桥梁防洪评价.docx
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桥梁防洪评价
目 录
1概述
项目背景
310国道线起于江苏省连云港市，止于甘肃省天水市，全线1613公里，途径江苏、安徽**、陕西、甘肃五省，与陇海铁路并行，是横贯我国东西的主要公路干线。
位于**境内的**国道连接了**市区、偃师市和新安县，也是**省干线公路网骨架，起着贯穿东西的作用，在运输网络中举足轻重。
对于促进沿线各县、市经济技术交流与旅游发展发挥着重要的作用，是沿线地区的经济命脉，其通行能力对沿线经济发展和资源利用影像甚大，在区域经济发展中有着举足轻重的地位，对国民经济的发展建设影响甚大。
根据**省干线公路建设计划，现有**大部分路段在“十二五”期间将逐步改造为四车道一级公路标准，应该说技术标准的提高对于近期缓解**交通运输压力，提高道路通行能力有一定的作用，但从长远来看，国道**线直接穿越了沿线12个县、市，已成为县市、乡镇之间的连接道路或城市道路，在道路两侧已形成了良好的产业布局和经济开发区。
**段国道**新安县城段、**城区段、偃师城区段街道化程度尤其严重，在一定程度上已制约了城市的发展。
可以预见，远期随着交通量的发展，即使再进一步进行扩容，改造成六车道甚至八车道，项目沿线的街道化较为严重的路段或者瓶颈路段依然得不到根本解决。
为满足社会经济发展新形势的需要，现有国道**必将成为连接沿线城镇的城际通道，其所承担的货运交通功能需要考虑规划新的通道，由此提出了****境全线的总体规划，总体线路方案除在部分路段局部利用老路外，其余均全部新建。
拟建国道****市境段改建工程起于偃师、巩义交界，接**郑州市境段，利用洛偃快速通道经偃师南，在**东利用G207，再经**、新安等地，止于**、三门峡交界，**大桥起始桩号为K56+976.805m，中心桩号K57+340.5m，。
《中华人民共和国防洪法》第三章第二十七条规定“建设跨河、穿河、穿堤、临河的桥梁、码头、道路、渡口、管道、缆线、取水、排水等工程设施，应当符合防洪标准、岸线规划、航运要求和其他技术要求，不得危害堤防安全，影响河势稳定、阻碍行洪畅通；其可行性研究报告按照国家规定的基本建设程序报请批准前，其中的工程建设方案应当经有关水行政主管部门根据前述防洪要求审查同意。
”水利部《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》（水政〔1992〕7号）、《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则（试行）》等法律法规的规定，为评价工程建设项目与防洪、河道管理等是否相抵触，评价工程建设对河道行洪与防洪安全的影响提供了依据，为保证工程满足**防洪要求，**市公路管理局委托我院编制《****市境段改造工程跨**大桥防洪评价报告》，为河道管理单位和水行政主管部门提供科学可靠的审批依据。
接受委托后，我院组织相关技术力量组成项目组对本项目进行了实地勘察，就其地理位置、场地、地形地貌、周边环境、水利规划以及工程所在河道的基本情况、现有水利工程及其它设施情况等诸多方面进行了现场考察。
项目组在了解有关情况的基础上，收集了本工程所在河道的主要影响河段千分之一地形图，了解了本项目建设的基本思路、建设规模、布局规划等，并搜集整理有关基础资料、图纸，查清了现有建筑物位置、类型和数量，并对河道断面、过流能力进行了校核，为进行防洪评价做好了准备。
根据**市社会经济发展总体布局规划，分析**流域的水文气象、地形地貌、河道地质、边界条件及现有防洪标准的洪峰、洪量、设计水位等情况，按照水利部办公厅（办建管〔2004〕109号）印发的《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》的要求，编制《****市境段改造工程跨**大桥防洪评价报告》。
