浅析跨河桥梁防洪评价

张云梅

为适应国家促进中部地区崛起战略的总体要求，山西省高速公路发展迅速，路网规模由2008年年初的1 800 km，发展为建成、在建接近5 000 km。不可避免的要跨越部分河道，特别是压缩河道、改移河道等对下游防洪影响较大。

依据《中华人民共和国水法》《中华人民共和国防洪法》《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》(水利部、国家计委水政[1992］7号文发布)和水利部《关于进一步加强和规范河道管理范围内建设项目审批管理的通知》(水建管[2001］618号文)等有关法律、法规的规定:“在洪泛区、蓄滞洪区内建设非防洪建设项目，应当就洪水对建设项目可能产生的影响和建设项目对防洪可能产生的影响作出评价，编制洪水影响评价报告，提出防御措施。”作为重点工程的高速公路跨河大桥防洪评价必需通过现场实地勘查、实测资料分析计算，就项目建设后可能对河道防洪产生的影响进行分析评价，并提出相应的措施和建议。跨河桥梁防

洪评价需考虑桥梁的密度、桥梁的跨度、主河槽宽度、孔跨宽度、河道的冲刷与淤积、壅水高度和影响长度、桥梁下弦高程等因素的影响。

防洪评价主要包括项目建设与有关现有水利工程及规划的关系及影响分析，项目建设是否符合防洪标准、有关技术和管理要求，桥梁跨越处河道设计洪水计算，项目建设对河道行洪的影响分析，项目建设对河势稳定的影响分析，项目建设对堤防、护岸及其他水利工程和设施的影响分析，项目建设对第三人合法水事权益的影响分析，防洪影响综合评价及建议八个方面的内容。

1 项目建设与有关现有水利工程及规划的关系及影响分析

需通过现场察看、充分收集跨越段河道概况、流域概况、水文气象、地形地貌、地质情况、水文泥沙、河道冲淤、河势变化、河道演变、桥梁工程设计及干流、支流上已建水利工程、河道上下游城市、水利设施规划等资料，并利用资料分析影响，针对卡口和畸弯进行有重点的清淤整治，对河槽过于狭窄段扩宽，对阻碍行洪的土台、河心洲等清除，以理顺河势，保证行洪畅通。弯道顶冲段布置控导工程，以稳固河槽，并对险工险段进行防护。

2 项目建设是否符合防洪标准、有关技术和管理要求

高速公路桥涵设计洪水频率首先应与《防洪标准》规定一致，满足相关河道管理规定，同时应符合《公路工程技术标准》特大桥设计防洪标准为300年一遇，大桥、中桥、小桥、涵洞及小型构造物设计防洪标准为100年一遇的要求。

3 防洪评价计算

3.1 桥梁跨越处河道设计洪水计算

首先根据实测水文资料，历年实测洪水系列，进行频率分析计算，点绘洪峰—面积相关曲线，结合桥址以上流域面积，确定桥址断面的设计洪水。

洪水频率分析按照SL 44-2006水利水电工程设计洪水规范推荐的方法，按不连续系列计算经验频率，用矩法计算统计参数，采用P-Ⅲ型曲线进行适线，偏态系数Cs按经验取Cv的倍比通过适线确定。在适线中尽量使频率曲线通过经验点据的中心位置，侧重与上部和中部大水点据吻合。

3.2 河道泄洪情况计算

天然河道的河宽、河底高程沿程变化都比较大，因此河道设计洪水位计算按明渠恒定非均匀流进行水力计算，采用试算法推求天然河道的水面曲线。取相距为Δs的两个渐变流断面1和2(其中断面2为下游断面)，根据以下能量方程推求水面线:

其中，z1，v1和z2，v2分别为断面1和2的水位和流速;Δhw为断面1和2之间的水头损失，Δhw=Δhf+Δhj。

沿程水头损失Δhf可近似地用均匀流公式计算，即其中为断面1和2的平均流量模数，计算时，取，谢才系数C可用曼宁公式计算。局部水头损失Δhj是由于过水断面沿程变化所引起的，可由公式计算，其中，为河段的平均局部水头损失系数值与河道断面变化情况有关。在顺直河段=0;在收缩河段，水流不发生回流，其局部水头损失很小，可以忽略，取在急剧扩散河段，可取1.0);在逐渐扩散河段，取

