浅析桥梁跨越河流防洪综合评价

卢伟升

（湖南省水务规划设计院有限公司，湖南 长沙 410005）

1 工程简介

1.1 项目概况

根据当前湖南省及国家高速公路网规划计划可知，桑植至龙山高速公路为张家界——南充国家高速公路G5515 的重要组成部分。2010 年6 月湖南省张家界市高速公路建设办公室委托中交第一公路勘察设计研究院针对该路段进行可行性研究，为后续建设方案决策提供科学依据。2019 年湖南省交通规划勘察设计院针对该路段开展初步设计。

根据建设方委托合同，本项目针对桑植至龙山高速公路桑植段贺龙特大桥等23 座涉河桥梁进行防洪影响评价。根据各桥所处位置及主管单位要求，其中贺龙特大桥和陈家河大桥由湖南省水利厅进行涉河桥梁防洪影响评价审查；李家坡大桥、李家沟大桥、两河口澧水大桥、岩壁大桥、凤阳坡大桥、陈家湾大桥、鲁家2 号大桥、狮子山大桥、官山坪大桥、弹簧坪大桥和上河溪互通A 匝道桥等11 座桥梁由张家界水利局进行桥梁防洪影响评价审查；其余位于湘西州境内的10 座桥梁由湘西州水利局进行桥梁防洪影响评价审查。

1.2 评价内容及指标

对于跨河桥梁工程来说，《中华人民共和国防洪法（2016 修正）》规定，其建设必须满足相应的防洪标准、规划要求，建设运营过程中要满足防洪安全管控要求，且经水行政主管部门进行审查、同意。跨河桥梁基础及施工区域会占据部分河道面积，河道过水断面缩小，桥梁基础之间的孔隙对水流的挤压作用增加，导致桥梁上游水位壅高，引发水位特征发生改变。若河道发生洪水灾害，河道内流量会短时间内暴涨，水流裹挟河床冲出泥沙，在桥台前缘及桥墩附近发生绕流，水流方向、速度都会发生变化，持续冲刷会造成局部冲刷坑，影响桥梁基础及整体安全[1]。

所以，对于跨河桥梁工程建设来说，需要对河道、洪水、水流、桥梁安全等因素进行分析、评价，从而把控跨河桥梁工程建设成效。具体来说，跨河桥梁工程防洪影响评价指标主要包括以下几点：

1）确保桥梁洪水设计标准与规划标准完全相符。

2）针对桥梁梁底高程数值，确保满足河道防洪泄洪工作标准要求。

3）关注桥梁设置是否会造成河道水流在局部流速过大，甚至改变河道防洪泄洪方向，及其对河道堤岸的冲刷情况是否影响河道周边安全，桥墩能否承受相应标准的水流冲刷。

4）桥梁整体长度、桥墩尺寸及布置等重要参数要满足河道防洪泄洪工作标准。

5）桥梁壅水高度、曲线长度要满足工程建设及防洪泄洪工作标准。

6）其它指标因素，如施工工期、工艺、流程及桥梁防护等是否满足防洪泄洪工作标准。

2 桥梁跨越河流防洪综合评价

2.1 桥址设计洪水位

本涉河桥梁建设项目各个大桥设计洪水位的计算，主要是依据现状桥址控制断面的水位流量关系曲线进行推导求取，由设计流量插值相应水位。根据《湖南省桑植县贺龙水库枢纽第一期工程初步设计书》鱼潭口坝址澧水南源回水计算成果表可以推算出两河口澧水大桥、李家沟大桥设计洪水位处10 年一遇回水高程。其他桥梁桥址因上下游无控制断面，计算设计洪水位时需要结合河段实际情况、天然河道糙率表、洪调水面比降、测时水面线比降、河道横断面实测资料等数据确定[2]，其中本项目河道糙率取值范围在0.030～0.045 之间。综合以上数据，根据曼宁公式可知各桥址不同水位级的相应流量，推求桥位处Z～Q 关系，具体结果见表1。

表1 各桥位设计洪水位成果表

2.2 施工洪水分析

在涉河桥梁建设项目建设期间，需要考虑施工现场临时建筑对于河道行洪的影响，本项目按照5 年一遇施工洪水标准进行计算。可以选用周边水文站实测资料、参数，综合现场踏勘情况进行计算。

本次选用凉水口水文站1959—2018 年实测资料计算施工洪水，选取10 月至次年3 月最大流量，组成各时段流量数据，以P-Ⅲ型频率曲线法，依据以下公式计算相应频率：

目估适线，确定统计参数并计算各频率设计值。凉水口水文站施工洪水小于《贺龙至凉水口（新街）开发方案论证报告》结果，且该成果已通过审查，与《澧水流域规划》基本一致，基于工程安全性考虑，设计洪水采用贺龙至凉水口（新街）开发方案论证阶段成果。