评价依据
相关法规、标准
1、；
2、《中华人民共和国防洪法》199；
3、；
4、《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》〔水利部、国家计委水政[1992]7号〕；
5、《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》〔水利部建管办[2004]109号〕；
6、《水利水电工程等级划分及洪水标准》〔SL252-2000〕；
7、《水利水电工程水文计算标准》〔SL278-2002〕。
有关技术标准和标准
1、中华人民共和国国家标准GB50201-94《防洪标准》，1995年1月1日实施；
2、中华人民共和国国家标准GB50286-2013《堤防工程设计标准》，2013；
3、中华人民共和国行业标准SL44-2006《水利水电工程设计洪水计算标准》，中国水利水电出版社，20；
4、《水力计算手册》〔李炜主编中国水利水电出版社〕；
5、《水工设计手册》（第一卷，基础理论），水利水电出版社，1995.10；
6、《公路工程水文勘测设计标准》JTG-2002；
7、《公路工程技术标准》JTGB01-2003。
1.2.3相关参考文献、资料
1、《**市防洪排涝规划》1995.8；
2、《防洪标准》GB50201-94；
3、《****市境段改建工程两阶段初步设计》，**省交通规划勘察设计院有限责任公司，2012.05；
4、《**市**水库除险加固工程初步设计报告》，**市水利勘测设计院，20。
1.3技术路线和工作内容
1、技术路线
①收集建设项目基本资料，工程所在河段地形、历年实测水文泥沙等资料，现场查勘建设项目位置，河道沿岸情况，了解桥梁周边地形和防洪保护对象分布情况，分析建设项目有关防洪要求的合理性、稳定性，及防洪影响程度。
②参考涉及河段已有的规划成果，分析论证后作为本次建设项目防洪评价的设计洪水的依据。
③参考沿线有关地质资料。
资料成果有：
《****市境段改建工程两阶段初步设计》、《**市**水库兴利库容调整工程初步设计》，为该工程的防洪稳定性分析提供依据。
2、工作内容
通过对资料的收集整理，经过分析计算，结合现状，分析研究河段的河势演变情况和**大桥桥的建设实施对该河段的影响。
工作内容包括：
①与现有水利规划的关系与影响分析；②与现有防洪标准、有关技术要求和管理要求的适应性分析；③对河道行洪安全的影响分析；④对河势稳定的影响分析；⑤对河道防洪工程及其它水利工程和设施的影响分析；⑥对防汛抢险的影响分析；⑦防御洪涝的措施是否得当；⑧对**水质及通航的影响分析；⑨对环境及水文测验的影响分析；⑩对第三人合法水事权益的影响分析；最后对防洪评价得出的结论提出对策性建议。
3、成果报告编写
按照《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》的要求，编制完成《****市境段改造工程跨**大桥防洪评价报告》〔报批稿〕。
2基本情况
建设项目名称、项目性质
1、建设项目名称：
****市境段改造工程跨**大桥
2、建设项目性质:
改建
3、项目委托单位：
**市公路管理局
2.2建设项目概况
**大桥位于**市**县麻屯镇任屯村附近的**上，是**国道线路线方案的主要控制点之一。
**大桥平面分别位于圆曲线〔起始桩号：
k56+976.805，终止桩号：
k57+537.908，半径：
4500m，左偏〕和直线〔起始桩号：
k57+537.908，终止桩号：
k57+706.741〕上，总长727.39m，共24跨，标准跨径30m。
桥面横坡为双向2%。
全桥共5联，桥面净宽：
