1、桥梁行洪论证的分析与计算 【摘要】各本文阐述了桥梁建成后壅水、冲刷、桥面中心最低高程等理论知识，并引入工程实例，通过具体分析，最后得出对工程设计实用可靠的结论。 【关键词】 行洪；壅水；冲刷； 1 引言 近年来，随着社会经济建设加快发展，涉河工程越来越多，如修建河堤，临河建筑物等，此类项目的行洪论证，只需要分析项目是否满足防洪标准及对上下游的行洪影响，而跨河桥梁的行洪考虑的因素较多，不仅分析项目建成后的行洪影响还要分析桥梁建成后自身是否安全。本文重点分析桥梁建成后产生的壅水、桥梁冲刷深度、桥面中心最低高程等特性，对于一般行洪论证的河势稳定只作简要说明。 2 壅水计算 2.1 壅水计算方法 涉河
2、桥梁修建后，断面形状、糙率系数及河道底坡沿程都有变化，其水力因素十分复杂。壅水计算思 路为先通过水文分析计算出桥梁下游控制断面的各频率设计洪水位，再以该断面为起算位置，分别推算项目建设前后评价河段各断面的水面线，从而求得该工程建设后对各断面行洪影响的壅水高度。水面线计算采用天然河道水位沿程变化的伯努利能量方程式： 式中：等式左边两项为上断面的势能和动能； z1、 z2分别代表下、上断面水位； a为流速分布系数； g 为重力加速度； hf 沿程水头损失； hj 局部水头损失； v 断面平均流速；对于沿程损失项，目前一般采用下述公式求解： 式中： ， ， ， R上上断面水力半径， R下下断面水力半
3、径 ， A上上断面面积， A下下断面面积， Q河道流量， L上下断面间距， n上下断面间河道平均糙率， 为局部水头损失系数。 2.2 回水长度计算 为了分析壅水对上游两岸产生的影响范围必须进行回水计算，根据桥涵水力水文一书推荐的壅水曲线长度的近似公式为： L=2Z/I 式中： L壅水曲线长度； Z 壅水高度； I河床比降 2.3 桥面中心最低高程分析 从大桥自身安全角度考虑，应计算大桥中心最低高程是否满足设计洪水频率和其它综合因素要求的安全高度。桥孔压缩水流后的桥下壅水、浪高、河湾超高、 河床淤积等引起的桥下水位增高，还要考虑设计最高通航水位及通航净空高度。根据人民交通出版社桥涵水力水文（第三
4、版）中对于通航河流桥面中心最低高程计算，通航河流桥面中心最低高程除应满足不通航河流的要求外，同时还应满足下式要求： 式中： 桥面中心最低高程（ m）； 设计最高通航水位（ m）； 通航净空高度（ m）； 桥梁上部结构建筑高度（ m），设计最高通航水位 。 3 工程实例 3.1 工程概况 以巴中城区在建的麻柳湾大桥为实例，该项目位于巴中市城区东面，建成后将连通巴中市江南、江 北的城市主干道，是连接南江河两岸畅通道路的重要枢纽工程。大桥建成后将为缓解城市交通压力、完善城市骨架、优化交通格局起到不可忽视的作用，同时也为巴中市的全面发展打下坚实的基础。 麻柳湾大桥及两头连接道路线全长 431.683m
5、（含引道）。主线桥梁长 368m， 主桥孔跨布置为 55+90+55m。主桥箱梁由预应力钢筋混凝土桥面板和钢梁组合而成，箱梁跨中高度 2.2m，墩顶高度 4.5m。引桥采用预应力混凝土箱形连续梁，标准跨度 20m，梁高 1.4m，桥墩直径为 1.5m，采用重力式桥台。 3.2 壅水计算 根据公路桥涵通用规范的规定，拟建麻柳湾大桥设计防洪标准为 100年一遇，大桥对评价河段影响按 30 年一遇洪水进行论证。 麻柳湾大桥位于南江河中下游，桥址断面以上集水面积约 2754km2，在其上游距离 5.5km处为巴中水文站，集水面积为 2732 km2，项目控制断面位置与巴中水文站集水面积以及地理位置相近
6、，故采用巴中水文站的实测资料利用面积比拟法进行水文计算，计算成果如表 1。 根据实地踏勘在评价河段内共布设了 4 个计算断面， 2 号断面为麻柳湾大桥，河段总长 1677m。测出近年来评价 河段各断面的洪痕水位，由洪痕水位推算出中、高洪水的水面比降范围为 0.42 0.67 ，低水水面比降采用枯水比降。根据巴中水文站 2011年 “7.6” 洪水水位和流量，推算出 1号断面的流量，并利用曼宁公式反算出该河床糙率为 0.022 0.026，利用伯努力能量方程推算出其它各断面建设前后的水位高程，从而求出壅水高度，麻柳湾大桥建设后工程河段各断面壅水计算成果见表 2 3.3 回水长度 麻柳湾大桥建成后
7、，在 P=1%（ 100 年一遇洪水重现期）时其壅水产生的回水长度为 1014.9m，在 4号断面下游基本 尖灭，回水淹没长度相对较短。 3.4 综合影响结论 1、工程建成后，在 100年一遇洪水时，工程占用 2号断面有效行洪河宽比原河宽减小 4.98%，行洪面积减少 4.01%，平均流速增大 4.09%，工程建设后改变了河道断面形状，对河流泥沙情势和河道特性有一定改变，所引起的变化仅局限在工程附近区域，河流经过一段时间的自动调整后，将恢复到原来的平衡状态。 2、工程建成后，在 100 年一遇洪水时，最大壅水高度 0.34m，壅水最大回水距离 1014.9m，工程修建后对上游将产生一定壅水影响
8、。由于巴中 市防洪堤达到了近 80年一遇的设计标准，在 30年一遇洪水时，本项目所造成的壅水对 2 号 4断面滨河路及民房无影响，对评价河段内其余涉河工程基本不造成影响。 3、麻柳湾大桥按 100年一遇防洪标准进行设计建设，大桥桥面最低设计高程应达到 360.01m，大桥主跨桥梁最低点桥面实际设计高程已达到364.38m，该大桥的设计高度可安全通过 100 年一遇的洪水流量。 综上所述，从河道行洪和大桥建设自身安全等方面分析，拟建麻柳湾大桥方案对巴中市城区行洪影响不大。 参考文献： （ JTG C30-2002）公路工程水文勘测设计规范 河床演变及整治中国水利水电出版社 内河通航标准（ GB 50139-2004）
