白沟引河大桥防洪评价分析

李传龙，杨纪伟，耿 更

（河北工程大学 水电学院，河北 邯郸 056021）

1 概况

白沟引河起于新盖房枢纽引河闸，经容城通入白洋淀，河道全长12km。为1970年人工开挖通向白洋淀的河流，其复兴庄以下两岸筑有堤防，堤长268～244m，设计流量500m3/s。本工程拟对旧白沟引河大桥进行加宽改造，旧桥建于1999年，为13～16m钢筋混凝土连续空心板桥，桥面宽度15～36m，桥梁布置走向与河道水流方向交角为60°。由于旧路两侧大中型企业较多，设计采用旧桥两侧加宽方案，加宽后桥面宽度42m。新桥上部结构采用13～16m先张法预应力连续空心板，下部采用柱式墩台，钻孔灌注桩基础，基础埋设深度32m。桥梁设计最低梁底高程为12.845m。桥梁长度为208m，跨越处白沟引河宽度178m，桥梁垂直于河道水流方向长度180m，大于河道主槽宽度，桥梁长度基本满足要求。桥梁采用13～16m布置形式，桥梁布置走向与主河槽水流方向交角为60°，桥梁桥墩布置形式采用平行于河道水流方向。

2 设计洪水的计算

2.1 有关参数的选用及其依据

2.1.1 流量资料

白沟引河为平原河道，河道规划恢复原设计流量500m3/s。白沟引河大桥设计洪水标准为100a一遇，高于河道规划治理标准，考虑到100a洪水位可能漫堤，本次以河道规划过流能力500m3/s作为防洪计算的基准。

2.1.2 糙率

根据桥梁所在河段上、下游实际情况，参照《水力计算手册》，确定河槽、滩地糙率均取0.035。

2.1.3 起始水位

本次评价水面线计算起始桩号为0+000，位置在大桥下游1968m复兴庄附近，桩号采用自下游至上游的排列顺序。起始水位根据《大清河流域防洪规划（河北省部分）》，确定该断面水位为11.52m，大桥桥位处桩号为1+968.2。

2.2 洪水位及壅水计算

根据河流和建设项目状况，对河道防洪情况进行计算分析，选取断面以进行河道水面线计算，确定河道行洪情况。计算公式如下：式中 Z为断面水位 （m）；Q为断面流量 （m3/s）；V为平均流速（m/s）；鄣，ε为分别为动能修正系数和局部阻力系数；K为综合流量系数。

K由下式确定：

式中 A，R，n分别为左滩、中槽、右滩的过水面积、水力半径和糙率。

评价白沟引河设计流量采用500m3/s。先推求未建桥条件下河道水面线，再计算桥体引起的壅水高度及影响范围。根据实测建设项目上下游横断面，以0+000作为起始桩号，计算河道未建桥时的水面线成果如表1。

表1 河道未建桥条件下水面线成果表 （Q=500m3/s）

通过设计流量500m3/s时，桥位处水位为11.70m，平均流速为0.76m/s，河道过水面积为658.6m2。根据桥梁设计方案，桥墩阻水面积为45.1m2。 经计算，桥下流速与未建桥相比加大0.03m/s，桥前最大壅水高度0.08m，壅水影响距离2051m。桥梁建成后占用过水断面比例为4.4%。建设前后各水力要素的对比详见表2。

表2 建设前后水力要素比较表（Q=500m3/s）

2.3 冲刷计算

建桥前桥址处整治后断面设计水位下的过水面积为658.6m2，建桥后的过水面积为613.5m2，过水断面面积减小了6.84%，造成桥下平均流速增大，改变了水流流态，因此进行桥下一般冲刷计算。河道冲刷深度，计算采用JTG C30—2002《公路工程水文勘测设计规范》中的一般冲刷公式，河槽底部为杂填土和黄土状粉质粘土，故采用粘土性冲刷公式进行计算。

通过上式计算得到的一般冲刷深度，局部冲刷深度，总冲刷深度。具体计算成果见表3。

表3 白沟引河大桥冲刷深度计算结果

2.4 桥梁底最低高程的确定

桥梁自身的防洪安全主要考虑梁底高程和冲刷埋设深度两方面。

白沟引河桥位处现状两岸无堤防，按规划将对不满足设计流量段修筑堤防。桥梁允许最低梁底高程结合现状两岸河坎高程及规划整治要求综合分析确定。白沟引河发生500m3/s洪水时，大桥桥址处水位为11.70m，桥前最大壅水高度为0.08m，根据规划设计堤顶超高2m，设计堤顶高程为13.78m；根据实测资料，现状左、右岸河坎高程为12.83m和14.37m。一次，允许最低梁底高程按现状右岸河坎高程确定，即为14.37m。桥梁设计最低梁底高程为12.845m，低于最低梁底高程。

