沈海高速公路复线福安至漳湾段工程跨河桥梁防洪影响评价

高 榕

(宁德市水利局，福建宁德 352100)

山区高速公路地形地质复杂，河道众多，桥梁隧洞总长占路线长度的比例较大。桥梁跨越河道，必会对河道行洪及河段涉水建筑物造成一定的影响，影响程度与跨河桥梁的布置角度、桥墩轴线与水流方向的夹角等有关。

在本工程防洪评价中，笔者通过对涉河桥梁的布置形式，分析其对河道泄洪的影响，并针对该桥梁建设对周边产生的影响提出桥梁布置设计的整改意见。

1 工程概况

高速公路可研阶段主要是针对公路路线进行方案比较，无具体桥梁立面图，因此评价人员必须先根据平面图对沿线桥梁先进行筛选，确定沿线哪些桥梁需要进行防洪影响评价后，再由高速公路设计单位提供相关布置设计图纸，这就是防洪影响评价的前期工作。

据此，根据《高速公路工程可研性研究报告工程图表》，先对该段高速公路沿线涉河桥梁进行现场踏勘，资料收集。对河道较窄的桥梁(河道宽度＜20 m)，要求桥梁设计单位在设计中必须采用直接跨越，桥墩不占用河道;对河道较宽、桥墩有可能会占用河道、且上游存在防护对象的桥梁，做好记录后提交给桥梁设计单位，再由桥梁设计单位提供具体桥型布置图。

本工程防洪评价所针对的穆阳1#、2#桥梁，位于宁德穆阳溪流域下游、梧溪村附近。拟建的穆阳溪大桥斜跨穆阳溪干流，穆阳溪1#大桥和2#大桥分别跨越主河槽，滩地修建路基连接两段大桥(图1)。

图1 穆阳溪1#、2#大桥平面布置示意图

2 桥型布置形式对河道泄洪安全的影响分析

2.1 防洪评价标准选择

由于桥梁自身标准较高达300 a一遇，远高于桥梁所在河段可能影响对象的防洪标准，因此防洪评价标准主要考虑周边可能影响的对象(如防洪堤、省道和已建大桥)，并按目标自身的防洪标准进行选择。根据GB 50201—94《防洪标准》，工程分别采用10 a一遇和50 a一遇防洪标准进行评价。

2.2 设计洪水

穆阳溪1#、2#桥桥址位于长潭水文站下游约4 km，控制流域面积相差仅1.4%。因此桥址以长潭站作为参证站，河段设计洪水采用水文比拟法移用长潭站成果。

2.3 糙率取用

根据现场河段特征以及《水力计算手册》，综合选用河道糙率，并采用1969年调查洪痕进行验证，糙率在0.035～0.065。

2.4 水面线推算

穆阳溪大桥轴线斜交于行洪断面，并呈弧形跨越该段河道，将河道一分为二。故应对1#、2#大桥和之间引桥占用情况进行综合评价。考虑到引桥在1#桥址将河道分叉，河流在2#桥址下游汇合，拟定以下步骤进行水面线推算。

1)对引桥路基建设后设计洪水水面线进行推算。引桥左右两条河流分别按初拟的分洪流量进行水面线推算，将左右侧河流水面线均推算至上游汇合断面，并调整分配的流量，直至水位相等。

2)根据以上成果再进行2#、1#桥桥墩的阻水要素分析，并进行水位壅高计算。

3)根据桥梁水位壅高计算成果进行建桥后水面线计算。按左右侧河流各自推算至上游汇合处，若此断面水位不相等，应调整分配的流量，重复以上步骤直至水位相等。

4)工程建设前后设计洪水水面线差值即为建桥后水面壅高值。

经计算50 a一遇洪水时左侧过洪量仅占主河槽的9%左右，10 a一遇洪水时左侧过洪量仅占主河槽的4%左右。

2.4.1 桥墩阻水要素分析

首先分析桥墩及路基占用天然河道的阻水要素:2#桥50 a和10 a一遇洪水时桥墩及路基占用天然河道行洪面积分别为17.5%和19.4%;K1+182位置50 a和10 a一遇洪水时桥墩及路基占用天然河道行洪面积分别为27.8%和26.5%;1#桥50 a和10 a一遇洪水时桥墩及路基占用天然河道行洪面积分别为14.6%和14.4%。

根据第(a)步骤，计算出引桥右侧河道50 a一遇和10 a一遇洪水分别为4 870 m3/s和3 350 m3/s，并据此进行引桥路基修建后桥墩占用右侧主河槽的阻水要素分析。经计算2#桥50 a和10 a一遇洪水时桥墩及路基占用右侧主河槽行洪面积分别为14.8%和15.8%;1#桥50 a和10 a一遇洪水时桥墩及路基占用右侧主河槽行洪面积分别为21.1%和20.4%。

