荥经县新添乡下坝村、新添村灾后重建基础设施连接桥梁工程行洪论证与河势稳定影响分析

荥经县新添乡下坝村、新添村灾后重建基础设施连接桥梁工程行洪论证与河势稳定影响分析

唐丹丹王现正

自贡市水利电力建筑勘测设计院四川自贡643000

摘要：本文通过洪水分析计算、壅水分析计算、河道演变分析、河势稳定影响分析等方面，分析荥经县新添乡下坝村、新添村灾后重建基础设施连接桥梁工程建设对工程河段行洪能力的影响，对其他工程的行洪能力分析具有一定的参考价值。

关键词：洪水分析计算、壅水分析计算、冲刷分析计算、河道演变分析、河势影响分析

1工程概况

2013年“4.20”芦山地震对工程区的影响烈度为Ⅶ度，荥经县属于重灾区，但未出现大的震害和地质灾害。荥经县新添乡下坝村荥经河连接桥梁工程主要是为配合灾后安置点和恢复乡村道路的建设项目，位于雅安市荥经县新添乡境内，跨越荥经河，连接下坝村和新添村，为县城交通公路桥梁。桥梁上游约310m处有一跨河吊桥，下游约3.25km处为川王宫电站，工程位于川王宫电站库区尾端，新添乡荥经河防洪工程末端与连接桥梁左岸段相交。

荥经县新添乡下坝村荥经河连接桥梁工程设计桥宽12m，桥长147m，与河流正交。桥梁所处纵断面根据河右岸既有公路高程确定，右岸高程与右岸既有公路高程一致，即桥面高程729.58m，梁底高程726.83m，距河底最大高度10.7m。横断面布置为1.75m（人行道）+8.5m（行车道）+1.75m（人行道），桥面设置1.5%双向横坡，桥梁全宽12.0米。上部结构采用4×35米预应力混凝土预制T梁，T梁梁高2.3米、宽2.5米，每孔5片T梁。下部结构桥台采用桩基接盖梁。桥墩为圆柱式墩，钻孔灌注圆桩基础，柱径1.5米，桩径采用1.8米桥台均采用桩柱式桥台，钻孔灌注圆桩基础。

根据《防洪标准》和《公路工程水文勘测设计规范》确定，荥经县新添乡下坝村、新添村灾后重建基础设施连接桥梁工程的防洪标准应为100年一遇。

2河道演变分析

荥经县新添乡下坝村、新添村灾后重建基础设施连接桥梁工程所在河流为荥经河。荥经河为青衣江二级支流，发源于海拔3660m的野牛山一带，上游分荥河和经河两源。两大支源在荥经县城东北的官田坝处相汇后始称荥经河。干流随即扭头北上13km后出县境，于乐英乡李公桥与天全河汇合，之后流入宝兴河汇入青衣江。

荥经河为典型的山区河流，其河岸组成较为坚硬，河床变形主要以推移质运动为主，河床年际间变化不大，年内冲淤演变较为明显，浅滩演变遵循“洪淤枯冲”的规律，深槽表现为“洪冲枯淤”。山区河流典型的特征是水流急、流量变幅大，使得河床受到较大的水流作用力，上游来沙不易在河床中游伴落，一般是通过河床断面向下游输送。山区河流在构造初期河床一般表现为不同程度的下切，直至冲淤基本平衡。

工程河段河床组成大多为基岩和卵石，河床组成较为坚硬，水流对其侵蚀作用比较缓慢，对河床的演变起着一定的制约作用，所以多年来河床相对稳定。工程河段河床覆盖层主要是沙卵石，冲淤变化以悬移质为主，一般汛期6~9月是悬移质集中淤积的时段，主要淤积部位在工程上游变道的凸岸边滩、下游左岸积坝、宽阔河段的缓流区；汛后10月开始走沙，随着水位的水落，水流归槽，淤积泥沙逐渐被冲刷，年际间冲淤相对平衡，基本无累积性变化。近几十年，由于水电站、石河堰等水利工程的修建，导致荥经河淤积，河道比降减小，河岸侵蚀加大等影响。

