汤旺河大桥改扩建工程防洪评价研究

张伟尧

(黑龙江省佳木斯水文局，黑龙江 佳木斯 154002)



汤旺河大桥改扩建工程防洪评价研究

张伟尧

(黑龙江省佳木斯水文局，黑龙江 佳木斯 154002)

文章在收集、整理汤旺河论证范围内有关工程和工程区各年代地形图、水文资料、规划报告的基础上，通过现场勘察论证河段基本情况，掌握论证河段河势演变规律，调查河段内既有设施的现有标准和规划目标，作为拟建工程防洪评价的基础资料，分析研究该河段河势演变特点，河床滩槽冲淤变化和演变规律，并对今后一定时期内的河道演变趋势作预测。采用一维恒定流数学模型的方法，计算不同水文(洪水)条件下水面线、流速值以及河床冲淤的情况。分析由于河道的冲淤对工程的影响，工程建设造成的流速、水位的变化和对防洪排涝、河道泄洪、堤防、护岸及防洪抢险等产生的影响，并分析论证该工程建成后对河道内第三方权益的影响。

汤旺河大桥；改扩建工程；防洪评价；设计洪水；水面线

1 概 述

新青区汤旺河大桥是黑龙江省国道“2843”公路网中纵5线、编号G222嘉荫至临江国道(简称嘉临公路)经过伊春市新青区汤旺河的跨河桥梁工程。嘉临公路起于黑龙江省嘉荫口岸，终于吉林省的临江市，规划路径纵贯黑龙江省中部地区，跨越伊春、绥化、哈尔滨三市地域，是黑龙江省中部腹地城市群纵向快速连接的重要通道。嘉临公路汤旺河至伊春段既有二级公路建成于2002、2005年，随着黑龙江省经济的快速发展，特别是黑龙江省腹地农业经济和旅游经济的发展，既有道路的服务水平和通行能力严重下降，因此对既有道路进行扩容是必要的。鉴于上述原因，黑龙江省交通运输厅于2014年10月委托黑龙江省公路勘察设计院开展国道嘉临公路汤旺河至伊春段改扩建工程的可行性研究工作。根据可研报告，拟对新青区汤旺河大桥进行改扩建，原有旧桥加固利用并新建半幅桥梁，上部采用预应力混凝土简支转连续箱梁，下部采用柱式桥墩，肋式桥台，钻孔桩基础，桥跨布置为15m×30m，设计洪水频率为100a一遇，桥址处的100a一遇设计洪峰流量为1508m3/s，相应水位320.08m；桥梁为全跨过河。该工程属河道管理范围内建设的涉河工程，按照《黑龙江省河道管理条例》要求，本文对本工程的建设给行洪安全和河势稳定带来的影响进行分析与评价。

2 防洪评价计算

2.1 设计洪水采用

汤旺河2008年以后除2013年没有发生大洪水，根据洪水调查得知2013年洪水重现期在10a一遇左右，洪水系列进行延长后洪水设计值将变小[1-2]。从工程的安全的角度，并且兼顾工程的一致性，本次不进行洪水系列的延长，仍采用已经批复的《黑龙江省伊春市新青区汤旺河治理工程可行性研究报告》中五营站设计成果，详见表1。以五营水文站为设计参证站，桥址断面设计洪峰流量按面积指数法推求，成果见表2。

表1 汤旺河干流五营站设计洪峰流量成果表

表2 桥址断面设计洪水成果表

2.2 水面线及壅水计算

1)计算公式：

水面线采用恒定流用能量方程(Bernoulli方程)计算，试算过程采用Handsion方法并辅助以逐步迭代法，从下游向上游逐个断面计算水位，计算方程如下。

(1)

桥梁的壅水采用铁三院《铁路工程水文勘测设计规范》介绍的经验公式计算，公式如下：

(2)

