[建筑土木]西环高速跨越海河特大桥防洪评价报告0819审查后报批稿.doc

滨海新区环线高速公路（津汉高速海景大道）工程跨越海河特大桥防洪评价报告（送审稿） （报批稿）河北省水利水电勘测设计研究院天津工程咨询分院二一年六月七八月5滨海新区环线高速公路（津汉高速海景大道）工程跨越海河特大桥防洪评价报告 （报批稿）工程咨询资格证书：甲级编号:工咨甲10320070057河北省水利水电勘测设计研究院天津工程咨询分院二一年六月七八月 批 准： 孙景亮 审 定： 傅长锋 刘春发 审 查： 何长宽 审 核： 徐世宾邢福生校 核： 徐世宾 是不是应该加上邢主任报告编写： 李博超 徐世宾 李双艳 何长宽任喜龙 任春磊 邢福生 张淑秀刘凤霞 邬 龙 李 娜 安宇翔刘 屹 王晶磊 前 言滨海新区环线高速（津汉高速海景大道）工程（在本报告中以下“简称西外环高速”）北起建设中的津汉高速，向南终止于现状海景大道，是滨海新区环线高速公路网重要的组成部分，沿线经过的行政区域主要为滨海新区（塘沽、大港）、北京清河农场、宁河县等地。本工程拟采用全封闭、全立交、全部控制出入的高速公路标准，设计速度为100km/h，路线全长37.6km。本项目的建成将为实现其规划功能定位，强化新区南北连通，引导区域土地开发，串联各大功能区，构筑新区交通保护屏障起到积极的作用。本工程拟采用全封闭、全立交、全部控制出入的高速公路标准，设计速度为100km/h，津汉高速京津高速以及津晋高速海景大道两段采用双向六车道，路基宽度为36.0m；京津高速津晋高速段采用双向八车道，路基宽度为43.5m。工程跨越海河，对河道防洪安全问题的影响比较突出。为保证河道行洪通畅及公路工程自身防洪安全，根据中华人民共和国水法、中华人民共和国防洪法、中华人民共和国河道管理条例等国家法律法规，需开展防洪评价。受天津海滨大道建设发展有限公司委托，我院承担了滨海新区环线高速公路（津汉高速海景大道）工程跨越海河特大桥防洪评价报告的编制任务。根据河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则（试行）要求及评价区的具体情况，我院完成了相关河流的海河设计洪水成果分析、复核，以及河道设计水位、桥梁壅水、冲刷等分析工作，从公路桥梁对防洪的影响和桥梁自身的防洪需求等方面进行了综合评价论证，在征求水利部门意见的基础上提出了滨海新区环线高速公路（津汉高速海景大道）工程跨越海河特大桥防洪评价报告。2010年8月12日，天津市水务局组织专家对评价报告进行了审查，我院根据审查意见，对报告进行了修改完善，提出修改后的防洪评价报告。报告中除特别注明外，高程系为1972年大沽高程系。目 录1 概 述11.1 建设项目背景11.2 评价依据61.3 技术线路及工作内容82 基本情况152.1 建设项目概况152.2 河系基本情况192.3 社会经济222.4 洪涝灾害232.5 桥梁交叉位置海河概况253 河道演变263.1 河道历史演变概况263.2 河道近期演变分析273.3 河道演变趋势分析304防洪评价分析计算334.1 水文分析334.2 设计洪水位334.3 水位壅高及壅水长度分析344.4 冲刷分析计算364.5 梁底及承台高程计算分析374.6 河势影响分析394.7 对西关泵站影响分析395 防洪影响综合评价405.1 项目建设与有关规划的关系及影响分析405.2 项目建设与防洪标准、有关技术管理要求的符合性分析405.3 项目建设对河道泄洪影响分析405.4 项目建设对河势稳定的影响分析415.5 项目建设对堤防、护岸及其他水利工程和设施的影响分析415.6 项目建设对防洪抢险的影响分析425.7 建设项目防御洪涝的设防标准与措施是否适当425.8 项目建设对第三人合法水事权益的影响分析425.9 防洪评价工作推荐的设计方案426 