2.3 工程阻水要素分析

本涉河桥梁建设项目中包含11 座跨越河道桥梁，其建设会对河道行洪面积产生影响。根据桥位断面实测河道大断面，结合桥址上下游河段的实际地形，才能确定建设区域河道实际过水面积及水面宽度[3]。综合桥梁设计单位方案计算河道防洪标准洪水位时，需要掌握各个桥梁的阻水面积、占用河道水面宽度，同时在设计水位条件下，计算桥梁阻水率（阻水结构在垂直于水流方向上的投影面积与河道过水断面面积之比），确定各个阻水要素的实际数值。

本建设项目中除两河口澧水大桥桥位以上流域面积553 km2外，其余桥梁桥位以上流域面积均小于200 km2，据此桥梁阻水率控制指标均可按照7%进行控制。

2.4 水位壅高计算及壅水范围的确认

阻水建筑水位壅高计算当前主要是依靠水面曲线法和经验公式法两种方式进行确认。而在桥梁建设完成后，上下游河段水流流态会出现变化，上游河段水位出现壅高，壅水范围受桥梁阻水作用决定[4]。本项目相应水位壅高计算及壅水范围的确认公式如下：

式中 L——壅水长度；

△Z——桥前水位最大壅高值；

S——水面比降。

2.5 岸坡及墩台冲刷分析

涉河桥梁建设完成后，过水断面面积会缩小，在桥址断面附近的水流速度会增加，水流挟沙力增强，对桥址断面附近进行冲刷，主要体现在对桥位两岸岸坡的冲刷和桥梁墩台的冲刷上。

对于岸坡冲刷来说，其冲刷计算主要依据《湖南省涉河桥梁水利规范技术规定（暂行）》确定的公式：

式中 hB——局部冲刷深度；

h、hp——分别为冲刷前和一般冲刷后水深；

Vp——建桥后计算水位时的主河槽平均流速；

VH——河床面上允许不冲流速；

n——与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取0.25；

t——一般冲刷深度；

ω1、ω2——建桥前后计算水位时的过水断面面积；

P——冲刷系数。对于桥梁墩台的冲刷来说，其主要是由河床演变、一般冲刷、局部冲刷三部分共同组成。在洪水冲刷过程中，这三种现象同步进行，河床演变属较为复杂的自然过程，无法使用简单的公式进行计算[5]。而为了便于分析和计算，假定局部冲刷是在一般冲刷完成后的基础上进行的，冲刷深度为这两种冲刷深度的叠加。

2.6 确立洪水影响综合评价的相关信息

综合此次涉河工程建设实际情况及现场具体需求来说，各个工程体系均能满足相关规划、设计要求。其中李家坡大桥、李家沟大桥、两河口澧水大桥、岩壁大桥、凤阳坡大桥、陈家湾大桥、鲁家2 号大桥、狮子山大桥、官山坪大桥、弹簧坪大桥以及上河溪互通A 匝道桥在河道河槽及两岸预留用地范围内设置了桥墩。

通过优化建设方案、制定防洪补救措施尽可能降低影响河道行洪成效。两河口澧水大桥位于陈家河两河口至下洞街段堤防护岸加固工程左岸K0+000～K0+500 加固堤护岸段，由于桥梁跨河桥墩均位于滩地，对护岸工程近岸流速、流向影响甚微，结合现场踏勘成果确认不会对河道已修建护岸工程稳定性产生不利影响。其余各座桥梁的建设不会对水利工程设施运行以及第三人合法水事权益产生影响。

2.7 主要的防治处理措施

当跨河桥梁工程建设完成后，受桥梁基础影响，附近水流会出现紊乱，水流流速在小范围内增大，对于桥梁周围堤岸及基础的冲刷力变大。为避免这种冲刷影响，结合张家界至南充国家高速公路桑植至龙山段（张家界段）涉河桥梁周边各处的水文、地质勘查情况确立相应的防治处理措施，具体如下：

为防治局部冲刷，保护现有河道，根据现场初步踏勘成果，本次拟对局部冲刷明显且河岸房屋较密集的河段采取护岸处理，处理范围如下：陈家湾大桥，河道护砌范围为桥位两岸上下游各80 m；鲁家2号大桥，河道护砌范围为桥位右岸上下游各100 m；狮子山大桥，河道护砌范围为桥位两岸上下游各50 m；上河溪互通A 匝道桥，河道护砌范围为桥位左岸上下游100 m，右岸上游100 m。河道护岸均采用浆砌石挡墙或浆砌石护坡，护坡从河底护至河坎地面高程，按现状坡比护砌。

3 结 语

跨河桥梁工程的防洪综合评价工作非常重要，需要综合现场建设区域的各项因素进行处理，建立科学、合理的防洪综合评价工作体系，借助有效的理论、方法，使防洪影响评价能够真实、有效地反应建设工程项目对河道洪水的影响，具体分析实际案例，以期获得实用、科学、完善的防洪综合评价体系，为后续跨河桥梁工程建设提供有力依据。