确定公路跨河桥梁桥面高程的水文分析计算

２０１５年第２期　２０１５　Ｎｕｍｂｅｒ　２　水电与新能源　总第１２８期　ｒ０ｔａｌ　Ｎｏ．１２８　ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ　ＡＮＤ　ＮＥＷ　ＥＮＥＲＧＹ　ＤＯＩ：１０．１３６２２／ｊ．ｅｎｋｉ．ｃｎ４２—１８００／ｔｖ．１６７１—３３５４．２０１５．０２．０１　１　确定公路跨河桥梁桥面高程的水文分析计算　覃莲超　，聂华彬　，王大明　，谢（１．湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北武汉３．武汉市蔡甸区河道堤防工程管理总段，湖北武汉伟　４３０１００）　４３００６４；２．宜昌市水利水电局，湖北宜昌４４３０００；　摘要：通过实例，对公路设计中小流域跨河桥梁桥面高程的计算进行分析，提出在设计确定桥面高程时水文计算的重要　性及在修建跨河桥梁之前做防洪论证的重要性。　关键词：跨河桥梁；桥面高程；防洪论证　中图分类号：Ｐ３３３　文献标志码：Ｂ　文章编号：１６７１—３３５４（２０１５）０２—００３６—０２　Ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｉｖｅｒ・ｃｒｏｓｓｉｎｇ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｂｒｉｄｇｅｓ　ＱＩＮ　Ｌｉａｎｅｈａｏ　，ＮＩＥ　Ｈｕａｂｉｎ　，ＷＡＮＧ　Ｄａｒｎｉｎｇ　，ＸＩＥ　Ｗｅｉ。　（１．Ｈｕｂｅｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　Ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ　４３００６４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｙｉｃｈａｎｇ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｙｉｃｈａｎｇ　４３００５，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｗｕｈａｎ　Ｃａｉｄｉａｎ　Ｄｉｓｔｒｉｃｔ　Ｒｉｖｅｒ　Ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｗｕｈａｎ　４３０１００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｒｉｖｅｒ－ｃｒｏｓｓｉｎｇ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｗｉｔｈ　ｅｘａｍｐｌｅｓ．Ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｆｌｏｏｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｉｖ—　ｅｒ—ｃｒｏｓｓｉｎｇ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ａｒｅ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｉｖｅｒ—ｃｒｏｓｓｉｎｇ　ｂｒｉｄｇｅ；ｂｒｉｄｇｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ；ｆｌｏｏｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　１　问题的提出　公路设计中由于小流域上的中小桥涵数量较多、　造价较低，设计中往往只进行粗略的水文分析计算，从　而确定设计洪水位和桥面高程。桥梁施工前又没有进　法比较粗略，计算结果与实际频率洪水相差较远，因　此，确定的桥底高程可能偏低，与相应的频率洪水不相　适应，造成桥梁存在淹没风险。　２工程实例　２．１　某高速公路实例　行专门的防洪论证，导致桥面高程偏低，满足不了公路　级别相应的洪水标准，可能造成不可弥补的损失。桥　某高速公路的连接线需３次跨越五龙河，在五龙　面最低高程用下式计算¨Ｊ：　Ｈ　，　＝　＋∑△　＋Ａｈ　＋Ａｈ０　（１）　河上修建３座中桥，五龙河是长江南岸的一级支流　（又名联棚河）。流经联棚乡境内的长度为１１　ｋｍ，河　式中：　ｉ　为桥面最低高程，ｍ；／４，为设计洪水位，ｍ；　ＥＡｈ为壅水、浪高、波浪壅高之和，ｍ；Ａｈ　为桥下净空　安全值，ｍ；Ａｈ。为桥梁上部构造建筑高度，ＩＴＩ，包括桥　流平均坡降６％ｃ，河道平均宽１７　ｍ，河堤平均高度为　２　ｍ，过水断面３４　ｍ　，允许最大洪峰流量为１０２　ｍ　／ｓ，　常年平均水深０．５　ｍ。　高速公路设计单位根据其掌握的资料利用经验公　式推算得到五龙河百年一遇洪水洪峰流量为　１５４．５　ｍ　／ｓ，并取河道糙率为０．０１４，用列表法推算得　到设计水位为５２．