宁江松花江特大桥平面布置试验研究

赵 青 ，张 鹤 ，王 影 ，翟天夫

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司科学研究院，吉林 长春 130061；2.水利部松辽水利委员会，吉林 长春 130021）

宁江松花江特大桥平面布置试验研究

赵 青1，张 鹤2，王 影1，翟天夫2

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司科学研究院，吉林 长春 130061；2.水利部松辽水利委员会，吉林 长春 130021）

文中通过河工模型试验，对宁江松花江特大桥桥位河段的水力和泥沙特性进行了研究，并在此基础上提出了两套桥位河段的整治方案，避免了该工程的建设对河道行洪、通航和河道演变造成不利影响。文中对两套整治方案进行了分析比较，最终推荐整治后的方案二作为工程方案。

模型试验；通航参数；泥沙冲淤；宁江松花江特大桥

拟建的宁江松花江特大桥位于第二松花江的下游，在吉林省松原市西北方向跨越第二松花江，是目前吉林省内高速公路上第一座矮塔斜拉桥，同时也是吉林省内最大的矮塔斜拉桥。宁江松花江特大桥的修建将对完善对外交通体系，缓解城市道路交通拥挤，促进社会经济发展具有十分重要的意义。

拟建宁江松花江特大桥，推荐的桥线位置分别位于前扶松花江大桥下游约4.6 km（方案一）和6.8 km（方案二）处。为避免工程布置对该河道的行洪、通航和河道演变造成不利影响，因此通过开展河工模型试验对各种方案河段水流特性进行研究论证。

1 试验的基本情况

试验着重在研究桥梁对防洪及通航影响，考虑到第二松花江为宽浅型河道，因此采用变态模型开展研究，平面比尺αl=250,垂直比尺αh=100。模型纵向边界上游取至前扶松花江大桥上游约2.6 km处，下游取至前扶松花江大桥上游约14.4 km处，模拟河段的纵向范围总长17 km；横向范围包括整个桥梁长度、左岸防洪堤、右岸136 m高程以下范围的河道宽度约3.5 km，模型平面尺寸为70 m×14 m。

鉴于现场查勘以及以往的研究经验，对第二松花江河道中造床起决定性作用的是推移质泥沙（d50=0.20 mm），所以模型选用阳离子交换树脂作为试验用的模型沙（d50=0.15 mm）。

为尽可能保证模型与天然河道相似，模型按照相似率的理论进行设计，并通过水位、分流比和冲淤等率定试验对有关比尺进行了适当的调整，确保了主要物理量相似，使试验结果能够满足研究内容的要求。

2 试验结果分析

2.1 水面线分析

施放各典型流量，测得各频率的洪水水面线如图1所示。图1分别例举了原河道、方案一和方案二各频率的洪水水面线。

当发生10年一遇洪水（Q=4 300 m3/s）时，方案一、方案二桥前（注：桥前指位于上游50 m处，下同）壅水均为0.02 m；当发生100年一遇洪水（Q=7 500 m3/s）时，两方案桥前壅水均为0.05 m；当发生300年一遇洪水（Q=10 300 m3/s）时，方案一桥前壅水为0.06 m、方案二桥前壅水为0.05，因此从行洪的角度来说两个方案差别不大，方案二壅水较方案一略小，且大桥的壅水距离较短，不会对前扶大桥产生不利影响。

2.2 流速分析

图2为发生100年一遇洪水（Q=7 500 m3/s）时，原河道与各方案实施后的桥位附近平面流速图。

方案一桥位上游150 m、下游200 m范围内右岸边和方案二桥位上游250 m、下游300 m范围内左、右两岸边流速随着流量的加大流速分别增加0.03～0.30 m/s和0.04～0.58 m/s。由于方案一和方案二桥位处右岸边已有塌岸现象，同时流速增加也会加剧右岸边冲刷塌岸的趋势，为了防止工程建设后流速增加对河道的河势变化产生影响，并考虑通航固岸要求，应在桥位处河槽两侧上、下游采取防护措施。