防治与补救措施436.1 建设期防治与补救措施436.2 运行期防治与补救措施447 结论与建议451 概 述11.1 建设项目背景11.2 评价依据61.3 技术线路及工作内容82 基本情况202.1 建设项目概况202.2 河系基本情况282.3 社会经济322.4 洪涝灾害342.5 桥梁交叉位置海河概况373 河道演变383.1 河道历史演变概况383.2 河道近期演变分析393.3 河道演变趋势分析424防洪评价分析计算454.1 水文分析454.2 设计洪水位464.3 水位壅高及壅水长度分析474.4 冲刷分析计算514.5 梁底及承台高程计算分析524.6 河势影响分析534.7 对西关泵站影响分析545 防洪影响综合评价555.1 项目建设与有关规划的关系及影响分析555.2 项目建设与防洪标准、有关技术管理要求的符合性分析555.3 项目建设对河道泄洪影响分析565.4 项目建设对河势稳定的影响分析575.5 项目建设对堤防、护岸及其他水利工程和设施的影响分析585.6 项目建设对防洪抢险的影响分析595.7 建设项目防御洪涝的设防标准与措施是否适当595.8 项目建设对第三人合法水事权益的影响分析596 防治与补救措施616.1 建设期防治与补救措施616.2 运行期防治与补救措施616.3 补救措施的工程量627 结论及建议64附图：附图1：海河干流下游平面位置图附图2：永定河系流域图附图3：大清河系流域图附图4：西外环高速跨越海河特大桥桥位图（推荐方案）附图5：西外环高速跨越海河特大桥桥型布置图（推荐方案）附图6：西外环高速跨越海河特大桥主桥下部一般构造图（推荐方案）附图7：西外环高速跨越海河特大桥桥位图（比选方案）附图8：西外环高速跨越海河特大桥桥型布置图（比选方案）附图9：西外环高速跨越海河特大桥主桥下部一般构造图（比选方案）附图10：西外环高速跨越海河特大桥主桥施工流程图（推荐方案）附图11：西外环高速跨越海河特大桥主桥施工流程图（比选方案）附件：滨海新区环线高速公路（津汉高速海景大道）工程跨越海河特大桥防洪评价报告评审意见附图：附图1：海河干流下游平面位置图附图2：永定河系流域图附图3：大清河系流域图附图4：西外环高速跨越海河特大桥桥位图（推荐方案）附图5：西外环高速跨越海河特大桥桥型布置图（推荐方案）附图6：西外环高速跨越海河特大桥主桥下部一般构造图（推荐方案）附图7：西外环高速跨越海河特大桥桥位图（比选方案）附图8：西外环高速跨越海河特大桥桥型布置图（比选方案）附图9：西外环高速跨越海河特大桥主桥下部一般构造图（比选方案）附图10：西外环高速跨越海河特大桥主桥施工流程图（推荐方案）附图11：西外环高速跨越海河特大桥主桥施工流程图（比选方案）附图字号和目录不一致1 概 述1.1 建设项目背景1.1.1 建设项目地理位置天津市作为环渤海地区的经济中心，将逐步建设成为国际港口城市，北方经济中心和生态城市。经过多年的发展，天津市已具备了雄厚的物质技术条件，为远期发展打下了良好的基础。天津市的gdp水平连续十三年以两位数增长，“三步走”战略目标的第一步也顺利完成，“十五”期间天津市依托区位、资源、人才等优势，以“三五八十”为建设目标，充分利用老工业城市有利条件，大力发展高新技术产业和服务业，不断增强中心城市辐射和服务功能，使天津市成为我国最具发展潜力的城市之一。滨海新区作为天津市的发展龙头，将立足天津，依托京冀，服务环渤海，辐射“三北”，面向东北亚，未来将利用其优越的地理优势，成为其发展的又一增长级。滨海新区紧紧依托北京、天津两大直辖市，拥有了中国最大的人工港、最具潜力的消费市场和最完善的城市配套设施，以新区为中心，方圆500km2范围内还分布着11座100万人口以上的大城市。对外，滨海新区雄踞环渤海经济圈的核心位置，与日本和朝鲜半岛隔海相望，直接面向东北亚和迅速崛起的亚太经济圈，置身于世界经济的整体之中，拥有无限的发展机遇。