第一联左幅为净14.5～19.019m，其余桥面净宽为14.5m。
上部结构第一联采用预应力砼现浇连续箱梁，其余采用预应力砼〔后张〕箱梁，先简支后连续，梁高～m，桥面依次9cm厚沥青混凝土防水层和10cm厚C50防水混凝土。
下部结构采用柱式墩，桥台采用桩基础，设计桩长28～。
根据**省交通规划勘察设计院有限责任公司2012年5月设计的《****市境段改建工程两阶段初步设计》中采用主要技术标准为：
1、设计荷载：
公路-Ⅰ；
2、设计洪水频率：
百年一遇；
2.3河道基本情况
2.3.1流域概况
**是黄河流域伊洛河水系涧河的一级支流，在**市**红山乡境内汇入涧河，**大桥桥址上游控制流域面积199km2。
**干流河道长27km，，河道宽80m左右，河床土质为黄土状粉质粘土。
2.3.2河段基本情况
项目位于**市**县麻屯镇屯村附近的**上，涉及河段河宽约80m，大体为南北流向，左岸低，右岸陡立，河段两岸现状无防护措施。
**大桥桥址处河道现状
2.3.3气候气象
**市地处亚欧大陆桥东段，**市气候属暖温带大陆性季风气候区，具季节性变化，冬春季主导风向为西西南风和东东北风，夏秋季主导风向为东东北风和东北风。
一般是春冬干旱多风，夏秋多雨集中，秋季昼暖夜寒，温差大，冬季寒冷寡照，雪稀少，据**气象站资料统计，年平均气温℃，一月份气温最低，平均为℃；七月份气温最高，平均达℃。
极端最高温度℃，极端最低温度℃。
年平均日照2137～2291.4h，多年平均降雨量，日最大降雨量（1994年7月24日），降雨多集中在6～9月，占全年降雨量的63.3%。
多年平均水面蒸发量为980mm，多年平均风速2m/s。
地貌、河道地质情况
2.地形地貌
桥位横跨**，地形两边高，中间低，河宽约80m，深约20m。
桥址区域地貌类型属**中部黄土丘陵，地形起伏变化较大，冲沟发育，河谷侧缘陡立，桥址区域～212.00m之间。
工程地质
根据现场地质调绘及勘探，在勘探深度范围内分布地层主要为第四系上更新统洪积层和第三系地层，岩性以粉质粘土和泥岩为主，现将桥位区内主要地层从上至下分析如下：
第四系上更新统〔Q3pl〕：
①黄土状粉质粘土〔Q3pl〕：
褐黄色，可塑，含少量铁锰质斑点，见灰白色条纹，0.0～0.4m为耕植土，见少量植物根系。
仅在ZK57290C处出现，深度4m左右。
②黄土状粉质粘土〔Q3pl〕：
黄褐色，可塑，含少量铁锰质斑点，干强度高，切面光滑，有光泽，厚度5.7～6.1m。
③黄土状粉质粘土〔Q3pl〕：
黄褐色，可塑，含少量铁锰质斑点，干强度高，切面光滑，有光泽，厚度4.6～9.9m。
第四系中更新统〔Q2al+pl〕：
④卵石〔Q2al+pl〕：
杂色，饱和，密实，矿物成分以石英、长石为主，呈圆棱状及次棱角状，一般粒径20～80mm，最大100mm，含量约占60%，充填物以粉质粘土为主，钻进较慢，钻具跳动，厚度约5.4～13.2m。
第三系**组
⑤泥岩〔N〕：
棕红色，弱胶结，泥质结构，层状构造，岩芯成块状，块径2～3cm左右，最大8cm左右，局部为短柱状，断面可见铁锰质侵染，厚度约为16.0～22.8m。
⑥泥岩〔N〕：
灰黄色，强风化，主要矿物质成份为石英、长石，中粒砂状结构，快状构造，钙质胶结，成岩较好，岩芯呈短柱状，最大揭露厚度23.1m。
**大桥桥址处工程地质剖面图
2.4.3水文地质
桥址区域内地下水类型为松散岩类孔隙水，为潜水，多以层间水形式存在，富水性差，补给来源主要为大气降水。
勘察期间沟底稳定地下水水位埋深约15m。
地震效应
依据《公路桥梁抗震设计细则》〔JTGTB02-01-2008〕、《建筑抗震设计标准》〔GB50011-2010〕、《中国地震动参数区划图》〔GB18306-2001〕及《中国地震动反应谱特征周期区划图》，项目区属于地震设防烈度为7度，地震动峰值加速度为0.10g，设计地震分组为第二组，依据区域地质资料及本场地地质情况可知，场地土类别属中软土，场地抗震地段属可进行建设的一般场地，依据临近工程资料，该场地类别为Ⅱ类场地，场地特征周期为0.40s。