０　ｍ。然后参照《公路工程水文勘测　面铺装高度。　从式（１）可以看出，要确定桥梁的桥面高程需先　计算设计洪水位，设计洪水位的计算需要先对桥梁所　在河流进行相应频率的设计洪水计算，再计算对应的　河道水面线。往往桥梁设计单位计算设计洪水位的方　收稿日期：２０１４—１１—１０　设计规范》…，按设计水位加超高１．５　ｍ计算得到桥　作者简介：覃莲超，女，硕士，主要从事治河方面研究。　３６　覃莲超，等：确定公路跨河桥梁桥面高程的水文分析计算　２０１５年２月　底最低高程为５３．５０　ｍ，桥面高程为５４．８０　ｍ。２０１０　年８月２０日五龙河发生洪水，原本放好样的３号中桥　桥面点被洪水淹没。据了解，本次洪水可能只相当于　姜诗溪，在进行防洪论证的同时，桥梁桥墩部分已经施　工完毕。姜诗溪（又名石堰河）流域面积２１．９　ｋｍ　，河　长９．９　ｋｍ，平均比降为１３．７％。。　２０　ａ一遇洪水，由此怀疑５３．５０　ｍ的设计桥底高程可　设计单位根据桥边河治理报告中姜诗溪河桥址断　面５０　ａ一遇洪水水位为５７．５０　ｍ，确定桥底高程为　能偏低，当时高速公路设计单位推算的五龙河的百年　遇设计流量偏小。　之后项目业主请具有水利资质的设计单位对桥梁　所在的五龙河的设计洪水进行复核，并进行防洪论证。　由于流域无实测流量资料，便采用《湖北省暴雨径流　查算图表》进行设计洪水计算。高速公路的路基设计　一５８．４９２　ｍ，再加上部结构的高程，桥面高程为　６０．４９２　ｍ。防洪论证单位对河道进行水文计算确定设　计洪峰流量，并进行河道横断面测量，采用ＨＥＣ—ＲＡＳ　软件进行水面线计算，计算得到２０　ａ一遇和５０　ａ一遇　洪水条件下的设计洪水位，见表２。　洪水频率应是１％，因高速公路已施工一部分，为了与　已经施工的路段衔接，也考虑到山区河流来水快，退水　快的特点以及五龙河历史洪水情况，只考虑２０　ａ一遇　和３０　ａ一遇的洪峰流量。计算得到２０　ａ一遇洪峰流　量为２５２　ｍ　／ｓ，３０　ａ一遇洪峰流量为３２４　ｍ　／ｓ。　对河道进行横断面测量，采用ＭＩＫＥ１１计算山区　河流模块对五龙河的水面线进行计算。因五龙河为长　江的一级支流，人江口位于夷陵长江大桥下游，水面线　计算下游边界条件取当宜昌站２０　ａ一遇洪水流量为　５３　４００　ｍ　／ｓ时，夷陵长江大桥水位为４９．７　ｍ（８５国家　高程，黄海４９．６３　ｍ）。上游边界条件取２０　ａ一遇洪峰　流量２５２　ｍ　／ｓ，３０　ａ一遇洪峰流量３２４　ｍ　／ｓ。糙率ｎ　根据经验及参考相关书籍　取值为主槽ｎ＝０．０３５，　边滩凡＝０．０５。通过计算得到水面线成果如表１所示　（本表只列出了３号中桥处水位）。　表１　五龙河中桥桥址处水位计算成果表　０　４９．６３　４９．６３　五龙河河口　１＋６６７　５３．Ｏ　（桥址处）　３号桥　从表１中可以看出，此高速公路３号中桥桥底高　程５３．５０　ｍ仅能满足遭遇２０　ａ一遇洪水时不致淹没。　考虑到山区河流来水快、退水快的特点，又考虑到历史　洪水和２０　ａ一遇洪水出现频率较大的情况以及保留　已经施工的部分路基，决定３座中桥按２０　ａ一遇洪水　进行设计，较《规范》　规定的高速公路跨河桥梁设计　洪水标准为百年一遇低，桥梁建设单位根据防洪论证　单位的建议制定了相应的防洪应急预案。　分析桥梁设计单位计算桥面高程过低的原因：一　是百年一遇洪峰流量计算偏小，二是计算水位时糙率　取得过小。　２．２某城市快速通道实例　某城市快速通道在位于姜诗溪河口５４５　ｍ处跨越　表２　姜诗溪桥址处设计水位计算成果表　０＋５４５　设计桥底高程　（桥址处）　５６・９２　５８．２８　按设计水位加　１．ｏ　ｍ确定　从表２可以看出，桥梁的设计洪水标准为５０　ａ一　遇，设计桥底高程为５９．２８　ｍ，高于实际的桥底高程　５８．９４２　ｍ；因姜诗溪河道治理标准为１０　ａ一遇洪水，　而桥底距２０　ａ一遇设计洪水位的净空为１．５７２　ｍ。因　此，防洪论证单位的结论为桥梁仅能满足２０　ａ一遇洪　水标准，因桥梁已完成部分施工，为了避免浪费，桥梁　建设单位应编制相应的防洪应急预案，当可能发生超　２０　ａ一遇洪水时，应及时作出响应，阻止过往车辆通行。　分析桥梁设计单位计算的设计水位偏小的原因主　要是未计算河道的水面线，也未考虑水面比降的影响，　而山区河流水面线比降影响较大。　３结语　１）小流域水文资料较少，在确定跨河桥梁的桥面　高程前，应对小流域进行洪水调查，充分收集资料，再　做相关的水文计算确定设计洪峰流量。　２）在对河流进行水面线计算确定设计洪水位时，　首先要对河道的横断面进行测量，以保证计算时河道　模拟的真实性；其次要注意无资料验证时糙率的选择，　需根据河道情况及类似工程的经验来确定河道糙率。　３）在桥梁施工前应请具有水利资质的单位对桥　梁进行专门的防洪论证，避免桥面高程与桥梁的防洪　标准不相适应。　参考文献：　［１］ＪＴＧ　Ｃ３０—２００２，公路工程水文勘测设计规范［Ｓ］　［２］李炜，徐孝平．水力学［Ｍ］．武汉：武汉水利电力大学出　版社，２０００　［３］李炜．水力计算手册［Ｍ］．２版．北京：中国水利水电出版　社．２００６　３７