3 防洪影响综合分析

3.1 项目位置和布置分析

桥梁改建设计拟在旧桥两侧进行加宽，采用13～16m布置形式，桥梁布置走向与河道水流方向交角为60°，小于《技术大纲》要求，且桥跨径较小，可能会阻挡漂浮物，对河道行洪产生不利影响，建议跨径增大至32m，并与旧桥桥墩对应布设。

3.2 项目自身防洪安全分析

为确保改建桥梁自身防洪安全，根据冲刷深度计算结果，当白沟引河通过设计流量500m3/s时，桥梁墩台处总冲刷深度为1.08m，建议桥梁基础埋设深度按冲刷深1.08m开始起算。

3.3 对水利工程规划的影响分析

根据《大清河流域防洪规划》，白沟引河按恢复原设计流量500m3/s,进行治理，堤防超高不足堤段进行复堤加固，左、右堤堤项高程按设计水位以上2m考虑，顶宽8m，左、右堤设计边坡均为1∶3。拟改建大桥处现状左、右堤堤顶超高分别为1.1和3.2，左堤不满足规划超高要求，根据规划将对左堤进行加高培厚。

本次设计对旧桥上下游进行加宽，规划实施时桥位段将形成较大缺口，对白沟引河左堤按规划加高培厚有影响。建议公路部门在跨越处左堤附近备足土料，以便来洪水时及时抢险。

3.4 对上游村庄的影响分析

桥上游左岸为新盖房村，村基高程约13.0m，白沟引河通过设计流量500m3/s时，该村处水位11.75m，考虑桥梁建设在此产生的壅水高度0.04m，该村仍满足防洪要求，故桥梁建设对新盖房村没有影响。

3.5 对行洪影响分析

桥梁建设后，由于桥墩布设占用了河道过水断面，造成河道上游壅水高度0.08m，壅水影响距离2051m，流速增大0.03m/s，对河道行洪有一定影响。建议对桥梁上下游河道两岸加强护砌，护砌范围为桥梁投影面及上游30m、下游50m范围，并对河道上下游进行清淤、清障，确保河道汛期行洪顺畅。

桥梁跨径偏小，对河道行洪不利，建议公路设计部门调整桥梁设计，跨径不应小于32m。

4 建议

（1）建议公路设计部门调整桥梁设计：桥梁跨径增大至32m;河道内桥墩与旧桥桥墩对应布设；桥梁基础埋设深度按冲刷深1.08m开始起算。

（2）建议对桥梁上下游河道两岸加强护砌，护砌范围为桥梁投影面及上游30m、下游50m范围，并对河道上下游进行清淤、清障，确保河道汛期行洪顺畅。

（3）白沟引河左堤按规划实施后，桥位段奖形成较大缺口，建议公路部门在跨越处左堤附近备足土料，以便来洪水时及时抢险。

［1］万建忠，等.浅谈防洪评价应注意的几个问题［J］.江苏水利，2007（11）.

［2］左晚阳.关于穿越江河工程防洪评价的几个问题［J］.水文与规划，2005（3）.

［3］赵春林.太中银铁路汾河柳湾桥防洪评价分析［J］.山西水利，2010（4）.

［4］夏丽丽，吴敦银.防洪评价中跨河桥梁壅水和冲刷计算探讨［J］.江西水利科技，2010，36（4）.

［5］孙浩等.输油管道穿越河道断面的相关防洪评价分析［J］.水资源与水工程学报，2010，21（6）.

［6］李江海.桥梁防洪评价雍水计算方法浅析［J］.山西水利，2010.

［7］金瑞,等.青白江铁路大桥防洪评价数值模拟研究［J］.重庆交通大学学报，2010，29（4）:510-513.

［8］张慧军.沙河南章令大桥防洪影响评价［J］.河北水利水电，2004（2）:18-19.

［9］秦蓓蕾，李家沙特大桥防洪评价数值模拟分析［J］.黑龙江水专学报，2010,37（2）:26-28.

［10］付卫东,等.河道管理范围内防洪评价中雍水分析计算［J］.东北水利水电，2010.