董 霞

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原 030024）

1 工程概況

某高速公路在晉中市北合流村西南約200 m、瀟河大壩上游約2.5km處跨越瀟河，跨越處上距涂河匯入口約220 m，下距瀟河大壩2.5km。所涉河道兩岸無堤防，主槽呈“U”型斷面，寬約30 m左右，深約3m，河床質為黃土夾礫石?？缭教帞M建瀟河大橋全長910 m，共30 跨，橋跨布置為：左幅2×（4×35）m＋2×（5×30）m＋（4×30）m＋（3×30）m＋（4×30）m，右幅2×（4×35）m＋3×（5×30）m＋（6×30）m 裝配式預應力混凝土連續(xù)箱梁，橋面凈寬31m，橋面設計高程810.413～817.856m，橋梁采用單排六柱式墩，橋墩直徑1.5～1.6m，主槽內布置有1組橋墩，橋墩與主槽水流方向成30°夾角，該橋設計防洪標準為100年一遇。經防洪影響評價由于該橋橋墩與水流夾角30°，相應橋墩阻水比大于10%，將影響河道的安全行洪，為消除影響應采取相應的防治措施。

2 設計洪水

瀟河大橋位于瀟河大壩上游2.5km，控制流域面積3050 km2，與瀟河大壩控制流域面積3090 km2相差1.3%，可以采用瀟河大壩洪水分析成果作為橋址段設計洪水。

根據瀟河大壩1957-2009年共53年洪峰流量系列，加入歷史調查洪水（1913年歷史洪峰流量3100 m3/s，重現期為140年），實測洪水系列中1962年洪水（洪峰流量為2403m3/s）作為特大值處理，采用P-Ⅲ型曲線[1]進行適線。通過適線求得瀟河大壩設計洪水成果及統計參數見表1，其頻率曲線見圖1。

圖1 瀟河大壩頻率分析曲線圖

表1 瀟河大壩洪水分析成果表

3 徑流

按瀟河大壩1957-2001年實測徑流系列統計，工程區(qū)多年平均流量3.89m3/s，其中汛期6～9月份為8.27m3/s，7～10月份最大為8.47m3/s。在實測系列中，最大來水發(fā)生在1959年，年平均流量為11.2m3/s，最小來水發(fā)生在2000年，年平均流量為0.24m3/s。

4 防治措施設計

4.1 治理原則

按照大橋設計方案，主槽內布置一組橋墩，橋墩與河道夾角30°，阻水比較大，對河道過流能力有一定影響，由于改變大橋設計方案的防治措施造價太高不經濟，本次提出調整局部主槽流向，對主槽進行拓寬整治，加大主槽過流能力，以減小其與橋墩的夾角，降低橋墩阻水比，減小橋梁建設對瀟河防洪影響的防治措施。具體治理原則如下：

（1）整治后主槽水流方向應與北合流新橋以及瀟河大橋橋墩軸線盡量一致；

（2）整治后主槽位置應盡量照顧現狀主槽位置，與上下游河勢平順銜接，不改變下游的河勢，此外應跟河道綜合治理規(guī)劃進行適當銜接，以免做重復性工作造成浪費；

（3）盡量不改變涂河入河口位置，如果無法避免，也應使其平順銜接至瀟河。

4.2 治理范圍

由于瀟河大橋主要影響了瀟河主河槽的行洪，根據大橋行洪影響范圍及整治原則，經過方案對比本工程治理范圍最終確定為從瀟河大橋橋址上游涂河入瀟河口至龍城高速瀟河大橋橋址下游640 m轉彎處，岸線與原主河槽銜接，總長1000 m。

4.3 治理標準

現狀河道分主槽和左右河灘。主槽兩側為樹木，樹木外側左右灘地為農民種植莊稼的河灘地。治理方案可從平時小水行主槽，保護河灘地；洪水時漫灘保證大堤的安全。本次整治方案以210 m3/s作為主槽過流標準流量進行方案設計。

4.4 治理方案

4.4.1 設計方案

本次治理方案主要是在保證行洪通暢、河勢穩(wěn)定的基礎上，根據治理原則在所確定的堤距范圍內，選用三種治理方案進行比選。

方案一

1）治理范圍

治理起點為北合流新橋，終點至瀟河大橋下游1.5km處。

2）主槽走向

起點為北合流新橋第三孔橋孔至第五個橋孔（從榆次方向數起），主槽與橋梁軸線一致，然后以外半徑R=305m的弧度向西南方向延伸，至瀟河大橋14#～16#橋墩下穿過，主槽方向與橋梁軸線一致，然后以外半徑R=647m向西延伸至瀟河大橋下游1.5km處匯入原主槽，見圖2。