2)水面线成果及壅水高度：

水面线计算成果见表3-表5。从表3、表4、表5中可以看出，与现状河道(旧桥)相比，桥梁改扩建工程完工后，现状大桥加固利用，在上游侧新建半幅新桥，增加了桥墩的阻水面积。当发生大桥设计标准100a一遇洪水时，桥位处水位为320.08m，水位壅高0.03m，回水长度约60m；当发生河道防洪标准20a一遇洪水时，桥位处水位为319.02m，水位壅高0.02m，回水长度约40m。 与天然河道相比，当发生大桥设计标准100a一遇洪水时，桥位处水位为320.08m，水位壅高0.11m，回水长度约260m；建桥后当发生20a一遇洪水时，桥位处水位为319.02m，水位壅高0.07m，回水长度约200m。

表3 改扩建工程实施后河道各频率洪峰水面线计算成果表 m

表4 改扩建工程实施后-天然河道水面线壅高计算成果表 m

表5 改扩建工程实施后-现状河道(旧桥)水面线壅高计算成果表 m

2.3 冲刷计算

桥墩台冲刷深度采用《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2015)中的冲刷计算公式(本文略)。工程所在河段河槽、河滩土质以非黏性土为主，冲刷计算结果见表6。

表6 桥位断面冲刷深度计算成果表 m

冲刷深度计算成果表明，当发生100a一遇洪水时，桥址处最大可能冲刷深度为4.03m；发生20a一遇洪水时，桥址处最大可能冲刷深度为3.40m。

3 综合评价及结论

3.1 工程建设对行洪安全的影响分析

拟建工程实施后与现状河道(旧桥)比较，在发生河道设计标准洪水20a一遇(Q=840m3/s)时，水位壅高0.02m，回水长度约40m；拟建工程实施后与天然河道比较，在发生河道设计标准洪水20a一遇(Q=840m3/s)时，水位壅高0.07m，回水长度为200m。项目建设后河道壅水高度较小，不降低两岸防洪标准，能保证行洪安全。发生桥梁设计标准100a一遇洪水时，根据《公路工程水文勘测设计规范》JTGC30—2015，考虑风浪高(经计算为0.24m)、桥下净空安全值(根据该规范表6.4.1取值为0.5m)，则本工程梁底最小净空值为0.74m。100a一遇洪水时，建桥后桥址处水位为320.08m，最小梁底为329.12m，净空为9.04m，>0.74m，梁底标高满足行洪要求。

3.2 工程建设对河势稳定影响分析

桥梁工程实施后，发生河道设计标准20a一遇洪水时，桥位断面滩地流速为0.59m/s，与现状河道基本一致；主槽流速为2.60m/s，较现状河道流速(2.58m/s)增加了0.02m/s，桥墩部位局部最大冲刷深度为3.40m，最大冲刷深度仅体现在桥墩局部，桥梁上下游河道冲刷深度没有改变，且桥梁节点束缚着河势变化，因此，不会对河势稳定造成不利影响[3-4]。

3.3 建设项目防御洪水的设防标准合理性评价

新建桥梁工程为钻孔桩基础，桩长15.0m，冲刷深度计算成果表明，当发生100a一遇洪水时，桥址处最大可能冲刷深度为4.03m，大桥基础埋深满足《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2015)规定的基底埋深安全值2.0m的要求，设防措施适当。原有大桥为扩大基础，基础埋深4.45m。冲刷深度计算成果表明，当发生100a一遇洪水时，桥址处最大可能冲刷深度为4.03m，基底埋深安全值仅为0.42m，现有新青大桥基础埋深不满足《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2015)规定的基底埋深安全值2.0m的要求，设计单位旧桥加固方案中已对其进行了石笼防护设计，设防措施适当。

[1]万建忠,张锦家,牟汉书.浅谈防洪评价应注意的几个问题[J].江苏水利,2007(11):89-90.

[2]刘俊勇,陈军.广州后航道某污泥处理码头工程防洪影响分析与评价[J].人民珠江,2007(05):57-58.

[3]吴鸿亮,唐德善,周克发,等.基于物元理论的城市防洪体系综合评价研究[J].水力发电，2007(09)：12-15.

[4]赵毅夫,田华,黄大榕.哈拉哈河东旗口岸大桥防洪评价[J].内蒙古水利，2007(02)：66-68.

1007-7596(2017)04-0016-03

2017-03-06

张伟尧(1982-)，男，黑龙江哈尔滨人，工程师。

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