按照地震动峰值与地震基本烈度对照表，对应地震基本烈度为Ⅶ度。
综合判定场地属对建筑抗震的一般地段。
**大桥桥址下游约3km处有已建**水库，根据20月**水利勘测设计院编制的《**市**水库除险加固工程初步设计报告》中提出：
**水库控制流域面积210km2，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物大坝、溢洪道、输水洞均为3级建筑物，次要建筑物为4级，临时建筑物级别为5级。
**水库设计洪水标准为50年一遇设计，校核洪水标准为1000年一遇，设计洪水流量：
1548m³/s，校核洪水流量3254m³/s，设计最高洪水位18m，校核最高洪水位18m，正常蓄水位m，回水范围为1.3km。
**大桥上游无其他水利工程。
3河道演变
河道历史演变概况
**是黄河流域伊洛河水系涧河的一级支流，在**市**红山乡境内汇入涧河，**大桥桥址上游控制流域面积199km2。
**干流河道长27km，干流平均比降0.00555，河道宽80m左右，河床土质为黄土状粉质粘土。
桥址处附近**地面高程一般为182.69～212m，河道宽80m左右，河床土质为黄土状粉质粘土。
****市境段改造工程跨**大桥工程位于**下游，属黄土丘陵区河道，由于缺乏综合治理，**坡降小，河床宽，泥沙淤积严重，河床抬高大。
河床地质多为散粒体，两岸为开阔的河谷平川地带，两岸支流河口多、村多人多，经济发达。
因沿河两岸及小支流土层较薄且土质疏松，故每遇暴雨或大雨，小流域洪水伴随泥石流涌向沟口，在沟口或河道内形成淤积，使河床在小范围内摆动，长久以来，随河水不断冲刷，河道右侧岸坡陡立，地势较高，左侧形成阶地，阶地内杂草树木较多，据当地居民介绍，**常年水量较小，两岸虽均未整治，但已形成天然稳定河道。
本工程所处河段河道基本上为黄土状粉质粘土河道，左、右岸虽未整治但已形成天然稳定河道。
加之下游**水库的修建，河道流速减小，加速淤积，对于减小河道的摆动强度，稳定流路，河道稳定是有利的，故河床基本上不会摆动，河槽变化也不会太大。
3.3河道演变趋势分析
河道历史、近代演变过程中河床河岸及走向基本上与现有河道走向一致，认为该河段河道演变是极其缓慢的，演变趋势基本趋于稳定；河道泥沙输沙量较低，不会造成河道大范围淤积。
综合上述情况分析，预计**河道的未来演变趋势基本趋于稳定。
4防洪评价计算
河道防洪标准
〔1〕.根据《公路工程技术标准》JTGB01-2003中桥涵分类规定：
多孔跨径总长在100≤L≤1000m范围内的定为大桥。
根据《公路工程水文勘测设计标准》JTG-2002表中公路等级为一级的大、中桥设计洪水频率为100年一遇。
〔2〕.**全段均未治理，无堤防，参照《防洪标准》GB50201-94表规定，本河段未来治理防洪标准定为20年一遇。
4.2设计洪水和设计洪水位
基本资料
**是黄河流域伊洛河水系涧河的一级支流，在**市**红山乡境内汇入涧河，**大桥桥址上游控制流域面积199km2。
**干流河道长27km，干流平均比降0.00555，河道宽80m左右。
由于本流域无实测洪水资料，本次洪水推算采用**省水利院1984年10月编制的《**省中小流域设计暴雨洪水图集》〔以下简称“84图集”〕和2005年12月**省水文局编制的《**省暴雨参数图集》〔以下简称“05图集”〕查暴雨参数，用“84图集”相配套的洪水计算公式及查算图表推求洪水。
并对洪水计算成果进行合理分析。
洪水计算
.1“84图集”洪水计算
〔1〕设计雨量计算