将Δhf和Δhj的关系式代入能量方程得:

上式等号右边为已知量，以 B表示，左边为 z1的函数，以f(z1)表示，即得:

计算时，假设一系列z1，计算相应f(z1)，当f(z1)=B时的z1即为所求。

3.3 冲刷深度计算

在自然情况下，河道中水流驱使床面泥沙运动，泥沙运动后的床面形态又影响水流结构，河流总是处在不断的变化和发展过程中。当河流上兴建了涉河建筑物以后，河床演变将变得更加迅速，由于受建筑物的影响，建筑物上游常产生水位升高、流速减缓、水流挟沙能力降低等现象，建筑物处则因断面缩窄，流速增大而产生冲刷。河床冲刷一般包括岸坡冲刷和河床冲刷。

3.3.1 水流对岸坡冲刷计算

1)水流斜冲防护岸坡的冲刷。水流斜冲防护岸坡的冲刷深度按GB 50286-98堤防工程设计规范中的公式计算。

2)水流平行于岸坡的冲刷。水流平行于岸坡产生的冲刷按《水力计算手册》中7-3-14式计算。3.3.2 水流对河床冲刷计算

1)河床一般冲刷计算。河槽冲刷计算采用JTG C30-2002公路工程水文勘测设计规范推荐的非粘性土河床的有关公式和方法进行。

2)河床局部冲刷计算。一般冲刷后墩前行进流速大于河床泥沙起动流速时，即当V＞V0时，河道中的墩台局部冲刷按下式进行:

当V≤V0时:

当V＞V0时:

其中，hb为桥墩局部冲刷深度，m;Kξ为墩形系数;B1为桥墩计算宽度，m;V为一般冲刷后墩前行进流速，m/s;V0为河床泥沙起动流速，m/s;V0′为墩前泥沙起冲流速，m/s;Kη1为河床颗粒影响系数;n1为指数。

3.4 桥梁底部高程复核计算

根据JTG C30-2002公路工程水文勘测设计规范和JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范的规定，确定桥梁底部高程时按以下公式计算:

桥梁底部高程=设计洪水位(Hs)+壅水高度(ΔZ)+风壅增水高度(e)+桥墩冲高(Δh冲)+桥下净空安全值(Δhj)。

各项分别计算如下:

1)壅水高度。壅水高度采用桥下壅水高度，其数据取桥前最大壅水高度的一半。

2)风壅增水高度、波浪高度计算。风壅增水高度e参考GB 50286-98堤防工程设计规范附录C莆田实验站风浪要素公式进行计算。

根据山西省水利勘测设计院1991年12月编制的《山西省水利工程建设常用地面气候资料图集》，查得大桥的风向和最大风速，最大风速转换为自计风速。

设计风速采用多年平均年最大风速的1.5倍，由万分之一地形图量得最大风速与大桥法线夹角和洪水期风区吹程长度。

3)桥墩冲高计算。桥墩冲高按照《桥渡水文》(中国铁路出版社，1993年)中的风浪要素公式进行计算。

4)桥下净空安全值。根据JTG C30-2002公路工程水文勘测设计规范和JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范，按设计洪水位计算要求的桥下净空高度。

4 防洪综合评价

通过对河道基本情况分析、防洪评价计算，对项目建设对河道行洪，对河势稳定，对堤防、护岸及其他水利工程和设施的影响，对第三人合法水事权益进行影响分析、综合评价及建议。

5 工程影响防治措施

根据综合评价结果对河道行洪影响提出增建导流涵洞、堤防加高加固、拆除临建工程、河道疏浚恢复等防治措施;针对建桥后河道束窄，冲刷加剧的情况，提出河道堤防内侧防护加固等冲刷影响防治措施;为保证救援通道在洪水来临时的畅通，提出设置绕行至两侧附近桥梁下的防洪救援专用道路、两侧增加应急抢险救援用平交口等救援通道影响防治措施，以防救援抢险时的突发情况;同时提出减少对环境、水质影响的防治措施。

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