桥头渡槽跨朱家川河防洪评价

2020-11-19史玉洁

陕西水利 2020年9期

史玉洁

（山西省中部引黄工程建设管理局，山西太原 030012）

1 工程概述

桥头渡槽位于保德县桥头镇，上跨朱家川河，上游方向与2#暗涵相接，下游方向通过3#暗涵与2#隧洞相连。朱家川河沟底地面高程957.0 m 左右，底宽约80 m，河谷呈“U”型，岸坡陡立，底部近乎直立，上部较缓。渡槽在桩号总15+657（改）～总15+667（改）段下部有神保线公路穿过。渡槽为5 孔，槽墩采用C35 钢筋混凝土矩形空心墩，下接承台。桩径1.8 m，桩长12 m～18 m，共28 根。桥头渡槽设计洪水标准为50 年一遇，校核洪水标准为200 年一遇。

2 渡槽槽墩、基础与河道位置关系

朱家川河在神池、五寨境内为上游，河曲、保德段为下游。上游河道属宽浅型河谷，其间大部分干流河床宽浅，纵坡平缓，岸滩开阔，比降约为4‰，行洪河槽介于60 m～140 m 之间。干流下游进入河曲，由宽浅型河谷逐渐变为窄深型沟槽，经保德汇入黄河，行进于黄土丘陵之间，在61 km 的距离内，落差达400 m，平均坡降7‰。由于洪水期水流急湍，形成目前河道深切，两岸陡峻，河底基岩出露的“V”型狭谷河道，较窄处宽度仅10 余米。干流由保德桥头镇至花园村为河流出口段，该段处于黄河沿岸土石山区，河谷较宽，冰期水宽可达100 余米。

桥头渡槽横跨朱家川河，0#和5#桥台、1#和4#槽墩设置在陡峭的半山坡上，2#和3#槽墩位于朱家川河内，2#槽墩、3#槽墩布置型式及与河道位置关系见图1。

2#槽墩位于右岸河床内，地面高程为956.33 m，桥墩基础厚3.5 m，其下为桩基础，桩深18 m。3#槽墩位于左岸河岸边，地面高程为962.31 m，桥墩基础厚3.5 m，其下为桩基础，桩深18 m。根据地质资料揭示，需对持力层地质灰岩、豹皮灰岩岩体较破碎处进行固结灌浆。

图1 桥头渡槽2#、3# 槽墩位置图

3 防洪评价计算

3.1 桥头站设计洪水

桥头水文站的洪峰流量计算成果为：P=5%洪峰流量1560 m3/s，P=2%洪峰流量 2530 m3/s，P=0.5%洪峰流量 4160 m3/s。桥头站设计洪水成果见表1。

表1 桥头站设计洪水成果表

3.2 洪水成果合理性分析

本次对桥头站2009 年～2015 年洪峰流量调查，无较大洪水发生，且1956 年～2008 年53 年洪水系列中包括了丰、平、枯各种年份，故认为采用1956 年～2008 年53 年洪水系列是合理的。桥头水文站无历史调查洪水记载，在洪水系列成果中1967年实测洪水最大，最大洪峰流量为2420 m3/s，距今已有50 年，与P=2%洪峰流量2530 m3/s 接近，故认为本次设计洪水采用成果是合理的。故渡槽位置处20 年、50 年和200 年一遇洪水的洪峰流量分别为1560 m3/s，2530 m3/s 和4160 m3/s。

3.3 下游初始断面水位～流量关系

桥头渡槽下游138 m 处为一座小村桥，小村桥桥孔断面为城门洞型，上部为圆拱形，拱高2 m，下部近似为矩形，底宽10 m，高9 m。桥下河道断面窄深，在上下游河道中恰好形成一个卡口，符合水面线初始断面的选择要求，故作为水面线计算的初始断面。采用堰流公式进行计算，计算结果见表2 及图2。在水位～流量关系图上查得：洪峰流量为1560 m3/s 时，相应洪水位为967.94 m；洪峰流量为2530 m3/s，相应洪水位为969.46 m；洪峰流量为4160 m3/s 时，相应洪水位为971.50 m。

表2 水位～流量关系计算成果

图2 桥头渡槽下游138 m 处小村桥水位～流量关系图

3.4 水面线计算结果

依据本次测量纵、横断面资料、洪峰流量及初始水位计算成果，对渡槽建设前后两种工况分别进行水面线计算，以此分析工程建设对河道泄洪的影响。

渡槽建设前后水面线计算结果见图3 及图4、图5，发生20 年一遇洪水，渡槽建设前后洪水位均在两岸岸坡之内，不影响河道行洪。发生50 年一遇洪水，渡槽建设前、后洪水位局部地段高于现状左岸神保公路。

图3 桥头渡槽建设前后河道纵断面及水面线图

图4 桥头渡槽建设前河道断面及水位示意图

图5 桥头渡槽建设后河道断面及水位示意图

3.5 壅水高度及范围分析

依据以上水面线计算成果，对工程建设后的壅水影响进行分析。渡槽建设后，位于河道内的槽墩占据过水面积，增大了水流阻力，造成河道一定范围内水位壅高，行洪能力降低。发生20 年一遇洪水时，槽墩阻水比17.18%，渡槽跨河处水位壅高0.09 m，壅水长度为303 m。发生50 年一遇洪水时，槽墩阻水比16.96%，渡槽跨河处水位壅高0.12 m，壅水长度为429 m。发生200 年一遇洪水时，槽墩阻水比16.92%，渡槽跨河处水位壅高0.23 m，壅水长度为643 m。

3.6 冲刷分析计算

根据中部引黄工程桥头渡槽地质资料及桥头渡槽技施地质纵断图，河床上层碎石土及卵石混合土层（厚度0～3 m）施工前已全部挖除，渡槽基础（厚3.5 m）持力层中的灰岩、豹皮灰岩岩体较破碎处进行固结灌浆。因此桥墩基础已埋设至岩基上，岩基不易被冲刷。

3.7 渡槽梁底部高程复核计算

渡槽梁底部高程复核计算成果见表3。经复核，桥头渡槽梁底部高程应高于976.14 m，桥头渡槽设计梁底板高程为1018.25 m，远高于本次复核结果，因此渡槽设计满足防洪标准。

4 防洪综合评价

渡槽的建设对河道行洪有一定影响。桥头渡槽横跨朱家川河，槽墩基本顺水流方向布置，当发生20 年一遇洪水时，桥头渡槽槽墩阻水比为17.18%，对流速及水流方向有一定改变。桥头渡槽3#槽墩紧邻左岸岸坡，距神保公路约10 m，在槽墩施工过程中，需要开挖地基，可能造成岸坡的损毁，对岸坡的稳定有影响。渡槽建设造成的河道上游壅水，不会影响河道防洪安全。桥头渡槽位置处左右岸均无提防，而渡槽梁底高程为1018.25 m，净高为50 m 左右，远大于5 m，不影响防汛抢险。因此，渡槽在运行期间对防汛抢险无影响。桥头渡槽建成后，当发生50 年一遇洪水时会淹及左岸神保公路。渡槽建设后，槽墩墩柱束窄河道，造成桥位一定范围内水位壅高，壅水范围为429 m，上游257 m 处神朔铁路桥壅高仅为0.04 m～0.16 m，不会影响到铁路桥正常运行。渡槽在施工过程中，必将对局部地表进行扰动，而且要永久或临时占用河道或水利工程管理范围内土地。