高速公路跨河桥梁防洪影响分析

张 鹏

(河北省子牙河河务管理处， 河北 衡水 053000)

高速公路跨河桥梁防洪影响分析

张 鹏

(河北省子牙河河务管理处， 河北 衡水 053000)

跨河桥梁会对河道行洪及桥址河段涉水建筑物造成一定影响。跨河角度和桥墩型式布置不当，会带来汛期水位壅高、河道冲刷等一系列问题，对河势稳定、防汛抢险和水利管理带来影响。本文简要介绍了防洪影响分析计算，并结合工程实例进行分析，提出相应措施及要求。

防洪影响分析； 工程实例； 措施及要求

高速公路的建设要跨越河道建设桥梁是不可避免的。桥墩占据河道部分行洪断面，导致桥址断面上游河道水位产生一定壅高，局部水流流态发生变化，对河道的防洪安全产生不利影响；当发生洪水时，洪水对桥墩和岸坡有一定强度的冲刷作用，危及桥梁自身的安全，因此对新建跨河桥梁进行防洪影响分析是必要的。

1 防洪影响分析

1.1 壅水分析与计算

桥梁建成后，桥墩侵占河道过水面积，阻水明显，使桥址处河段水位抬高、流速增大，过水断面面积减小，造成桥址上游洪水位雍高。壅水高度及长度的计算，建议根据《铁路工程水文勘测设计规范》(TB 10017—1999)、《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30—2015)中的相关公式计算。

a. 《铁路工程水文勘测设计规范》(TB 10017—1999)中的壅水计算公式为：

式中 ΔZ——桥前最大壅水高度，m；η——与建筑物阻断流量(过水断面面积比)有关的系数；

b. 《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30—2002)中的壅水计算公式为：

c. 壅水长度计算公式：

式中L——壅水长度，m；I——桥址河段天然水面坡度(以小数计)。

1.2 冲刷分析与计算

在天然河道上修建桥梁后，桥下冲刷，除河床自然演变，还有桥孔压缩水流和桥墩阻水引起的冲刷变形。桥下一般冲刷是因水流受桥墩的阻壅作用，河道单宽流量增加，局部水面比降和流速加大所致，局部冲刷是因桥墩附近形成复杂的水流结构而产生，河床演变是一个复杂的自然过程，目前尚无可靠的计算方法，且短时间内变化较小，可忽略，因此桥下冲刷只考虑一般冲刷和局部冲刷。桥下冲刷计算，根据河床质土壤组成以及地址资料的不同采用相应计算公式，限于篇幅仅列出黏性土的主槽和滩地的冲刷公式。

a. 一般冲刷采用《铁路工程水文勘测设计规范》(TB 10017—1999)推荐的公式计算。

主槽部分冲刷公式为：

滩地部分冲刷公式为：

b. 局部冲刷采用《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30—2002)推荐的公式计算。

当hp/B1≥2.5时：

当hp/B1<12.5时：

式中hb——局部冲刷深度；IL——黏性土液性指数，适用范围0.16～1.48；kξ——桥墩墩形系数；B1——桥墩计算宽度，m。

1.3 堤防影响分析

跨河桥梁对河道堤防的影响主要从四个方面进行分析：ⓐ行洪形势影响分析；ⓑ建设项目防洪安全分析；ⓒ对防汛抢险影响分析；ⓓ其他影响分析。

1.4 防治措施及要求

通过前面的水文分析计算和桥梁对河道堤防影响分析后，提出河道堤防的防治措施及要求。

2 实例分析

2.1 基本情况

邢衡高速公路跨滏阳河桥址位于冀州市王孟王村东，桥梁总长2220m，共74孔，孔径30m，桥梁与河流中泓方向交角为75°，梁底高程30.80～30.93m，桥梁跨越滏阳河河流处上部结构采用预应力混凝土连续箱梁，下部结构为肋板式、柱式桥台，柱式桥墩，桩径为1.50m、1.30m，桩基埋深均为20m。

2.2 防洪影响分析

邢衡高速公路等级为一级，依据中华人民共和国国家标准《防洪标准》(GB50201—1994)、中华人民共和国行业标准《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30—2002)确定拟建滏阳河特大桥防洪标准为300年，依据《子牙河系防洪规划报告》确定滏阳河治理标准为5年，村庄防洪标准为10年，因此防洪影响分析标准按300年、10年、5年一遇3个标准进行分析计算。

2.2.1 桥梁布置分析

桥址处顺桥位方向主槽宽85m，左岸至右堤宽1975m(无左堤)，桥长大于河道宽度，桥梁未压缩河道行洪断面。根据《河北省防洪评价编制技术大纲》的要求，桥梁与一般河道的交角应在70°～110°。滏阳河属于一般河道，桥梁与河流中泓方向交角为75°，满足上述要求。桥墩沿水流方向布置，墩台中心线与水流方向基本平行。