根据**跨**大桥桥址所处地理位置，依照“84图集”附图，在流域重心处读得各时段点暴雨均值和相应的变差系数，以Cs=3.5Cv查皮Ⅲ型曲线模比系数计算设计频率点暴雨量，再根据流域面积查附图求得点面折减系数，计算面暴雨量。
流域设计暴雨量计算成果见下表4-1。
表4-1流域设计暴雨量计算成果表
项目
10分钟
1小时
6小时
24小时
点雨量（mm）
80
Cv
Cs/Cv
点面折减系数
1
1%面雨量（mm）
38
89
211
〔2〕设计净雨及设计洪峰流量计算
1〕设计暴雨递减指数
考虑不同时段雨量变差系数Cv及点面关系，根据各时段点雨量和点面折减系数，按“84图集”中的计算公式，计算三种时段设计暴雨递减指数n1、n2、n3。
暴雨递减指数公式：
式中：
n1p、n2p、n3p——为三种时段设计暴雨递减指数；
H10p、H1p、H6p、H24p——分别为同一设计频率年最大10分钟、1、6、24小时点雨量。
α——为暴雨点面折减系数。
暴雨递减指数计算成果见表4-2。
表4-2暴雨递减指数成果表
设计频率
n1
n2
n3
1%
5%
2〕设计净雨和设计洪量
设计净雨及设计洪量:
采用24小时暴雨计算设计洪水，其净雨量由“84图集”附图次暴雨径流关系P+Pa～R曲线查得，P为24小时雨量，Pa为前期影响雨量，R为24小时净雨深。
24小时设计洪量用公式:
W24=1000RF计算，W24为24小时设计洪量，F为流域面积，设计频率净雨量及洪量成果如表4-3。
表4-3设计净雨量及洪量计算成果表
涉及频率
5%
1%
24小时暴雨量〔mm〕
211
前期影响雨量〔mm〕
55
P+Pa
266
24小时净雨深〔mm〕
92
24设计洪量（104m3）
1831
3236
〔3〕设计洪峰流量计算
设计洪峰流量采用推理公式法计算。
1）基本公式：
Qmψ（S/τn）F（m3/s）
ψ=1-（μ/s）τn
τ=0.278L/（mJ1/3Q1/4）（h）
式中:
Qm—设计洪峰流量（m3/s）；
ψ—洪峰迳流系数；
τ—洪峰汇流时间（h）；
F—流域面积（km2）；
L—干流长度，设计断面至干流分水岭（km）；
J—L的干流比降（以小数计）；
S—设计最大1小时雨量平均强度，即设计频率1小时雨量（mm/h）；
N—设计暴雨递减指数；
μ—平均入渗率，以mm/h计；
m—汇流参数。
2）洪峰流量计算
根据实测资料及图集查算出上述参数，按公式用试算法求解成果见表4-4。
表4-4设计洪峰流量计算成果表
项目
5%
1%
设计雨强S（mm/h）
6
89
n1
n2
n3
m
2.37
平均入渗率μ（mm/h）
洪峰径流系数ψ
739
洪峰汇流时间τ（h）
设计洪峰流量Q（m3/s）
1178
2190
.2“05图集”洪水计算
〔1〕设计雨量计算
根据“05图集”附图，在流域重心处读得各时段点暴雨均值和相应的变差系数，以Cs=3.5Cv查皮Ⅲ型曲线模比系数计算设计频率点暴雨量，再根据流域面积查附图求得点面折减系数，计算面暴雨量。
流域设计暴雨量计算成果见下表4-5。
表4-5流域设计暴雨量计算成果表
项目
10分钟
1小时
6小时
24小时
点雨量（mm）
15.3
80.0
Cv
5
0.55
Cs/Cv
点面折减系数
1
1%面雨量（mm）
〔2〕设计净雨及设计洪峰流量计算
1〕设计暴雨递减指数
考虑不同时段雨量变差系数Cv及点面关系，根据各时段点雨量和点面折减系数，按“84图集”中的计算公式，计算三种时段设计暴雨递减指数n1、n2、n3。
暴雨递减指数计算成果见表4-6。
表4-6暴雨递减指数成果表
设计频率
n1
n2
n3
1%
0.525
5%
2〕设计净雨和设计洪量
计算公式及计算方法同前设计频率净雨量及洪量成果如表4-7。
表4-7设计净雨量及洪量计算成果表
涉及频率
5%
1%
24小时暴雨量〔mm〕
前期影响雨量〔mm〕