方案二

1）治理范圍

治理起點為北合流新橋，終點至瀟河大橋下游450 m處。

2）主槽走向

起點為北合流新橋第三孔橋孔至第五個橋孔（從榆次方向數起），與方案一一致，主槽與橋梁軸線一致，然后以外半徑R=226m的弧度向西南方向延伸，至瀟河大橋17#～19#橋墩下穿過，主槽方向與橋梁軸線一致，然后向西延伸至距瀟河大橋下游450 km處匯入原主槽，見圖2。

方案三

1）治理范圍

治理起點為涂河匯入口，終點至瀟河大橋下游640 m處。

2）主槽走向

起點為涂河匯入口，然后以外半徑R=130 m的弧度向西南方向延伸，至瀟河大橋20#～22#橋墩下穿過，主槽方向與橋梁軸線一致，然后向西延伸至距瀟河大橋下游640 m處匯入原主槽，見圖2。

圖2 設計方案布置圖

4.4.2 方案選取

將上述三方案進行比選，三種方案整治后橋墩軸線與主槽水流方向均一致，阻水比均減小，但方案三開挖護砌主槽約1000 m，比方案一（開挖護砌主槽500 m）工程量小，與方案二（開挖護砌主槽約900 m）接近。此外由于原河灘均辟為耕地，以原主槽為界，耕地分屬兩個村，整治后方案三新占耕地約0.03km2比方案一（新占耕地約0.09km2）、方案二（新占耕地約0.05km2）新占用耕地面積小，且新主河槽與原主河槽偏離造成的土地置換面積小。方案一對涂河入口口位置變動最大，對水流影響最大，方案三稍作改動，方案二基本保持不變，若方案三對涂河入河口進行防護，維持河口穩(wěn)定，對水流和洪水影響不大。整治后方案三比方案一及方案二轉彎半徑小，水流條件不好，但若對彎道處進行防護加固，減小水流對岸坡的沖刷，可降低轉彎半徑小的影響。綜合考慮方案三的優(yōu)點大于缺點，方案合理可行。因此本次推薦方案三。

4.4.3 整治寬度選擇

由于造床流量是中水河槽整治的控制流量，是造床作用與多年枯水流量過程綜合造床作用相當的某一種流量。因此本次采用造床流量確定主槽拓寬寬度。

1）汛期平均流量

汛期平均流量根據瀟河大壩1957～2001年實測徑流資料，通過對資料分析，發(fā)現7～10月份平均流量較大，故汛期平均流量取7～10月份平均流量計算，得出結果8.47m3/s。

2）平攤流量

水位與河漫灘相平時流量對河床塑造作用最大，稱為平灘流量。平灘流量采用整治河段下游2339m至上游200 m范圍內實測河道橫斷資料進行計算。采用一維恒定非均勻漸變流方程方法進行計算，結果為50 m3/s。

3）造床流量

造床流量是中水河槽整治的控制流量，是造床作用與多年枯水流量過程綜合造床作用相當的某一種流量。它代表了在塑造河床形態(tài)過程中的主要來水、來沙因素。目前在實際工作中，一般采用下述方法計算。

涂啟華公式：Q造=56.3Q0.61汛

式中：Q造——計算造床流量，m3/s；

Q汛——汛期平均流量，m3/s。

通過對瀟河大壩水文資料分析，發(fā)現7～10月份平均流量較大，故汛期平均流量取7～10月份平均流量計算。

各種方法計算成果見表2。

表2 瀟河瀟河大壩段造床流量計算成果表 單位：m3/s

4）規(guī)模確定

從以上計算結果看，汛期平均流量與平攤流量分別為8.47m3/s與50 m3/s。遠小于5年一遇洪峰流量522m3/s，如果按汛期平均流量和平灘流量治理，則主槽兩側灘地將會頻繁遭遇洪水淹沒，從而引起左右兩岸村民利益者與河道管理單位的糾紛，給河道管理造成較大的難度。按照洪水計算結果5年一遇洪峰流量522m3/s，10年一遇洪峰流量914m3/s，通過采用明渠均勻流公式初步估算，需要將現有主槽擴寬110～195m。將現狀主槽寬度大幅度擴寬也將影響兩側村莊耕地，因此實施難度較大。