随着荥经河上游水利工程的陆续实施，将减少工程河段的来沙量。本工程是在满足河道行洪要求的前提下布置的，基本顺应天然河势，因此，修建本工程不会影响本河段河势稳定。从目前来看，受河岸及河床边界条件限制，河床基本保持稳定。除了在工程河段进行人为活动外，发生河势较大变化的可能性较小。

3洪水分析计算

荥经县新添乡下坝村、新添村灾后重建基础设施连接桥梁工程断面以上流域集水面积1729km2。荥经河流域内目前只有荥经水文站，设立于1952年，后在小范围内断面有所调整，更名为荥经（二）站观测至今（为方便起见以下统称为荥经站），站址位于荥河与经河汇合口以下1.5km的荥经河道左岸。

利用荥经水文站1952～2007年实测洪峰流量系列，并将1955年特大值提出作为历史洪水，进行频率计算。荥经水文站位于本工程上游约4.8公里处，将荥经水文站设计洪水成果按面积比的2/3次方移用至本工程控制断面，计算得本工程桥址断面100年一遇洪峰流量为4400m3/s，20年一遇洪峰流量为3550m3/s。

4壅水分析计算

壅水主要由建筑物阻挡水流所形成的水位抬高，通过对建筑物建设前后同一标准洪水的水位计算，对比水位成果计算出建筑物的壅水高度，并分析壅水对各涉水方的影响。

荥经县新添乡下坝村、新添村灾后重建基础设施连接桥梁工程项目位于荥经河上，根据地形情况，以桥下游约3.25km左右的川王宫电站大坝作为控制，计算大桥建成后的回水影响，确定论证河段纵向长5.0km左右，亦即荥经县新添乡下坝村、新添村灾后重建基础设施连接桥梁工程上游约1.75km，下游3.25km至川王宫电站。拟定100年一遇洪水淹没范围外侧10m作为论证的横河论证范围。

采用一维恒定非均匀流水面线计算数学模型，该模型采用的基本方程为：

式中“－”表示平均值；脚标j，j+1为河段上下断面编号，A—过水面积，Δx—河段长，n—河段糙率，其余符号同前。

在流量、控制断面水位和河段糙率确定后，即可由该式算出河道断面的水力要素。

壅水长度采用公式为：

L=2△Z/I

式中，L—壅水曲线全长，m；I—洪水比降，以小数计；△Z—桥前最大雍水高度，m。

本次行洪论证选用频率为1%、5%洪水时的洪峰流量，在工程河段设置了19个实测断面，控制断面选择为最下游的川王宫电站，计算工程建设前后洪水水面线，并进行桥梁建设前后桥址断面各水力要素的分析计算。建桥前后桥址断面壅水水力要素成果见表1，建桥前后桥址断面水力要素变化见表2。

由表中数据可知，各频率下桥墩阻水面积与桥下过水面积之比均小于5%，因此建桥后桥墩对行洪断面的影响较小。建桥后20年一遇洪水位略高于防洪堤堤顶高程，需加高堤顶高程。

5冲刷分析计算

工程河段冲刷计算，包括一般冲刷计算和局部冲刷计算。河流上建桥后，因压缩水流而引起桥下河床全断面发生冲刷的现象即为一般冲刷，水流受桥墩阻碍形成旋涡系统对桥墩周围的冲刷现象即为局部冲刷。

5.1一般冲刷计算

一般冲刷计算根据河床泥沙的组成分为非粘性土河床与粘性土河床，根据河床的断面型式及水流的漫滩情况又分成河槽、河滩部分冲刷。

按非粘土性河床计算桥下一般冲刷，公式如下：

1、河槽部分：

根据以上公式计算，工程断面一般冲刷深度为3.08m，局部冲刷深度为1.43m，即对桥址处河道滩面会产生一定的冲刷。

根据设计，新建桥梁三个桥墩位于河槽内，河床最低高程716.12m，桥墩基础为桩基础，桩基埋设高程为693.744m～694.001m，远低于局部冲刷水深，因此河床冲刷不会对桥墩的安全造成影响。

