某高速公路跨河桥涵水文及壅水分析计算

冯 露 许 可 刘锦雯

（1.安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院 合肥 233088 2.南水北调东线江苏水源有限责任公司 南京 210009）

1 项目概况

该项目拟建高速公路位于两湖之间，全线高速公路设计速度为120km/h，路线全长17.711km。全线桥涵设计汽车荷载等级采用公路-Ⅰ级，采用双向八车道高速公路标准，路面总宽42m。项目沿线跨越A河、B河和C河3条骨干河道及25条村镇河道，沿线路设置了12座箱涵跨越上述河道，其中跨越A、B、C三条骨干河道的桥梁设置如下：

A河：桥梁位于A河工程桩号7+001.3处，采用3×30m预应力混凝土连续箱梁横跨A河，桥墩顺河道方向布设，钻孔灌注桩基础。

B河：B河特大桥全程1232.2m，主桥采用55+95+55m三跨预应力混凝土变截面连续箱梁，主跨95m，一跨跨越航道。主墩采用实体墩，基础为钻孔灌注群桩基础。

C河：C河中桥桥梁与河道中心线夹角为110°，桥梁全长81.4m。桥梁采用3×25m装配式PC箱型连续梁跨越C河，上部结构采用装配式PC箱型连续梁，下部结构为柱式桥墩、肋板式桥台，钻孔灌注桩基础。

2 水文分析计算

2.1 设计暴雨

为与流域规划协调，区域的设计暴雨均采用《某湖流域防洪规划》《某湖流域湖西区防洪规划》中的计算年型及计算雨量。

经分析论证，《某湖流域防洪规划》确定流域100年一遇的“54同倍比”“91上游”“91北部”和“99南部”雨型，雨型基本反映了流域性洪水的地区组成特点，不同组合雨型反映了流域暴雨时空分布的不利情况，而“91上游”“91北部”和“99南部”雨型更为典型。

考虑到1991年、1931年、1923年大洪水，特别是1991年特大暴雨对湖西区的影响，《某湖流域湖西区防洪规划》选用1991年型为区域防洪规划设计典型暴雨。

通过P-Ⅲ型曲线对不同历时雨量系列进行目估适线。适线中重点注意中上部点据的拟合程度和各时段参数间的协调，雨量频率分析成果见表1。

2.2 设计水位、流量

根据标段水文分析报告，水位利用频率分析成果和水利规划成果，通过地理位置内插的方法确定。设计流量A河、B河、C河采用规划成果，其他河道根据防洪设计水位计算过水断面，通过水力学流量公式计算。除A河、B河、C河外，其他河道在区域规划实施后，百年一遇水位时因上游节制闸控制影响，河道流量减小。

本文重点进行跨A河大桥和C河中桥壅水计算，分析其对河道行洪、汇流的影响，以及因建桥带来的局部冲刷问题，见表2。

3 壅水分析计算

3.1 壅水计算工况

根据桥址处水位分析成果，及可能最大水面比降情况，选取如下工况对壅水高度进行计算：防洪标准100年一遇，A河设计流量221.8m3/s，桥址处水位3.41m；C河设计流量186m3/s，桥址处水位3.31m。引水工况，A河设计流量88m3/s，桥址处水位1.82m；C河设计流量57m3/s，桥址处水位1.95m。

3.2 桥位处土质指标采用

表1 湖西区面雨量频率分析成果表（单位：mm）

表2 线路沿线河道水位流量分析成果表

根据A河和C河桥位处工程地质勘探试验综合成果建议值表确定土质指标相关数据，此次按密实土进行桥前最大壅水高度计算。

3.3 桥前最大壅水高度计算

参考《公路桥位勘测设计规范》（JTJ062-1991）进行壅水高度计算，采用通用公式进行了计算。

通用壅水高度计算公式：

式中：η——反映桥墩阻断流量（Q阻）与设计流量的比值的系数，分别为泓滩的过水面积、湿周，求得阻断流量与设计流量的比值，查规范表8.4.1-2得系数η，见表3；

QP—设计流量，QP=Q泓+Q滩；

V0—断面平均流速，

表3 η值表

表4 桥后桥前最大壅水高度及壅水曲线长度（宽滩公式）表

VM—桥下平均流速（m/s），松软土取密实土取

V0M—天然水位桥下平均流速，

Q0M—天然水位下桥下通过的设计流量Q滩阻－Q泓阻；

根据上述的公式、土质指标及各项参数，计算出行洪时桥前最大壅水高度：A河0.0016m，C河0.0025m；引水时，桥前最大壅水高度：A河0.0005m，C河0.0004m，见表3。

3.4 建桥后壅水曲线长度

依据原《公路桥位勘测设计规范》（JTJ62-91）中壅水曲线长度计算，计算公式如下：

ΔZ水位—相邻两断面的水位差；

ΔL—相邻两断面的间距。

该地区为平原河网区，水面比降平缓，一般在十万分之一左右。行洪时，壅水曲线A河桥下最长为313m，C河桥下最长为495m。引水时，壅水曲线A河桥下最长为91m，C河桥下最长为80m，桥后桥前最大壅水高度及壅水曲线长度计算成果见表4■