黎家怡

(廣東海納工程管理咨詢有限公司，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

1.1 工程現(xiàn)狀

本項(xiàng)目位于廣州市荔灣區(qū)花地大道和浣花路交界處東南角，現(xiàn)狀為地鐵C涌，河涌東側(cè)擬建設(shè)荔灣人民醫(yī)院新院。新建荔灣區(qū)人民醫(yī)院地處花地大道與浣花路交會(huì)處，交通區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，醫(yī)院正門開向花地大道，醫(yī)院與花地大道之間有一大致南北走向河涌，為保證醫(yī)院建成后與現(xiàn)狀道路之間能順利銜接，保證車流、人流以及城市總體美觀和諧統(tǒng)一，需對(duì)該處河涌布置平接橋。

1.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

(1)北側(cè)人行橋。北側(cè)人行橋跨徑組合為1.30 m+7.95 m+11.50 m，橋面寬=0.25～22.80 m(人行道)+0.25 m(護(hù)欄)，其北側(cè)與現(xiàn)狀橋梁拼接。同時(shí)設(shè)置1排橋臺(tái)及2排橋墩；橋墩采用樁柱式，不設(shè)承臺(tái)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，柱徑0.7 m，樁徑1.0 m，橋墩與舊橋?qū)撞贾谩?/p>

(2)中間人行橋。人行橋跨徑組合為3 m×9 m，橋梁全長(zhǎng)33 m，標(biāo)準(zhǔn)橋面寬28 m。中間人行橋設(shè)置0#、3#共2排橋臺(tái)及1#、2#共2排橋墩。兩側(cè)橋臺(tái)下各設(shè)一排φ1.0 m的樁基礎(chǔ)，1排5根，總共10根；橋墩采用樁柱式，不設(shè)承臺(tái)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，柱徑0.7 m，樁徑1.0 m，每排設(shè)4根，總共8根。

(3)南側(cè)車行橋。南側(cè)車行橋跨徑組合為7.50 m+12.00 m+7.50 m，橋梁全長(zhǎng)33 m，橋面寬=0.50 m(護(hù)欄)+6.50～15.03 m(車行道)。設(shè)置0#、3#共2排橋臺(tái)及1#、2#共2排橋墩。兩側(cè)橋臺(tái)下各設(shè)一排φ1.0 m的樁基礎(chǔ)，花地大道中側(cè)0#橋臺(tái)1排2根，3#橋臺(tái)1排3根，總共5根；1#、2#橋墩采用樁柱式，不設(shè)承臺(tái)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，柱徑0.7 m，樁徑1.0 m，每排設(shè)2根，總共4根。

2 模型計(jì)算

2.1 建立水動(dòng)力模型

(1)模型控制方程。一維水流數(shù)學(xué)模型采用圣維南方程組，如式(1)、式(2)：

(1)

(2)

式中：B為水面寬度，m；Z為斷面平均水位，m；Q為斷面流量，m3/s；q為旁側(cè)入流，負(fù)值表示流出，m2/s；t為時(shí)間，s；x為距離，m；β為動(dòng)量校正系數(shù)；A為過水面積，m2；g為重力加速度，m/s2；Sf為摩阻坡降；ul為單位流程上的側(cè)向出流流速在主流方向上的分量，m/s。

(2)計(jì)算方法。方程離散采用四點(diǎn)加權(quán)Preissmann固定網(wǎng)格隱式差分格式，網(wǎng)格布置如圖1所示。

圖1 一維網(wǎng)格變量布置圖

具體方法為：對(duì)于圖1所示的網(wǎng)格劃分，以S代表流量Q和水位Z。方程求解采用目前應(yīng)用較廣泛的一維河網(wǎng)三級(jí)聯(lián)解算法。

(3)計(jì)算邊界條件。開邊界共有7個(gè)，分別為老鴨崗、黃埔、中大、大石、陳村水道、平洲水道和廣佛水道。其中老鴨崗、黃埔、陳村水道、平洲水道和廣佛水道為外圍邊界水位控制點(diǎn)，用于模型計(jì)算。開邊界均采用接近多年平均高潮位的實(shí)測(cè)水位數(shù)據(jù)；閉邊界主要為模型中的斷頭涌，模型中閉邊界包括白鶴沙涌、鶴洞涌等。洪水模型主要計(jì)算內(nèi)河涌20 a一遇的洪水過程線，點(diǎn)源邊界主要是降雨期間從河道旁側(cè)的降雨徑流匯入[1-3]。

2.2 水文設(shè)計(jì)

