蓬安嘉陵江大桥涉河方案 - 图文(7)

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水面积之比，称为工程对过水面积的占据率或称面积缩窄率。面积缩窄率是体现跨河及临河工程影响河道行洪能力的主要参数，在工程区段水流条件相同的情况下，过水面积缩窄率越大，对河道行洪的影响就越大。表5-2统计了拟建大桥的过水面积缩窄率。

表5-2 拟建大桥过水面积缩窄率计算表

3洪水频率 流量（m/s） 地形条件 原过水面积（m） 10574 8507 9041 7485 2桥墩阻水面积（m） 567 449 496 400 2缩窄率（%） P=5% P=20% P=5% P=20% 25800 17700 25800 17700 无堤防 无堤防 有堤防 有堤防 5.36 5.28 5.49 5.34 拟建大桥设计桥墩均位于百年一遇洪水位以下。其中，三个主墩均为圆端形矩形墩，迎水面方向宽8m，顺水流方向长20.75m。引桥墩和交界墩均采用柱式桥墩，墩径为1.4~1.8m。由表可知，天然情况下，当遭遇P＝5%洪水时，桥位处过水断面面积为10574m2，桥墩占用过水面积为567m2，过水面积缩窄率为5.36%；当遭遇P＝20%洪水时，桥位处过水断面面积为8507m2，桥墩占用过水面积为449m2，过水面积缩窄率为5.28%。考虑桥区河段修建堤防后，当遭遇P＝5%洪水时，桥位处过水断面面积为9041m2，桥墩占用过水面积为496m2，过水面积缩窄率为5.49%；当遭遇P＝20%洪水时，桥位处过水断面面积为7485m2，桥墩占用过水面积为400m2，过水面积缩窄率为5.34%。

5.2.3 最大壅水高度

根据数模计算成果，各工况下建桥前后洪水水位变化等值线见图7～10。表5-3统计了建桥后桥墩前及河道两岸岸边水位的最大壅高值。

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表5-3 拟建大桥工程修建后最大壅水高度表（单位：m）

位置 桥墩局部区域 左 岸 右 岸 无堤防 5% 0.12 0.05 0.04 20% 0.10 0.04 0.04 5% 0.13 0.05 0.06 有堤防 20% 0.11 0.05 0.05 从建桥前后洪水水位变化等值线图可以看出，建桥后水位壅高区域一般发生在桥轴线上游河段，并以桥墩为中心，向四周扩散和衰减，壅水高度与距离桥墩的远近呈反比关系，即桥墩墩前局部区域水位壅高值明显周围。这种变化规律的原因主要是桥梁建筑物一般是桥墩阻水，改变建桥前该处的水流状态，造成局部水流急变产生壅水，其中墩前局部最为明显。从防洪影响角度而言，主要关注建桥引起两岸水位的壅高值，该水位壅高值是防洪评价的主要因子。

由表5-3可知，桥区河段修建堤防前，当桥区河段遭遇P=5%洪水时，建桥引起的墩前局部最大水位壅高值为0.12m，引起左岸和右岸的水位壅高值分别为0.05m和0.04m；当桥区河段遭遇P=20%洪水时，建桥引起的墩前局部最大水位壅高值为0.10m，引起左岸和右岸的水位壅高值均为0.04m。桥区河段修建堤防后，当桥区河段遭遇P=5%洪水时，建桥引起的墩前局部最大水位壅高值为0.13m，引起左岸和右岸的水位壅高值分别为0.05m和0.06m；当桥区河段遭遇P=20%洪水时，建桥引起的墩前局部最大水位壅高值为0.11m，引起左岸和右岸的水位壅高值均为0.05m。从以上分析及水位变化等值线图可以看出，桥区河段修建堤防前后的建桥引起的壅水值差异不明显，修建堤防后的壅水值比修建前增加了约0～0.02m。

5.2.4 壅水范围

表5-4统计了拟建大桥修建后各计算工况桥前不同壅水高度的影响范围。由表5-4和水位影响等值线可以看出：

（1）拟建嘉陵江二号大桥修建后的壅水范围相对较小，且频率洪水越大，建桥引起的壅水范围就越大。天然情况下，遭遇20年一遇洪水条件下，桥前壅水高度0.01m的最大壅水影响距离为700m；5年一遇洪水条件下，桥前壅水高

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度0.01m的最大壅水影响距离为650m。考虑堤防修建后，遭遇20年一遇洪水条件下，桥前壅水高度0.01m的最大壅水影响距离为730m；5年一遇洪水条件下，桥前壅水高度0.01m的最大壅水影响距离为675m。

