灾害性洪水时期远东地区公路排水调节措施研究

曾明鸣，孙茂辉

(1.黑龙江省交通科学研究所;2.中交第三公路工程局有限公司)

1 引言

远东沿岸地区的降雨量随季节分布非常不均衡，在远东的南部和中部降雨量大部分集中在夏季，约占全年总量的60%，特别是在八月和九月初(达到70%)，雨量可达到暴雨。而每年夏—秋汛又常伴随着灾难性的洪水，给该地区道路结构造成巨大的破坏，人民生活和经济发展带来巨大损失。我国与俄远东联邦地区接壤，自然气候条件相似，公路设计与建设技术可互相借鉴。

2 灾害性洪水时允许洪水通过的道路结构措施

在灾害性洪水时保护公路淹没路段的结构性措施应该保证洪水经过路堤时能够通过，限制冲刷或者完全排出。控制洪水是非常复杂的，除了广泛应用的水力调节构造物(导流堤、丁坝等)还必须要有根本的措施，可以在最短的时间内，在公路路堤没有较大程度破坏的条件下排出水流。

2.1 设置水利调节嵌块

在这个方面推荐方法之一是设置水利调节嵌块，它设在灾害性洪水区的桥头引道上，可以保证那些不能够通过桥梁孔径的洪水通过，见图1。

图1 水利调节嵌块设置平面示意图

水利调节嵌块——这是在水泛地公路路段人工构造物旁专业性的创造，是为了预防灾害性洪水的冲刷所设的。

经验指出，这种路段的长度应该不大于50 m。路堤和邻近的路段相比较低，见图2。

其中:h冲击为计算波浪冲击高度，m;Δh为高度储备(平均0.5 m)。

在水利调节嵌块中路基的上部应该由易冲刷的土构成(砂、碎石、砾石、角砾)。路面应该包括水泥混凝土层和水泥土层。距离桥头的具体位置l开始、水利调节嵌块的长度l嵌块可以利用电子计算机上的运算由穿过洪水的汇水面积来确定的。

图2 嵌块设置原则图示

2.2 设置过水涵洞

另外一种具体措施是在桥头引道的高填方路堤中设有一个或一组过水涵洞，见图3。所建议的过水涵洞与丁坝和导流堤组成了桥头引道调节构造物系统。

过水涵洞为圆形或是直角涵管，它的孔径以及涵管之间孔径的尺寸取决于洪水过水截面面积。

洪水将路堤部分淹没时，水流不能支撑住路堤边坡，对边坡进行冲刷，但考虑到采用计算值的过水涵洞系统，水流可以通过路堤。

过水涵洞系统存在着合理的使用流线型洞口建筑，因此它们拥有较大的过水能力。流线型洞口建筑的特点是进水口比其他余下的环节在直径上要大。

图3 过水涵洞

l搭板为搭板长度;l涵洞为过水涵洞系统的路段长度(采用计算值)。

对于流动水压状态下的涵洞孔径计算

涵洞的长度按下列公式计算

其中:B为公路路基宽度，m;m为边坡坡度;H为路堤高度，m;hmp为涵洞高度，m;n为环节壁厚度，m;i为在构造物旁的涵洞的角度;μ为流量系数，由公式确定

其中:ξ为进口阻力系数，流线型洞口建筑等于0.2;λ为水力摩擦系数(0.027);l为涵洞长度，m;d为涵管直径，m;ω为过水截面面积，按公式计算

在过水涵洞满水压工作状态下，水流速度达到5～6 m/s的流量。在未加固的排水河床，土壤的过水速度为0.7～1.0 m/s。因为过水涵洞的桥头引道的路堤边坡能够从上下两个方向被冲刷，在过水构造物的帮助下路堤局部冲刷可经常观察到，因此涵洞出水口洞口建筑计算具有巨大的意义。

借助于构造物的排水路段的计算包括以下条件保证，即能及时防止来自于低水区方向的路堤边坡的冲刷。计算转化为水流联合型式的分析、流动水流的水力特征的确定、可能性局部冲刷的分析和它们之中危险存在的计算、低水区加固型式和冲刷的选择。

涵洞出水口水流的水力特征，以及地形条件将是排水路段计算的数据来源。

在泄洪涵洞系统后面水流的空间联合形式由泄洪河道的坡度以及相对深度(在出口处，在不受约束河床的条件下的水流流动)来确定。

对于未被淹没的过水涵洞，出水口水流深度应采取h出口=h涵洞高度(或者 d为对于圆管涵)。

涵洞流量值K0，m3/s，按下列公式计算

水流速度V出口，m/s，以及涵洞出口的弗劳德数(Froude number)Fr按下列公式计算

河道中水流的极限深度由下列公式确定

其中:α为极限能量系数，等于1.1;g为自由落体加速度。

用选配的方法找到排水河道的水流标准深度。

当发生洪水时，当系统中泄水涵洞的工作出现满水压或半水压状态，应在面向洪水靠近涵洞的地方用加固承重结构来加固高路堤的边坡(混凝土板，大尺寸的抛石、石笼等等)。

3 结论

上述措施在跨纽伊河公路桥的泄水河道的工作中得到了很好应用，桥梁和道路得到了保护。在我国一些类似气候条件的地区在进行桥涵路基设计时可以借鉴俄罗斯远东地区的一些经验做法。

[1]А. И. Ярмолинский，В. А. Ярмолинский. Проектирование конструкций автомобильных дорог с учетом природно -климатических особенностей Дальнего Востока[M］.Хабаровск.2005.