2.3 通航参数分析

通航采用原河道航迹线进行试验：

1）方案一在Q=300 m3/s（最小通航流量）和Q=4 300 m3/s（最大通航流量）时，桥区内航迹线上通航水深均大于最小通航水深1.6 m，横向流速均小于0.30 m/s，并且桥位上行和下行的航迹线直线段长度也满足4倍和2倍船长，方案一通航孔净宽满足通航要求，故原河道航迹线能基本满足通航要求。

2）方案二在Q=300 m3/s和Q=4 300 m3/s时，桥下通航孔水流流向与桥轴线的法线方向交角最大为28.7°（大于5°）、横向流速最大为 0.77 m/s（大于 0.30 m/s），且桥位上下行航迹线直线段长度不足，需要整治航道以满足通航标准的要求。

方案二通航整治方案即设上下行通航孔，采取单孔单向通航的方式通过桥位。桥梁通航孔设在右起第二跨和第三跨，其中，第二跨为下行通航孔，第三跨为上行通航孔。上下行航道分别于桥位上游2 200 m和1 700 m处向两汊汇流区的左岸过渡并通过桥位，过渡段长度分别为2 744 m和2 645 m，航道中心线与桥轴线法线方向交角21.28°。通过桥位后，航道中心线沿汇流区下游左汊进入自然航道。为了满足通航要求，开挖深槽6处、修建锁坝1座、丁坝1座、护岸丁坝群1处（9座短丁坝）、护岸2处。

试验结果表明在Q=4 300 m3/s时，桥下通航孔水流流向与桥轴线法线方向交角最大为21.8°，横向流速为0.40 m/s。按照《内河通航标准》规定：天然和渠化河流水上过河建筑物轴线的法线方向与水流流向的交角大于5°且横向流速大于0.30 m/s时，单向通航净宽应加宽。当横向流速为0.40 m/s，Ⅳ级航道、2排1列船队在通航净宽50 m基础上须加宽15m，故需要65 m的通航净宽，而方案二通航孔净宽有133 m，因此整治方案满足通航要求。

2.4 冲淤结果分析

试验是在2008年地形、航道整治方案基础上开展的，试验结果显示经过系列年洪峰后试验河段地形均没有发生大的河势演变，仅有局部的变化。桥墩处被冲刷的床沙质以沙波形式向下游河道疏散，没有形成明显的连续型淤坎，对桥孔泄洪和桥前水位无不良影响。

整治后的方案二，桥墩局部冲刷的冲坑最深点发生在上游的桩柱附近，主河槽桩柱冲刷最深点高程为121.32 m，冲刷深度为4.78 m，滩地桩柱冲刷最深点高程为128.05 m，冲刷深度为3.07 m，不会对通航和行洪产生影响。

3 结语

通过试验研究发现，从行洪角度来说两种方案差别不大；从通航角度分析方案一较方案二桥区航道稳定，然而无论选择哪种方案，都需要对航道进行整治，故方案一也不占大的优势；从工程投资上方案一比方案二桥身要长，造价更高；从城市长远规划考虑，方案二在前扶松花江大桥下游6.6 km，更有利于城市布局和发展。所以推荐整治后的方案二作为工程方案。

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［4］张慧，等.荆岳铁路专线洞庭湖大桥河工模型试验研究［M］.水文泥沙研究新进展；2010.

Study on layout test for Ningjiang Songhua river supper-large bridge

ZHAO Qing,ZHANG He,WANG Ying,ZHAI Tian-fu

Through the river model test,the paper studies the characteristics of hydraulic and sediment at location section of Ningjiang Songhua river supper-large bridge.Based on the study,the paper provides improvement scheme for location section,avoids the adverse effects on flood propagation,navigation and river channel evolution.

model test;navigation parameter;sediment scouring and silting

TV131.65

A

1002－0624（2012）06－0056－02

2012-01-09