嫩江大桥动床河工模型试验研究

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130000）

嫩江大桥动床河工模型试验研究

张正波

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130000）

绥满高速公路齐甘段，主线嫩江大桥桥址所处河段，多为三汊、四汊河道，属汊网型河道。为了对桥孔布置、新疏浚河道位置进行方案比选，判断在修建大桥后桥址处的河道稳定性及河势变化，需开展动床河工模型试验进行模拟。通过动床试验研究，将方案2作为推荐桥位方案，在该桥位处，建桥后桥址区的河道基本保持稳定，在新疏浚河道河底及两岸均需要进行防护，以保证汊道不发育，确保主槽的稳定。另外，为防止新疏浚河道水流顶冲明月岛的右侧岛头，该处需进行防护。

动床模型试验；河道演变；嫩江

0 引言

绥芬河至满洲里国家高速公路齐齐哈尔至甘南（黑蒙界）段的扩建工程，拟在嫩江上修建绥满高速公路齐甘段主线桥一座，该桥位于绥满公路现有嫩江公路大桥上游3.4 km处，设计方案2个、设计标准为300年一遇。由于桥址区河道多为三汊、四汊，河道演变复杂，为了对桥孔布置、新疏浚河道位置进行方案比选、判断在修建大桥后桥址处的河道稳定性及河势变化，需开展动床河工模型试验进行模拟。

1 模型设计

动床模型几何比尺同定床模型。根据现场勘查及以往对于嫩江干流的研究经验，嫩江河道中对造床起决定性作用的为推移质泥沙（现场取样颗粒级配推移质泥沙中值粒径d50=3.1 mm，图1所示），所以本模型定为变态推移质动床河工模型，选用塑料沙（离子交换树脂d50=0.15 mm，如图1所示）作为模型沙。

2 试验结果分析

2.1 方案1

图1 原型、模型沙颗粒级配曲线

绥满高速公路齐甘段，主线嫩江大桥B调整II线全长3 880m，东江桥60×30 m，汊河桥32×30 m，西江桥20×30 m+75 m+2×125 m+75 m+4×30 m，设计标准为300年一遇。该方案疏浚河道宽度80 m，河底高程143 m。

试验测得方案1桥位分流比如表1所示，新疏浚河道冲刷拓宽使汊河桥分流比增加4%～5%，西江桥分流比相应减小4%～5%，东江桥分流比保持不变。

系列年的汛后在河道两岸堤防以及下游明月岛围堤的约束下，除新疏浚河道外，基本没有发生大的河势演变。

左汊桥位上游河床在平面及垂向上基本没发生变化，东江桥中间部分滩桥处略有淤积，右侧滩桥处略有冲刷。东江桥下游在左岸堤防及明月岛的控制下，河床平面形态无大的变化。

表1 B调整II线设计方案1桥位分流比表%

新疏浚河道附近河势发生了明显变化，在平面形态上，新疏浚河道拓宽近80 m，新疏浚河道进口处受上游左侧汊流冲刷，宽度达到400 m，新疏浚河道右侧滩地受水流影响下移已与原汊河右侧滩岛连成一片，在垂向形态上，新疏浚河道河床冲深至142.6 m。明月岛左侧岛头冲刷比较严重，河床平面在围堤控制下并未发生剧烈的变化，而垂向河床下切，严重威胁堤防基础。可见，新疏浚河道的疏浚引起了局部河床的演变，在新疏浚河道进出口、河槽两侧及明月岛左侧岛头均应采取一系列的防护措施以稳定河床。

右汊进口处河道在汛后地形与原地形保持一致；主河槽左岸淤积，有束窄萎缩的趋势，原因是上游新疏浚河道流程缩短，分流量增加，右侧主汊处分流比减小，水流挟沙力降低所致，为了防止右侧主汊萎缩对通航产生影响，在右汊河道的左岸应采取防护措施以保证主汊的优势地位。西江桥下游河道中的几个较小的滩地受水流影响向下发展，与下游岛屿连成一片。两汊汇合后，受明月岛和右侧堤防的约束，河道平面形态基本未发生变化，但从垂向上主槽受水流冲刷，最深点高程为140.0 m。