55
P+Pa
24小时净雨深〔mm〕
87
146
24设计洪量（104m3）
1731
2920
〔3〕设计洪峰流量计算
设计洪峰流量计算公式及计算方法同前。
计算成果见表4-8：
表4-8设计洪峰流量计算成果表
项目
5%
1%
设计雨强S（mm/h）
n1
n2
n3
m
平均入渗率μ（mm/h）
洪峰径流系数ψ
536
洪峰汇流时间τ（h）
设计洪峰流量Q（m3/s）
1106
1988
.3“84图集”与“05图集”洪水比较分析
采用不同图集查算的降雨量及以此计算的设计洪量和设计洪峰流量成果见表4-9：
表4-9不同图集计算结果比照
设计频率
项目
100年一遇
20年一遇
设计洪量（104m3）
洪峰流量（m3/s）
设计洪量（104m3）
洪峰流量（m3/s）
“84图集”
3236
2190
1831
1178
“05图集”
2920
1988
1731
1106
相差百分比
9.8％
9.2％
%
%
将两种图集计算的结果进行比较，可以看出：
按“05图集”计算的洪峰流量、洪量比“84图集”偏小，但两者相差均在15%之内，从安全方面考虑，本次设计采用“84图集”计算成果。
桥址处100年一遇设计洪峰流量为2190m3/s，该处河段20年一遇洪峰流量1178m3/s。
设计洪水位推求
本次依据桥址上下游一定范围内河道断面及河道水面比降，采用明渠均匀流公式进行了计算，明渠均匀流公式为：
式中：
Q——洪峰流量，
A——过水断面面积；
J——水力比降；比降采用为。
C——谢才系数，
；
n——河道糙率；
R——水力半径，R=A/x；
x——湿周
参照中国建筑工业出版社第二版《给水排水设计手册第7册――城镇防洪》第6章关于天然河道分段和糙率的选用，结合计算河段内河道具体情况，如地形地质、河床特性、边滩情况、植被覆盖、下垫面的情况,5。
利用上述公式，推求出工程断面**大桥处百年一遇设计洪水位为1m，河道20年一遇设计洪水位190.14m。
设计洪水及洪水位的选取
〔1〕设计洪水的选取
由上述成果分析，可得该工程所在河段百年一遇洪峰流量为2190m3/s，《****市境段改建工程两阶段初步设计》中**大桥100年一遇设计流量为2046m3/s，与本次计算基本相符，故采用2190m3/s作为本次防洪评价百年一遇洪峰流量。
〔2〕设计洪水位的选取
**改造工程跨**大桥工程按100年一遇洪水标准设计，依据上述公式计算得出成果:
**大桥100年一遇洪水位为1m。
4.3壅水分析计算
天然河道中水流呈自然流态方式，桥梁等建筑物的修建，无疑将对河道水流产生一定影响，根据防洪设计的要求，需计算桥墩建成后产生的壅水高度，以推算工程阻水引起水位壅高变化和壅水长度，研究是否采取相应的补救措施。
4.3.1工程阻水面积计算
将大桥中心桩号处所在河道断面作为控制断面，大桥建成后，在设计标准洪水〔100年一遇〕来临时，壅高上游水位，按缩小河道断面计算最高水位。
根据实测的断面资料和《****市境段改建工程两阶段初步设计》等设计资料及河道防洪标准，分析频率为100年一遇和20年一遇设计水位下本工程桥墩的阻水面积，根据设计方案，当遭遇100年一遇和20年一遇洪水时，本工程部分桥墩位于**河道内，考虑到桥墩布置方向与水流方向不一致，桥墩布置方向与**主河槽夹角为15°。
在计算阻水面积时，将其投影到桥址计算断面，桥墩阻水面积计算成果见表4-10。
表4-10 桥墩阻水要素表
频率〔%〕
水位〔m〕
河道过
水面积（m2）
河道宽（m）
桥墩阻水面积〔m2〕
桥墩阻水宽度〔m〕
建桥后河道过水面积（m2）
桥墩占有面积比例（%）
桥墩占有宽度比例（%）
1
1
212
5
190.14
199
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