1、概況
來河是安徽省滁州市來安縣境內的一條主要河流,也是滁河的一條較大支流,流域總面積714.3km2,其中來安縣境內流域面積507.4km2。來河流域總長70.2km,對河橋以下主河道長度33.6km,流域上游為山區,中部屬丘陵區,下游為圩區。來河中部橫穿縣城,下部經水口鎮、三城鄉入汊河鎮,并有滁天公路、滬陜高速、104國道跨河而過。來河自20世紀70年代進行治理,裁彎取直,對河橋以下由“老來河”變為“新來河”。
擬建新來河大橋位于滁州市新來河的下游,跨河角度為90°\\(主流方向與橋墩軸線形成的夾角\\),設計荷載為公路-I級,設計洪水頻率:1/100;設計時速:80km/h。橋梁設計長度為156m,橋面寬50m。新來河大橋橋梁布置方案為:上部結構為5×30m連續小箱梁;下部結構為樁柱式橋墩,橋臺采用樁基接蓋梁。單排樁基礎,橋墩采用八柱式,柱間距610cm,橋墩立柱直徑140cm,樁基直徑180cm。
2、設計洪水計算
2.1流量計算
設計洪水分別按照支流水系匯集情況,結合地形、地貌進行計算。設計洪水由各河道上游水庫出庫洪水、水庫下游區間設計洪水和圩口排水3大部分疊加計算,洪水計算偏安全考慮,未考慮河槽調蓄。河道匯流采用錯時流量疊加法。
2.2現狀水面線推算
來河洪水在汊河閘上匯入滁河,根據長江委《滁河流域防洪規劃報告》\\(2004年修訂本\\)確定的滁河干流采用接近1991年6月洪水位,相當于20a一遇,汊河閘上水位為10.40m。來河20a一遇水面線采用汊河集閘上20a一遇洪水位遭遇來河10a一遇洪水流量和汊河閘上10a一遇洪水位遭遇來河20a一遇洪水流量的外包線。
根據分析計算,新來河大橋20a一遇洪峰流量884.28m3/s,相應洪水位為11.86m。新來河大橋設計洪水為100a一遇,考慮堤防實際情況及當地防洪調度規劃,經計算100a一遇洪峰流量采用1 490.50m3/s,相 應 水 位 取13.95 m\\(高 程 采 用1985年國家高程基準\\)。
3、橋梁壅水及沖刷計算
3.1橋梁壅水高度計算
建橋后,由于橋墩占用過水斷面面積及對水流的阻礙作用,致使橋前壅水抬高洪水位。同時,橋下河道水流流速增大,橋墩周圍的水流在河床附近形成淘刷漩渦,引起河床的一般沖刷和橋墩局部沖刷。壅水高度及沖刷深度與過流條件、河道斷面、橋址河段土壤特性、橋墩幾何形狀等因素有關。根據《橋涵水文》,橋前壅水高度計算公式為:ΔZ=η\\(V2-V20\\)
式中:ΔZ為壅水高度\\(m\\);V為橋下斷面平均流速\\(m/s\\);V0為橋前斷面平均流速\\(m/s\\);η為系數,與水流進入橋孔的阻力有關,根據河流類型及河灘地過水能力可查閱相關資料。
壅水曲線長:L=2ΔZI
式中I為橋址河段水面比降。新來河大橋在遭遇100a一遇,20a一遇洪水情況下,壅水計算系數η取0.05,河段水面比降取0.12‰,經計算,建橋后壅水高度分別為0.016m和0.025m,壅水曲線長度分別為271.2m和416.67m,阻水程度為4.8%及4.98%,橋前壅水計算成果見表1。
3.2沖刷深度計算
橋墩基礎的存在,將對原河床的沖刷產生一定的影響,需進行相關分析計算。根據地質資料及JTG C30—2002《公路工程水文勘測設計規范》的規定,根據橋梁所在河道地質狀況,分別采用不同的沖刷計算公式,新來河河床地質為粉質黏土,故采用黏性土河床計算公式:
\\(1\\)黏性土河床一般沖刷計算公式
式中:hp為橋下一般沖刷后的最大水深\\(m\\);Ad為單寬流量集中系數,取1.0~1.2;IL為沖刷坑范圍內黏性土液性指數,適用范圍為0.16~1.19;μ為橋墩水流側向壓縮系數;Q1、Q2分別為橋下河灘、河槽部分通過的設計流量\\(m3/s\\);htm、hcm分別為橋下河灘、河槽最大水深\\(m\\);htq、hcq分別為橋下河灘、河槽平均水深\\(m\\);Btj、Bcj分別為河灘、河槽部分橋孔凈長\\(m\\)。
\\(2\\)黏性土河床橋墩局部沖刷計算計算公式如下:
式中:hb為橋墩局部沖刷深度\\(m\\);Kξ為墩形系數;B1為橋墩計算寬度\\(m\\);V為一般沖刷后的橋墩前行近流速\\(m/s\\);IL為沖刷坑范圍內黏性土液性指數,適用范圍為0.16~1.48。設計洪水為20a一遇、100a一遇洪水情況下,橋位處沖刷計算成果見表2。