桥线处左汊流速较小，因此桥线上下游冲淤变化不大，仅在左汊右侧的桥头处由于绕流造成一定的冲刷，冲坑最深点高程为144.5 m；汊河处由于分流比增加，流速增加，桥位处均呈现为冲刷状态，尤其是两侧桥头处，受绕流影响，冲刷较深，左侧冲深达到1.2 m，右侧冲深达到1.9 m；左侧主汊桥头处冲刷非常严重，冲刷深度达到1.6 m，西江桥左侧滩桥以及桥位附近滩地淤积。

2.2 方案2

绥满高速公路齐甘段，主线嫩江大桥B调整II线全长3 850 m，东江桥60×30 m，西江桥51× 30 m+75 m+2×125 m+75 m+4×30 m，设计标准为300年一遇。该方案疏浚河道宽度80 m，河底高程143 m。

试验测得方案2桥位分流比如表2所示，西江桥分流比在55%以上，居主导地位。

表2 方案2桥位分流比表%

汛后地形左汊河道与方案1的冲淤情况基本一致。新疏浚河道的左岸受公路桥堤防控制，右岸受明月岛上游围堤控制，新疏浚河道平面形态无大变化的可能。其具体表现为：左岸基本没有变化，右岸受冲刷后退，由此河道深泓线向明月岛方向靠近，河床冲深0.3～0.5 m，河底高程为142.5～142.7 m，可见新疏浚河道两侧应采取防护措施。在明月岛左侧岛头处，受水流绕流冲刷，该处河道冲深拓宽，河道弯道处的小岛在水流的冲击下消失，此处应采取防护措施控制河床平面的发展。

右汊深槽冲刷拓宽，深泓线向右岸摆动，西江桥前的滩地北缘受水流顶冲，滩地有向南（下游）、向东发展的趋势。

桥线处左汊桥头处冲刷与设计方案1基本一致；右汊桥线处由于要宣泄原河道中汊河和主汊两汊的分流量，因此桥线处流速增加较多，且原汊河处分流量需要绕过主汊左侧的桥头转而从明月岛前下泄，行洪不畅，因此桥头处绕流流速较大，绕流冲刷比较严重，汛后此处形成一个较大的冲坑，最深点高程为143.0 m，冲刷深度达到2.9 m，为防止水流绕流冲刷，应在桥头做抛石防护。

3 结论

通过动床试验发现：

1）方案1在经历系列年洪水后，新疏浚河道以及右汊发生了河势变化，新疏浚河道冲深拓宽，泄流量显著增加，右侧主汊略有萎缩，滩地稍有淤积，河道有萎缩的趋势。在汊河桥下游，水流直接顶冲明月岛堤防，冲刷十分严重。在此方案下，在新疏浚河道进出口、新疏浚河道两岸、明月岛左侧岛头、各桥头位置均需采取防护工程以保证河势的稳定和通航的顺畅。

2）方案2在经历系列年洪水后，没有发生大的河势演变，仅在西江桥桥墩及桥头附近冲淤较大，桥下游较小的沙洲向下向右发展，沙洲右侧的支汊有淤积的趋势；疏浚河道段河槽冲深拓宽，明月岛岛头处河道冲刷形成冲坑。在新疏浚河道进出口、两岸、明月岛左侧围堤转弯处以及西江桥左侧桥头需采取防护措施。

综合比较上述方案，方案2的桥孔布置及新疏浚河道位置从河道演变、维持多汊河道稳定方面优于方案1；从经济角度考虑，该线需采取的防护工程也相对较少，因此，将此方案作为推荐方案。

1002－0624（2017）05－0039－02

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2017-01-22