涡河四桥防洪评价分析

陈应胜

(铜陵市义安区水利局，安徽 铜陵 244100)

1 概况

涡河是淮北地区跨豫、皖两省的骨干排水河道，发源于河南省开封市黄河南岸，流经河南省的开封、尉氏、通许、太康、杞县、柘城、鹿邑县和安徽省的亳州市谯城、涡阳、蒙城等县区，于怀远县城附近汇入淮河。河道全长396 km，流域总面积15 900 km2。亳州市惠济河口以上为上游，以下为中下游。上游分为两支，南支为涡河干流，流域面积为4 135 km2；北支为惠济河，流域面积为4 315 km2。我省地处涡河中下游，境内流域面积4 340 km2，河道长度226 km。皖境涡河干流建有大寺、涡阳和蒙城3座节制闸。

涡河流域地势平坦，为黄河冲积平原。上游沿陇海铁路北侧多粉砂土，易随风搬移，还有部分盐碱土，其余大部分为两合土；中下游除谯城区大部分为沙壤土外，其余均为砂礓土；距干流2 km外一般为淤壤土。涡河四桥工程位于安徽省蒙城县，蒙城闸上游约3.4 km处。设计多孔跨径总长1 072.5 m，单孔跨径最大145 m，属特大型桥梁，主桥采用(80+145+80)m变截面预应力混凝土连续箱梁，主桥上部结构采用挂篮悬臂浇筑法施工。主墩下部结构采用双薄壁桥墩，承台采用15.0×11.0×3.5 m的矩形承台，桩基采用18根直径1.8 m的钻孔灌注桩基础，过渡墩采用桩柱式桥墩，每根柱下接2根1.8 m的钻孔灌注桩基础。引桥上部结构采用40 m先简支后连续预应力混凝土T梁，单幅每跨9片小箱梁。引桥下部结构采用桩柱式桥墩，墩柱为4根直径1.4 m的圆柱，桩基采用4根1.6 m钻孔灌注桩基础。

拟建桥位区地势较平坦开阔，桥址处大地貌单元为淮北中南部河谷和河间平原，桥位区微地貌为剥蚀平地。

2 桥址处设计洪水分析

涡河流域汛期的洪水均由暴雨产生，形成大暴雨的主要天气系统是切变线和低涡，暴雨具有持续时间长(1～2个月或以上)、范围大的特点，易形成流域性大洪水，如1963年洪水。在汛期后期，往往遭受台风暴雨袭击，特点是范围较小，历时较短，但强度大，易导致局部洪水发生。

参考《安徽省涡河近期治理工程初步设计总报告》，涡河各控制站设计流量采用如下：涡河惠济河口、惠济河河口5 a一遇550 m3/s，20 a一遇1 000 m3/s；小洪河河口5 a一遇1 040 m3/s，20 a一遇1 900 m3/s。5 a一遇，亳县、蒙城分别是1 200 m3/s，1 600 m3/s；20 a一遇，亳县、蒙城分别是2 200 m3/s、2 400 m3/s。

涡河四桥桥址处设计水位根据上、下游节点不同频率洪水设计水面线内差求得，主槽糙率0.022 5，滩地糙率0.030。桥位处设计水位、流量见表1。

3 桥梁壅水及冲刷

3.1 桥梁壅水高度

桥梁建设后，桥墩占用河道过水断面面积并增加了水流局部的损失，导致桥前水位雍高。另由于过流断面面积减小，桥下水流流速增大，桥墩附近水流在河床易形成淘刷漩涡，引起桥址处河床的一般冲刷和局部冲刷。桥前水位雍高及水流对河床的冲刷主要与洪峰流量、桥址处河道纵横断面、河床地质、桥墩几何形状等因素有关。根据《桥涵水文》，桥前壅水高度计算公式为：

(1)

式中：ΔZ为壅水高度(m)；V为桥下断面平均流速(m/s)；V0为桥前断面平均流速(m/s)；η为系数，根据河流类型及河滩地过水能力可查阅相关资料。

壅水曲线长：

(2)

式中I为桥址河段水面比降。

表1 工程处设计水位、流量表

经计算，拟建涡河四桥20 a一遇设计洪水壅水高度为0.002 m，壅水曲线长度为67.7 m，工程阻水面积占桥前过水面积的1.55%；50 a一遇设计洪水壅水高度为0.003 m，壅水曲线长度为87.0 m，工程阻水面积占桥前过水面积的1.75%。根据计算结果，大桥工程建设对河道的泄洪能力影响较小。桥前壅水计算成果见表2。

表2 桥前壅水计算表

3.2 冲刷深度

依据JTG C30—2002《公路工程水文勘测设计规范》的规定及桥址处河床土壤特性，分别采用相应的冲刷计算公式。依据地勘资料，涡河河床地质为粉质黏土，故采用黏性土河床计算公式：

1)黏性土河床一般冲刷计算公式：

河滩部分：

(3)

河槽部分：

(4)

2)黏性土河床桥墩局部冲刷计算

计算公式如下：

(5)

(6)

涡河四桥新建后在10 a一遇、50 a一遇洪水情况下，桥位处冲刷计算成果见表3。

表3 冲刷计算成果表

表3(续)

由表3可知，拟建涡河四桥工程20 a一遇洪水位时，河槽部分桥墩一般冲刷深度和局部冲刷深度的最不利组合为1.85 m，河滩部分为0.46 m；50 a一遇洪水位时，河槽部分桥墩一般冲刷深度和局部冲刷深度的最不利组合为2.62 m，河滩部分为1.00 m。

4 涡河四桥防洪评价分析

1)大桥设计过堤方式采用立交，两岸堤顶桥下净空高程>4.5 m，满足防汛交通要求。涡河四桥桥轴线的法线方向与水流流向的交角为0°，采用145 m跨变截面箱梁一跨跨越主河道，通航净宽90 m，净高8m。桥下净空满足通航要求。

2)由于桥墩阻水减少了河道有效行洪断面面积，大桥工程建设在一定程度上降低了河道的泄洪能力，为了消除桥墩阻水对河道行洪的不利影响，应采取必要的断面补偿措施。

3)根据渗流稳定分析，近堤脚桥墩和堤基的结合部位易成为堤防渗透稳定的薄弱环节，施工中应加强质量控制，并作桥墩局部防渗处理。

5 结语

1)根据冲刷计算结果以及断面补偿措施重新校核墩台高程。运行期加强对桥墩周边区域冲刷坑的监测，以确保工程的安全运行。

2)工程若跨汛期施工，施工单位应制定度汛方案及施工期防洪应急预案，保障施工安全。

3)汛期来临前应及时清除河道及滩地施工区临时建筑物、施工设备等，保证行洪安全。

4)如存在影响其他第三人合法水事权益，应依有关法规调解或补偿。