2.4.2 桥梁壅水分析

大桥水位壅高采用公路、铁道、水利3个部门的公式，即道布松公式、铁路桥规范公式和华水桥差公式分别进行计算。

方法1:道布松公式:

方法2:铁路规范公式:

方法3:华水桥差公式:

经以上3种方法计算:2#大桥50 a一遇洪水时水位壅高分别为 0.34、0.33、0.4 m;10 a 一遇洪水时水位壅高分别为0.27、0.26、0.28 m;1#大桥 50 a 一遇洪水时水位壅高分别为0.25、0.25、0.36 m;10 a 一遇洪水时水位壅高分别为 0.18、0.17、0.24 m。

3种方法的计算成果中道布松公式和铁路桥规范公式较相近。考虑到华水桥差公式更具体的考虑了项目的多孔桥墩侧收缩系数和流速系数，亦更适合山区河道。故最终采用华水桥差公式计算成果为建桥后水位壅高值。

2.4.3 建桥前后水面线成果

经水面线计算分析出穆阳溪大桥建桥前后的水位差:50 a一遇洪水时在桩号2#桥、K1+182、1#桥、K2+107位置，水位差分别为 1.76、2.5、1.74/2.1(2#桥下/桥上)、1.93 m;10 a一遇洪水时在桩号 2#桥、K1+182、1#桥、K2+107位置，水位差分别为1.61、1.94、1.35/1.59(2#桥下/桥上)、1.43 m。

2.5 分析与评价

本项目建设后50 a和20 a一遇洪水时壅水最高分别达2.5、1.94 m。分析原因主要是由于2#桥及路基占用河道后，主流偏向右岸，并在2#桥位置形成卡口段，2#桥在50 a一遇洪水时河道宽度由457.3 m束窄至124.2 m(束窄率高达70%)，因此引起上游水位剧增，对周边设施带来严重影响。

3 结论与建议

1)通过本文分析，在高速公路建设过程中，对桥梁的布置方案中，涉及到河道交叉、分叉等特殊河段，因河道有较宽阔的河滩地等，桥梁布置容易受现状河道貌似宽阔影响，踏勘期间现场又无明显洪水威胁，容易忽略高程较高的河滩地在设计洪水来临时，对泄洪行洪也能起到很大的分流作用，因此造成桥梁布置上易凭现场主观印象、选择造价较低的路基方案，却产生了较大的阻洪影响，不利于河道及两岸防洪。因此对这些路段进行防洪影响评价、优化桥梁布线设计方案、降低洪水影响、避免人为建设不合理造成洪灾，是非常重要和必要的。

2)高速公路在可研阶段，还没有形成具体的桥型布置方案，水利部门防洪影响评价单位在对桥梁布线进行防洪影响分析时，必须要由桥梁设计单位提供高速公路初测设计中通过审查了的方案，而水利部门的防洪影响评价的批复却又是桥梁部门初测设计、审查的依据。因此相互间在相关工作次序上存在矛盾及相互牵制的因素。而且由于桥梁路线的可变性，方案变化大，即使是可研与初测方案，建设过程均可能存在较大变化，因此当评价桥梁的规模、结构型式、斜跨夹角和地点有较大变动时，应重新进行防洪影响评价，并报水行政主管部门审批。

3)随着涉河桥梁建设的增多，建桥不当引起河道行洪不畅的情况时有发生，但国家有关部门尚未制定涉河桥梁的水利技术规定。设计允许的桥梁壅水高度和桥梁占过水断面面积，是桥梁防洪影响评价中需考虑的两项指标。山区性河道洪水暴涨暴落，允许的桥梁壅水高程和桥梁占过水断面面积可适当大些。为防止建桥不当对水利的负面影响，应对跨越各级堤防桥梁的阻水面积百分比和桥墩阻水引起的最大壅水高度进行控制。

4)河流高、中低水位的流向、流速时常是不一致的，因此要求桥梁轴线与各种水位主流正交有时是不可能的，中、高洪水的造床作用和对两岸堤防(岸)的影响较低水位时大，因此桥梁轴线宜与中、高洪水时的流向正交或交角不宜过大，以提高泄洪能力，避免桥墩的挑流对堤防(岸)的冲刷。因各种自然因素影响，桥梁轴线与水流流向斜交时，应加大桥梁跨度，将桥墩轴线尽量设计成与水流流向平行。

［1］武汉大学水利水电学院.水力计算手册:第二版［K］.北京:中国水利水电出版社，2006.

［2］中华人民共和国行业标准.JTJ 062－91公路桥位勘测设计规范［S］.北京:人民交通出版社，1992.

［3］中华人民共和国行业标准.TB 10017－99铁路工程水文勘测设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，1999.