大部分為兩合土；中下游除譙城區(qū)大部分為沙壤土外，其余均為砂礓土；距干流2 km外一般為淤壤土。渦河四橋工程位于安徽省蒙城縣，蒙城閘上游約3.4 km處。設(shè)計(jì)多孔跨徑總長1 072.5 m，單孔跨徑最大145 m，屬特大型橋梁，主橋采用(80+145+80)m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主橋上部結(jié)構(gòu)采用掛籃懸臂澆筑法施工。主墩下部結(jié)構(gòu)采用雙薄壁橋墩，承臺(tái)采用15.0×11.0×3.5 m的矩形承臺(tái)，樁基采用18根直徑1.8 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，過渡墩采用樁柱式橋墩，每根柱下接2根1.8 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。引橋上部結(jié)構(gòu)采用40 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，單幅每跨9片小箱梁。引橋下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式橋墩，墩柱為4根直徑1.4 m的圓柱，樁基采用4根1.6 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

擬建橋位區(qū)地勢(shì)較平坦開闊，橋址處大地貌單元為淮北中南部河谷和河間平原，橋位區(qū)微地貌為剝蝕平地。

2 橋址處設(shè)計(jì)洪水分析

渦河流域汛期的洪水均由暴雨產(chǎn)生，形成大暴雨的主要天氣系統(tǒng)是切變線和低渦，暴雨具有持續(xù)時(shí)間長(1～2個(gè)月或以上)、范圍大的特點(diǎn)，易形成流域性大洪水，如1963年洪水。在汛期后期，往往遭受臺(tái)風(fēng)暴雨襲擊，特點(diǎn)是范圍較小，歷時(shí)較短，但強(qiáng)度大，易導(dǎo)致局部洪水發(fā)生。

參考《安徽省渦河近期治理工程初步設(shè)計(jì)總報(bào)告》，渦河各控制站設(shè)計(jì)流量采用如下：渦河惠濟(jì)河口、惠濟(jì)河河口5 a一遇550 m3/s，20 a一遇1 000 m3/s；小洪河河口5 a一遇1 040 m3/s，20 a一遇1 900 m3/s。5 a一遇，亳縣、蒙城分別是1 200 m3/s，1 600 m3/s；20 a一遇，亳縣、蒙城分別是2 200 m3/s、2 400 m3/s。

渦河四橋橋址處設(shè)計(jì)水位根據(jù)上、下游節(jié)點(diǎn)不同頻率洪水設(shè)計(jì)水面線內(nèi)差求得，主槽糙率0.022 5，灘地糙率0.030。橋位處設(shè)計(jì)水位、流量見表1。

3 橋梁壅水及沖刷

3.1 橋梁壅水高度

橋梁建設(shè)后，橋墩占用河道過水?dāng)嗝婷娣e并增加了水流局部的損失，導(dǎo)致橋前水位雍高。另由于過流斷面面積減小，橋下水流流速增大，橋墩附近水流在河床易形成淘刷漩渦，引起橋址處河床的一般沖刷和局部沖刷。橋前水位雍高及水流對(duì)河床的沖刷主要與洪峰流量、橋址處河道縱橫斷面、河床地質(zhì)、橋墩幾何形狀等因素有關(guān)。根據(jù)《橋涵水文》，橋前壅水高度計(jì)算公式為：

(1)

式中：ΔZ為壅水高度(m)；V為橋下斷面平均流速(m/s)；V0為橋前斷面平均流速(m/s)；η為系數(shù)，根據(jù)河流類型及河灘地過水能力可查閱相關(guān)資料。

壅水曲線長：

(2)

式中I為橋址河段水面比降。

表1 工程處設(shè)計(jì)水位、流量表

經(jīng)計(jì)算，擬建渦河四橋20 a一遇設(shè)計(jì)洪水壅水高度為0.002 m，壅水曲線長度為67.7 m，工程阻水面積占橋前過水面積的1.55%；50 a一遇設(shè)計(jì)洪水壅水高度為0.003 m，壅水曲線長度為87.0 m，工程阻水面積占橋前過水面積的1.75%。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，大橋工程建設(shè)對(duì)河道的泄洪能力影響較小。橋前壅水計(jì)算成果見表2。

表2 橋前壅水計(jì)算表

3.2 沖刷深度

依據(jù)JTG C30—2002《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定及橋址處河床土壤特性，分別采用相應(yīng)的沖刷計(jì)算公式。依據(jù)地勘資料，渦河河床地質(zhì)為粉質(zhì)黏土，故采用黏性土河床計(jì)算公式：

1)黏性土河床一般沖刷計(jì)算公式：

河灘部分：

(3)

河槽部分：

(4)

2)黏性土河床橋墩局部沖刷計(jì)算

計(jì)算公式如下：

(5)

(6)

渦河四橋新建后在10 a一遇、50 a一遇洪水情況下，橋位處沖刷計(jì)算成果見表3。

表3 沖刷計(jì)算成果表

表3(續(xù))

由表3可知，擬建渦河四橋工程20 a一遇洪水位時(shí)，河槽部分橋墩一般沖刷深度和局部沖刷深度的最不利組合為1.85 m，河灘部分為0.46 m；50 a一遇洪水位時(shí)，河槽部分橋墩一般沖刷深度和局部沖刷深度的最不利組合為2.62 m，河灘部分為1.00 m。

4 渦河四橋防洪評(píng)價(jià)分析

1)大橋設(shè)計(jì)過堤方式采用立交，兩岸堤頂橋下凈空高程>4.5 m，滿足防汛交通要求。渦河四橋橋軸線的法線方向與水流流向的交角為0°，采用145 m跨變截面箱梁一跨跨越主河道，通航凈寬90 m，凈高8m。橋下凈空滿足通航要求。

2)由于橋墩阻水減少了河道有效行洪斷面面積，大橋工程建設(shè)在一定程度上降低了河道的泄洪能力，為了消除橋墩阻水對(duì)河道行洪的不利影響，應(yīng)采取必要的斷面補(bǔ)償措施。

3)根據(jù)滲流穩(wěn)定分析，近堤腳橋墩和堤基的結(jié)合部位易成為堤防滲透穩(wěn)定的薄弱環(huán)節(jié)，施工中應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量控制，并作橋墩局部防滲處理。

5 結(jié)語

1)根據(jù)沖刷計(jì)算結(jié)果以及斷面補(bǔ)償措施重新校核墩臺(tái)高程。運(yùn)行期加強(qiáng)對(duì)橋墩周邊區(qū)域沖刷坑的監(jiān)測(cè)，以確保工程的安全運(yùn)行。

2)工程若跨汛期施工，施工單位應(yīng)制定度汛方案及施工期防洪應(yīng)急預(yù)案，保障施工安全。

3)汛期來臨前應(yīng)及時(shí)清除河道及灘地施工區(qū)臨時(shí)建筑物、施工設(shè)備等，保證行洪安全。

4)如存在影響其他第三人合法水事權(quán)益，應(yīng)依有關(guān)法規(guī)調(diào)解或補(bǔ)償。