(1)設(shè)計(jì)暴雨。根據(jù)《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》中年最大1 h、最大6 h、最大24 h、最大72 h暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)(均值、Cv值)等值線圖，查得地鐵C涌集雨區(qū)域中心點(diǎn)的各歷時(shí)暴雨參數(shù)Ht和Cv，Cs取3.5Cv，在《查算手冊(cè)》中查出各歷時(shí)暴雨P(guān)=2%、P=5%、P=10%、P=20%對(duì)應(yīng)的Kp值，再根據(jù)地鐵C涌的集水面積F，查出各歷時(shí)的點(diǎn)面換算系數(shù)αt，則可求得地鐵C涌不同頻率的最大1 h、6 h、24 h和72 h的設(shè)計(jì)面暴雨值。

地鐵C涌設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算成果詳見表1。

表1 暴雨參數(shù)及設(shè)計(jì)暴雨成果

(2)設(shè)計(jì)洪水。為了能準(zhǔn)確地反映洪水的真實(shí)性，設(shè)計(jì)洪水采用“多種方法，綜合分析，合理取值”的原則，以2003年版《廣東省暴雨徑流查算圖表》及《廣東省水文圖集》為基礎(chǔ)，采用“廣東省綜合單位線”“廣東省推理公式”“廣東省經(jīng)驗(yàn)公式”等三種方法計(jì)算。成果詳見表2。

表2 地鐵C涌設(shè)計(jì)洪水成果(P=5%) m3·s-1

表3 工程附近河道水位變化情況 m

由表2可知，三種方法的計(jì)算成果較接近，相差在15%以內(nèi)，其中綜合單位線的成果略大。由推理公式推求設(shè)計(jì)洪水過程線的原理可知，推理公式法對(duì)降雨過程的變化沒有充分考慮，主洪峰不論t時(shí)段的降雨如何變化，一概按全省綜合概化的洪水過程線，其他時(shí)段則概化為三角形，導(dǎo)致雨洪不相對(duì)應(yīng)，另一方面，主峰前后次峰的處理不相一致，與推理公式的匯流原理也不相符合。綜合單位線法較能反映工程所在河流的洪水特點(diǎn)；設(shè)計(jì)洪水過程線是根據(jù)設(shè)計(jì)凈雨過程的逐段凈雨推求得出的，能較好地反映降雨過程的變化；洪峰流量和洪水過程線的推求也是有機(jī)地結(jié)合在一起。從總的方面來(lái)講，在推求設(shè)計(jì)洪水過程線方面，廣東省綜合單位線法顯然優(yōu)于推理公式法。而經(jīng)驗(yàn)公式法是利用圖解試算法及最小二乘法的成果做進(jìn)一步綜合，使公式中各頻率的參數(shù)及指數(shù)盡量一致，只能得出設(shè)計(jì)洪峰洪量，無(wú)法計(jì)算出洪水過程線。綜上分析，考慮安全因素，地鐵C涌設(shè)計(jì)洪水采用綜合單位線法計(jì)算成果[4-8]。

2.3 計(jì)算內(nèi)容

主要計(jì)算橋梁橋墩阻水對(duì)河道水位、流速等的影響。

(1)工程前——模擬河段河道現(xiàn)狀。

(2)工程后——擬建工程實(shí)施后。

3 防洪評(píng)價(jià)計(jì)算

3.1 設(shè)計(jì)水位壅水計(jì)算

擬建工程所引起的水位變化，主要是由于橋梁橋墩阻水發(fā)生變化引起的。水位變化值及變化范圍與河道上游來(lái)水流量和下游水位密切相關(guān)：下游水位相同，上游來(lái)水流量越大，則水位變化越大，影響范圍相應(yīng)也越大；上游來(lái)水流量相同，下游水位越低者，水位變化則越大，影響范圍相應(yīng)也越大。

在設(shè)計(jì)洪水水文組合條件下，擬建工程建成后，北側(cè)人行橋河道水位壅水值為0.001 m，中間人行橋河道水位壅水值為0.002 m，南側(cè)車行橋河道水位壅水值為0.001 m，最大壅水長(zhǎng)度至上游接近30 m。

3.2 沖刷計(jì)算

黏性土河床橋梁墩臺(tái)局部沖刷計(jì)算，采用《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG C30—2015)中墩臺(tái)局部沖刷計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)擬建橋梁橋址附近的地勘資料，工程所在河段河床表層以黏性細(xì)砂為主。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50288—2018)各橋河道斷面允許不沖流速為0.75 m/s，根據(jù)一維模型計(jì)算，各斷面平均流速在0.27～0.35 m/s之間，小于允許不沖流速，因此，沖刷深度均為0 m。

3.3 河勢(shì)影響分析

河勢(shì)影響分析主要包括河道流速變化、岸線變化等。

(1)河道流速變化。表4計(jì)算了工程建成后各人行橋斷面流速的最大增加值。

表4 工程前后工程附近河道流速變化情況 m·s-1

由表4可見，20 a一遇洪水條件下，擬建工程建成后，工程處斷面因橋梁橋墩阻水，流速最大增加0.03 m/s。

(2)岸線變化。擬建工程施工期要破岸施工，將對(duì)現(xiàn)有岸坡造成破壞。施工完成后應(yīng)對(duì)現(xiàn)有堤防原狀恢復(fù)，由于施工期較短，對(duì)現(xiàn)有岸線的影響在施工結(jié)束后即可恢復(fù)。