6河势影响分析

河势影响分析主要有河床变形分析、河道稳定性分析和河岸稳定性分析。

6.1河床变形分析

桥位区属荥经河下游区河段，河道由卵石层所掩盖，桥位区上游400m范围内河床平滑顺直，河床排泄通畅无阻挡，河床平均比降约6.0‰，其纵比降相对较小，洪枯季水位变幅较大，夏季流量大，冬季流量较小，流量主要受雨季和上游发电站蓄排水调节影响。工程河段构造上位于北东走向的天凤背斜南端，青龙断层从场地西侧约300m处通过，该断层属非全新活动老断层。场地内无滑坡、泥石流、崩塌等不良地质作用；根据现场调查及钻探工作，建筑场地在勘察范围无古河道、沟滨、墓穴、防空洞等对工程安全不利的埋藏物。荥经县新添乡下坝村、新添村灾后重建基础设施连接桥梁工程建成后，虽然过水断面有所减小，但水流流态变化，河道水流动力轴线调整顺直后，水流流速有所增加，对河流水文泥沙情势和河道特性的改变不大，且与天然状况相比没有明显变化，不会发生较大的河床变形。

6.2河道稳定性分析

工程建成之后，工程河段河道水流流态及河势关系受工程建设的影响，可能有一定程度的改变，可能造成河床再造过程，从河流动力学与河床演变学来看，河床稳定性应由纵向稳定性程度和横向稳定程度来确定。

（1）纵向稳定性计算

河床纵向稳定指标中认为河床的纵向稳定程度取决于水流对河床泥沙的作用力与河床泥沙抵抗力之间的对比关系。河床纵向稳定性计算公式：

K1＝d/hJ

式中：d—床沙平均粒径(mm)，取99.9mm；h—造床流量下的平均水深(m)；J—水力坡度(mm/m)。

K1值越大，表明河床越稳定。经计算，工程建成后K1＝5.95，因此，可以认为工程河段属于纵向稳定河床。

（2）横向稳定计算

横向稳定系数与河岸稳定密切相关，而决定河岸稳定的因素主要是主流的冲刷地点及其走向和河岸土壤的抗冲能力。由于缺乏实测资料，通过参考相关资料，间接用河岸变化结果来描述河岸的稳定性，计算公式采用武汉水利水电学院把阿而杜林公式计算的稳定河宽与实际河宽相比较，用以表征河床横向稳定性程度。公式为：

K2＝Q0.5/(BJ0.2)

式中：Q—造床流量，取常年洪水Qp50%＝2080m3/s；J—造床流量下水面比降；B—造床流量下的水面宽，取117m；b—枯水期水面宽。

经计算，工程河段横向稳定系数K2＝1.08。参考相关资料，K2值越大，河道越稳定，K2大于1即为非游荡性河流。故本工程涉及河段由上式计算出的河段河岸稳定系数均较为理想，即是说，河道的横向是基本稳定的。

（3）综合稳定性计算

河流平面河势的稳定性，即取决于河床纵向稳定，也取决于河床横向稳定，两种综合影响因素用综合稳定性指标K采用如下公式进行计算，即：

经计算，本工程建成后综合稳定系数K＝6.94，由此可知，工程河段综合稳定性较好。

6.3河岸稳定性分析

由地形图以及现场踏勘可知，工程河段河岸自身稳定，加之堤防工程和桥梁工程的建设，更加强了评价河段内的两岸坡稳定。由于工程基础的保护，使两岸的冲刷也相对减弱。河道受人为因素的钳制，河道不会有摆动的演变的迹象，因此，该河段的河床形态将趋于稳定。

7结论

本工程的建设符合荥经县“4.20”地震灾后重建的需求，防洪的设置也满足河段防洪标准的要求。建筑物洪水标准符合国家有关标准的规定。桥梁建设不涉及其它的行洪安全问题，而工程为自身的行洪安全又采取了相应的工程措施，故本工程建设不存在影响河道行洪安全问题，桥梁建成后，对河道的行洪面积影响很小，对天然河势的影响很小，工程区所在河段河势稳定。建桥后20年一遇洪水位略高于防洪堤堤顶高程，建议加高堤顶高程。该项目的建设对河段行洪影响很小。本工程为桥梁建设，畅通乡村道路，连接两个村，便交通交流更加便利，对防洪抢险更有利。本工程所在河段属于川王宫电站库尾，但是本工程无取水规划，则本工程建设对第三合法水事权益人无影响。

参考文献:

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