涂啟華公式法所計算的造床流量為210 m3/s。如前所述，造床流量是中水河槽整治的控制流量，是造床作用與多年枯水流量過程綜合造床作用相當的某一種流量。它代表了在塑造河床形態(tài)過程中的主要來水、來沙因素。以此流量進行河道整治，即可以保持河槽形態(tài)的穩(wěn)定，避免河槽過度淤積沖刷；也可以宣泄一定標準的流量，避免左右兩側灘地遭洪水頻繁侵襲，便于河道管理；同時使整治斷面規(guī)模適中，利于實施。因此，選擇造床流量作為整治方案的標準較為合理可行。

本工程主河槽行洪流量確定為210 m3/s，按《水利計算手冊》梯形斷面河槽恒定均勻流公式計算河道正常水深。

式中：Q——設計洪峰流量，210 m3/s；

b——渠道的底寬，55m；

按照國際SOLAS公約要求，船舶實施國際保安規(guī)則需要對自身的安保硬件和標識方面進行改造，2004年7月1日前建造的國際營運船舶，需要在2004年7月1日前實施。2004年7月1日之后建造的船舶，需要在船舶正式營運前按公約要求完成。

m——邊坡系數，2；

i——水力坡降，0.000286；

n——河道糙率，取0.0275。

經計算，當主河槽行洪流量為210 m3/s，主河槽水深2.95m，主槽岸墻高3.0 m。

主槽拓寬55m洪水位計算成果見表3

表3 主槽拓寬55m洪水位計算成果表

4.4.4 沖刷深度計算

1）水流平行于岸坡產生的沖刷深度計算

水流平行于岸坡沖刷深度計算，采用《水利計算手冊》[2]護岸沖刷按以下公式計算。

hp——沖刷處的水深，以近似設計水位最大深度代替，m；

Vcp——平均流速，m/s；

V允——河床面上允許不沖流速，m/s；

n——與防護岸坡在平面上的形狀有關，一般取n=1/4。

經計算，水流平行于岸坡產生的沖刷深度為0.3m。

2）彎道沖刷深度計算

彎道水流對凹岸形成沖刷，其沖刷深度采用《水力計算手冊》[2]中的與河面寬和曲率半徑之比有關的系列沖刷計算公式計算。

式中：Hmax——最大沖深值，從水面算起；

Hm——計算斷面平均水深；

B——河面寬；

R1——凹岸曲率半徑。

經計算，彎道水流對凹岸沖刷深度為1.83～2.54m。

4.4.5 主河槽岸墻設計

主河槽岸墻基本斷面形式均為土堤，防護型式采用斜坡式干砌石和根系較深的草皮護坡。穩(wěn)定邊坡為1∶2，岸墻高3.0 m，凹岸、橋上下游20 m及涂河入口對面的迎水面采用干砌石防護，防護厚度為0.3m，防護基礎埋深1.5m。其余河段的迎水面采用根系較深的草皮護坡。背水面直接與現狀灘面斜接。岸墻回填土料采用河床開挖料，或就近取用。

4.4.6 防沖設計

本工程主河槽的行洪流量為210 m3/s，經計算，洪水時堤腳沖刷深度為1.83m，凍土厚0.9m，為保證基礎安全，本次基礎取為1.5m。為了防止彎道凹岸段、橋梁上下游和涂河入口段河流沖刷對岸墻的破壞，對岸墻采用石籠護腳保護，堤腳防護共兩層：上層寬度10 m，石籠厚500 mm；下層寬度5m，石籠厚500 mm。

5 結語

瀟河大橋設計防洪標準為100年一遇，經防洪影響評價該橋對河道行洪造成較大影響。針對此影響本文根據河道現狀及橋梁設計提出調整理順主槽河勢，拓寬行洪主槽，修建護岸工程以穩(wěn)定河勢，控制主槽擺動，滿足行洪安全的防治措施，減小橋梁建設對河道行洪的不利影響，為其他橋梁建設采取防洪影響防治措施提供參考。

[1]王燕生.工程水文學［M］.北京：中國水利水電出版社，1991：142-143.

[2]李 煒.水力計算手冊［M］.北京：中國水利水電出版社，2006：34-41.432-433.402-403.