4 防洪綜合評(píng)價(jià)

4.1 河道泄洪能力影響分析

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，河道管理范圍內(nèi)的建設(shè)項(xiàng)目必須維護(hù)堤防安全，保持河勢(shì)穩(wěn)定和行洪暢通。通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算成果分析可得，從工程方案的影響上看，在P=5%洪水組合水文條件下，擬建工程建成后，北側(cè)人行橋河道水位壅水值為0.001 m，中間人行橋河道水位壅水值為0.002 m，南側(cè)車行橋河道水位壅水值為0.001 m，最大壅水長(zhǎng)度至上游接近30 m。擬建工程的建設(shè)對(duì)所在河道整體行洪態(tài)勢(shì)不致造成明顯的不利影響。

4.2 河勢(shì)及防汛搶險(xiǎn)影響分析

本工程橋址附近河段兩岸現(xiàn)狀有堤頂路，兩座橋梁基本與兩岸堤頂路平交，橋梁兩側(cè)與現(xiàn)狀地面平順連接即可，不會(huì)影響堤頂路的暢通，且橋梁建設(shè)后對(duì)附近路網(wǎng)的完善有重大作用，因此，本工程橋梁的建設(shè)對(duì)防汛搶險(xiǎn)影響較小。施工期，擬建工程部分橋臺(tái)位于兩側(cè)護(hù)岸上，需破堤施工，可能會(huì)占用部分堤頂路，但占用堤頂路部分范圍較小，對(duì)堤頂路的通行基本無(wú)影響，對(duì)防汛搶險(xiǎn)影響較小。

工程修建后，壓縮了河道的過流斷面，改變了橋位斷面的斷面形態(tài)和橋位河段天然河道的水流結(jié)構(gòu)，對(duì)河道沖淤及河勢(shì)都將產(chǎn)生一定影響，對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定會(huì)有一定的影響。經(jīng)計(jì)算，20 a一遇洪水條件下，擬建工程建成后，因橋墩阻水，水流流速最大增加0.03 m/s。本工程橋梁橋臺(tái)均位于河道行洪斷面以外，除橋墩外沒有進(jìn)一步壓縮河道行洪斷面，橋墩為柱式墩，對(duì)水流流態(tài)影響局限于橋墩周圍。

4.3 不良影響控制措施

(1)岸坡保護(hù)。擬建工程部分橋臺(tái)位于兩側(cè)護(hù)岸上，需破堤施工。破堤施工對(duì)堤防穩(wěn)定、防滲有一定影響，建議增加該處橋梁孔跨跨度，跨越堤防，避免破堤施工，如不能增加孔跨跨度，破堤施工需征求當(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T同意，方可施工，施工過程中須通過采取相應(yīng)防護(hù)措施進(jìn)行補(bǔ)救。同時(shí)，施工期間不能影響堤頂路的正常通行。工程完工后進(jìn)行堤防修復(fù)。

(2)施工期行洪安全。施工余泥和廢料，不能傾倒在河道內(nèi)，施工期臨時(shí)設(shè)施不能搭建在岸坡上，不能影響行洪，工程結(jié)束后要及時(shí)進(jìn)行河床清理，以及水面漂浮物清除等工作。工程基礎(chǔ)施工需搭建水上施工平臺(tái)，在大洪水期及極端天氣時(shí)，需及時(shí)采取措施并預(yù)防施工設(shè)施對(duì)防洪造成不利影響。工程完工后要及時(shí)進(jìn)行河床清理及水面漂浮物的清除等，恢復(fù)河道正常行洪斷面，以免對(duì)河道行洪產(chǎn)生不利影響。建議做好防汛應(yīng)急預(yù)案，報(bào)當(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T審批并備案。

(3)水源保護(hù)。工程施工期的廢棄物、堆放物、工人生活排放的廢水等可能會(huì)對(duì)河水造成污染，對(duì)此應(yīng)進(jìn)行有效的管理，盡量減少對(duì)河水的污染破壞。

5 結(jié) 語(yǔ)

項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)水流流態(tài)影響局限于橋墩周圍，對(duì)所在河道整體行洪態(tài)勢(shì)不致造成明顯的不利影響，對(duì)防汛搶險(xiǎn)影響較小。不僅能滿足該區(qū)域的人流、物流通行，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院功能需求，同時(shí)還能起到視覺美觀以及減少災(zāi)害發(fā)生對(duì)人們的影響，提高人行安全性的效果，為類似工程提供一定的參考價(jià)值。