（2）各级计算频率洪水条件下，桥前水位壅高影响范围衰减迅速。以20年一遇洪水计算结果为例，天然情况下，水位壅高0.01m的影响距离为700m，水位壅高0.02m的影响距离为310m，水位壅高0.05m的影响距离则衰减至117m；堤防修建后，水位壅高0.01m的影响距离为730m，水位壅高0.02m的影响距离为330m，水位壅高0.05m的影响距离则衰减至130m。

（3）堤防修建后建桥引起的壅水范围大于堤防修建前。如遭遇P=5%洪水时，堤防修建后建桥引起的壅水高度0.01m.、0.02m和0.05m比堤防修建前分别增加了30m、20m和13m。

表5-4 工程后不同壅水高度的影响范围

壅水高度 5% 0.01 0.02 0.05 700 310 117 无堤防 20% 650 285 85 5% 730 330 130 有堤防 20% 675 300 102 壅水影响范围是指距桥轴线的上游河段距离

5.3冲刷与淤积计算分析

根据《公路工程水文勘测设计规范》第7.1.1条规定，桥梁墩台冲刷计算包括河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷三部分。

5.3.1河床自然演变冲刷

河床自然演变导致的冲刷，是由于河道中水沙运动，造成河道床面形态的改变，同时床面形态改变又会影响水沙运动，两者相互依存、相辅相成。这种河道的自然演变无论在建桥前或建桥后，都在不断地进行着，桥梁设计时必须

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考虑桥梁使用期间可能发生的河床变形。根据《公路工程水文勘测设计规范》推荐的方法，河床自然演变冲刷计算主要利用天然河道的水文资料分析确定。

拟建大桥位于马回电站库区，根据现场踏勘、实地调查以及邀请当地航道管理与维护机构的领导、专家、工程师现场介绍，桥区河段自马回电站运行以来，两岸边坡、边滩多年来均未发生较大的塌岸和边滩增长的现象；通过收集了该河段1958年和2010年实测江床地形图进行对比，桥区河段多年来河型河势稳定，滩槽及深泓线变化均较小，因此河床自然演变冲刷深度取为0m。

5.3.2一般冲刷深度计算

在河流上建桥后，由于桥梁桥墩束窄水流，致使桥下流速增大，水流挟沙能力增强，在桥下产生冲刷。随着冲刷的发展，桥下河床加深，过水面积加大，流速逐渐下降，待达到新的冲淤平衡状态或桥下流速降低到河床质允许（不冲刷）流速时，冲刷即行停止。这种由于建桥后压缩水流而在桥下河床全断面内发生的冲刷称为一般冲刷。一般冲刷深度hp系指桥下河床在一般冲刷完成后从设计水位算起的最大垂线水深。

根据《公路工程水文勘测设计规范》64—1修正式

5/3???hQ2?cm????Ad??Bcj?hcq????hp=??1/6?Ed???????3/5

式中：hp——桥下河槽一般冲刷后的最大水深（m）；

Bcj—桥下河槽部分桥孔过水净宽（m），当桥下河槽能扩宽至全桥时，即为全桥桥孔过水净宽；

hcm——桥下冲刷前河槽部分最大水深（m）； ； hcq——桥下冲刷前河槽平均水深（m）

d——河槽泥沙平均粒径（mm），取55mm；

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E——与汛期含沙量有关的系数；

Q2——桥下河槽部分通过的设计流量(m3/s)； μ——桥下水流侧向压缩系数；

0.15?Bz??Ad——单宽流量集中系数，Ad=??Hz???；

Bz、Hz——平滩水位时河槽宽度和河槽平均水深，变迁、游荡、宽滩河当Ad＞1.8时，Ad值采用1.8。

根据上式计算得到拟建大桥建桥后遇百年一遇洪水时，桥位河槽一般冲刷的普遍冲深为0.38m。

5.3.3局部冲刷深度计算

流向桥墩的水流受到桥墩阻挡，桥墩周围的水流结构发生急剧变化，水流的绕流使流线严重弯曲，床面附近形成螺旋水流，剧烈淘刷桥墩周围泥沙特别是迎水面的河床泥沙而形成冲刷墩的现象，称为局部冲刷。局部冲刷墩外缘与墩底的最大高差用最大局部冲刷深度hb表示。影响局部冲刷的主要因素有流速、墩形、墩宽、水深和床沙粒径等。河槽部分局部冲刷深度hb计算采用《公路工程水文勘测设计规范》65-2式：

当v?v0时 hb?K?K?2Bh0.60.151P'v?v0() v0当v?v0时 hb?K?K?2Bh0.60.151P'v?v0()n2 v0式中：hb——桥墩局部冲刷深度（m）；

K?——墩形系数；

K?2——河床颗粒影响系数，K?2?B1——桥墩计算宽度（m）；

0.0023d?2.2?0.375d?0.24

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