2.2.2 洪水位及壅水、冲刷分析

a. 现状情况下交叉断面洪水位。桥址河段滩槽分明，河道较规整，通过洪水复核反推“综合糙率”，并根据其他类似河道糙率综合分析确定，主槽糙率取0.028，滩地糙率取0.05。根据断面资料及选取的糙率，采用天然河道恒定非均匀流法，推算桥址河段的水位及流速。不同标准洪水位成果见表1。

表1 不同标准洪水位成果

b. 壅水、冲刷计算。根据前述的计算公式，结合工程实地查勘情况，桥前壅水最高高度、壅水长度、冲刷深度见表2。

表2 壅水计算、冲刷深度计算成果

2.3 行洪形势影响分析

桥址河段河道治理标准5年一遇现状河道洪水位23.19m，桥梁修建后壅水高度为0.035m，壅水影响范围至上游100m。桥址交叉断面左右岸高程为24.02m、23.76m，桥梁修建后，各种边界条件有一定的壅水，但是，壅水影响不大，影响范围较短。由于桥梁长度大于300年一遇洪水行洪范围，对水流未造成大的改变，平均流速增加不大，水流流向基本不变，对河道大的流势流态影响不大。但河道内的桥墩对局部水流略有改变，使桥墩附近的流速加大，在桥墩附近产生局部冲刷，对临墩岸坡稳定产生一定的影响。

2.4 建设项目防洪安全分析

桥梁防洪安全分析主要包括以下内容：桥梁本身的防洪标准是否能满足国家标准；桥梁渠底设计高程是否满足防洪要求；桥梁基础埋置深度是否考虑了河道一般冲刷等。桥梁允许最低梁底板高程由设计洪水位、壅水高度、风浪高及桥下净空等参数确定，根据《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC 30—2002)中的有关公式进行计算，计算结果见表3。

表3 滏阳河特大桥桥梁技术指标

桥梁设计防洪标准为300年一遇，符合规范要求。从表3中可以看出，滏阳河特大桥设计渠底高程高于允许最低梁底高程，满足300年一遇自身防洪安全要求。桥梁建成后，由于桥墩的布置将造成桥墩周围局部冲刷，对桥梁的稳定构成不利影响。

桥梁基础设计采用桩基础，桩基础埋深20m，满足抗冲要求。

2.5 对防汛抢险及其他影响分析

桥梁跨越滏阳河左岸无堤防，梁底距地面以上距离为6.91m，右堤处桥梁设计净空为5.14m，基本满足防汛车辆正常通行的要求。桥址河段左岸下游470m处有村庄，根据规范，村庄防洪标准按10年一遇，现状河道断面下10年一遇水位23.41m，桥梁修建后壅水高度为0.04m，10年一遇洪水未出主槽，对村庄防洪没有影响。

3 措施及要求

桥墩的布置减小了河道过水断面，断面流速有所增加，同时，桥墩布置在主槽边坡上，一旦行洪，对河道边坡稳定产生一定影响，为保证堤防安全和河势稳定，公路设计中应尽量调整桥墩布置，避开主槽边坡，并应增加桥址附近的主槽岸坡防护工程，防护长度为桥梁投影上游50m至下游50m，护砌深度至冲刷线以下0.5m。为使主槽河势相对稳定，保证高速公路和河道的防护安全，桥梁施工时应保护现有堤防，如有破坏必须恢复。

4 结 语

建桥以后，河流受到桥头引道的压缩和墩台阻水的影响，改变了水流和泥沙的天然状况，引起河床的冲淤变形，危及河道堤防安全。应对拟建桥梁做水利规划、防洪标准的适应性分析；对行洪安全的影响分析；对堤防及防汛抢险的影响分析；对河势稳定的影响分析，分析后应提供相应的防治措施。

[1] SL 44—2006 水利水电工程设计洪水计算规范[S].北京：中国水利水电出版社，2006.

[2] GB 50201—1994 防洪标准[S].北京:水利电力出版社，1994.

[3] GB 50286—2013 堤防工程设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，1998.

[4] JTG C30—2002 公路工程水文勘测设计规范[S].北京：人民交通出版社，2002.

[5] TB 10017—1999 铁路工程水文勘测设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，1999.

Analysis on highway water-crossing bridge flood control influence

ZHANG Peng

(HebeiZiyaRiverManagementDepartment,Hengshui053000,China)

Water-crossing bridges have certain influence on river flood control and river-related buildings in the river section with bridge. Improper river-crossing angles and pier model layout can lead to a series of problems, such as high water level during flood reason, river erosion, etc., which have influence on river regime stability, flood control and water conservancy management. In the paper, flood control influence analysis and calculation are briefly introduced, engineering example is combined for analysis, and corresponding measures and requirements are proposed.

flood control influence analysis; engineering example; measures and requirements

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.06.006

TV87

A

1005-4774(2017)06- 0023- 03