由表2可知,在遭遇20a一遇洪水時,河槽部位一般沖刷深度為0.22m,橋墩部位會發生局部沖刷,沖刷深度為1.09m。在遭遇100a一遇洪水時,河槽部位一般沖刷深度為0.41m,橋墩部位會發生局部沖刷,沖刷深度為1.45m。
4、新來河大橋防洪影響分析
\\(1\\)新來河大橋建橋后,橋墩阻水會減少河道有效行洪面積,降低河道行洪能力,當發生設計洪水時,將會產生一定的壅水。20a一遇洪水壅水高度為0.016m、壅水曲線長271.20m,100a一遇洪水壅水高度為0.025m,壅水曲線長416.67m。建橋對河道行洪水位影響甚小,對河道行洪能力影響有限,工程不會給河道行洪安全帶來明顯不利影響。
\\(2\\)新來河大橋設計過河方式為立交,根據確定的橋梁梁底設計高程,跨堤頂道路凈高為0.95~1.25m,不滿足堤頂防汛交通通行要求。
\\(3\\)新來河大橋的橋梁跨河道較順直,上、下游河床比降較小,河道斷面較大,建橋后沖刷計算結果表明,當發生20a及100a一遇的洪水時,洪水對橋墩一般沖刷深度分別為0.22m、0.41m,局部沖刷深度分別為1.09m、1.45m。河槽一般沖刷會影響橋梁墩臺基礎埋置深度,進而影響基礎的穩固。橋墩處局部沖刷會形成沖坑,位于堤腳及河道邊坡附近的局部沖刷會影響堤岸的滲流及河道邊坡的穩定,因此橋墩處及其上、下游范圍需采取護砌措施。
\\(4\\)從橋梁與河道交角來看,新來河大橋橋墩軸線與水流方向交角約為90°,橋墩不會產生挑流作用,不會造成對河岸的沖刷。
\\(5\\)根據《中華人民共和國水法》、《中華人民共和國防洪法》和《中華人民共和國河道管理條例》,修建橋梁等工程不得危及堤防安全,本次涉及的大橋所跨越橋址處河段不涉及其他閘、站等水利設施。
\\(6\\)新來河大橋所跨越的新來河為通航河段,根據相關航運規劃,新來河為規劃Ⅵ級航道。Ⅵ級航道設計最高通航水位為5a一遇,新來河5a一遇設計水位為11.00m。設計通航孔高度不滿足要求。
5、建議
\\(1\\)當發生100a一遇的洪水時,洪水的局部及一般沖刷深度在2m以內,一般沖刷使河床下切,主泓加深、深泓近岸,橋址附近形成深槽,會影響橋梁墩臺基礎的穩固,局部沖刷會形成沖坑,不利于河岸的滲流及穩定。為保證各橋址斷面上、下游臨水側岸坡及橋墩處的穩定,避免因橋梁建設造成岸坡崩塌及嚴重的沖刷深漕,采取補救的主要措施有:對新來河大橋沿中心線上游50m、下游30m范圍內堤岸臨水坡采取干砌塊石護砌措施,相應對橋址處沖刷嚴重地段采用河底塊石護砌防沖處理。
\\(2\\)針對建設項目施工時,施工設施、便道、料場及生活區域等將可能會對河道行洪產生影響,為確保防洪安全,施工期內該項目建設部門應與防汛指揮部門以及當地政府密切配合,嚴格按照制定的渡汛方案進行施工。施工后期應逐步拆除及清理施工現場,推平施工道路,清理棄渣等剩余物,恢復河道原貌,以利于行洪暢通。如果建設項目需汛期施工,施工單位要提前編制汛期施工組織計劃,并報蓄滯洪區主管部門批準,方可進行施工,施工時密切注意天氣變化。
\\(3\\)橋梁高度不滿足堤頂防汛道路通行要求,也不滿足VI級航道通行要求,建議主設抬高大橋跨堤跨河高度,以滿足相關規范規定的防汛道路及VI級航道凈高要求。
\\(4\\)擬建橋址處區內無取水和臨時碼頭等第三人合法水事權益,但橋的建設過程中有可能影響到河岸和周邊區域的有關利益,應采取相應的補償措施。
參考文獻：
[1]徐新華,夏云峰.防洪評價報告編制導則研究及解讀[M].北京:中國水利水電出版社,2004.
[2]余建星,王宏偉,王永功,等.大型橋梁防洪影響評估方法研究[J].自然災害學報,2005,14\\(4\\):135-140.
[3]SL44-93水利水電工程設計洪水計算規范[S].北京:中國水利水電出版社,1993.
[4]SL278-2002水利水電工程設計水文計算規范[S].北京:中國水利水電出版社,2002.
[5]孫慶磊,周波,李超.跨河橋梁防洪影響評價指標體系及影響防治措施研究[J].水利科技與經濟,2010,16\\(4\\):432-435.