滨海新区自然资源丰富，有大量值得开发、成本低廉的荒地和滩涂，有丰富的石油、天然气、原盐、海洋资源等，同时拥有雄厚的工业基础，是国内外公认的发展现代化工业的理想区域。2009年10月21日，国务院批复了天津市报送的关于调整天津市部分行政区划的请示，同意撤销天津市塘沽、汉沽、大港三个行政区，设立天津市滨海新区。通过调整天津市滨海新区行政区划,从而建立起“既集中统一领导又发挥各方优势、充满生机与活力的管理体制”，将使中国经济“第三只引擎”的动力更加强劲。随着天津市“双城双港” 城市总体发展战略的落实，滨海新区“十大战役” 项目的推进，以及在西外环等项目中对滨海新区路网功能的梳理，滨海新区规划路网在路网结构、港城交通分离、客货交通分离等方面需要进一步提升。作为滨海新区规划路网深化和提升工作内容的组成部分，西外环的建设就被纳入到滨海新区政府近期重点工作的议事日程上。滨海新区环线高速公路（津汉高速-海景大道）在本报告中简称西外环高速。西外环利用原大港环港快速路、塘沽西外环等路段组成。远期规划为快速路，北起国道112高速，南至南港高速，全长约100km；近期按高速公路模式建设，北起国道112高速、南至津石高速公路，全长约80km，本次滨海新区环线高速（津汉高速海景大道）工程修筑起点为建设中的津汉高速，终点为现状海景大道，另修建西外环至临港产业区的高速联络线。图1.1-1 西外环高速线路位置示意图1.1.2 建设必要性（1）西外环的建设是落实城市空间战略布局，串联滨海各功能区的需要。滨海新区在空间形态上是一个狭长的带状海滨城市，南北沿海方向长约85km。天津滨海新区城市总体规划（2009-2020年）根据新区空间特点，为避免城市蔓延式发展，确定了“多组团”的空间结构。这些城市组团由生态廊道分隔，组团的城市功能和内部交通网络相对独立。城市空间结构的实现离不开城市交通设施的支撑和引导，西外环的建设能够落实天津市“双城双港”的城市空间战略，支撑”一核双港九区”的规划布局结构，能够强化新区各个功能区之间的联系，实现各个功能区之间的功能互补。(2)西外环的建设是构建新区南北快速通道，引导区域土地开发的需要。西外环的建设充分地体现了交通基础设施引导城市发展的规划理念，充分发挥交通基础设施对于区域土地开发的带动和限制作用。为保护滨海新区西侧的生态廊道，规划对生态廊道两侧的用地规模上进行了限制，在就业、生活平衡发展的基础上，每个功能区即是产业功能区，又是服务功能区，西外环贯通汉沽、塘沽、大港，强化各个城区的联系，形成功能互补，强化滨海新区核心城区的辐射带动作用。保障城市的可持续、健康发展。(3)西外环的建设是完善新区客货系统分离，编织便捷交通网络的需要。原新区路网在城市外界面上缺少类似中心城区外环线的交通保护屏障，新区对外交通只能利用滨海新区内部道路进行转换，不仅增大新区内部城市交通压力，并且导致客货交通在新区内部混行。滨海环线内的中心商务区、中新天津生态城和汉沽、塘沽、大港三个城区以客运交通为主，仅开发区东区以货运为主，而在滨海环线外的海港物流区、开发区西区、滨海高新区、临空产业区、南港工业区、临港工业区均以货运交通为主，仅滨海旅游区以客运为主。西外环的规划建设将为滨海新区城区构筑起交通保护屏障，与唐津高速共同构筑了滨海新区西侧客货分离的大通道，其中西外环高速以客运为主，唐津高速以货运为主。如此新区能够通过西外环组织对外交通，使得对外交通能够灵活转换，合理分流，实现客货交通有效分离。1.1.3 总体建设规模西外环高速滨海新区环线高速（津汉高速海景大道）工程采用全封闭、全立交、全部控制出入的高速公路标准，设计速度为100km/h。其中，津汉高速京津高速以及津晋高速海景大道两段采用双向六车道，路基宽度为36.0m；京津高速津晋高速段采用双向八车道，路基宽度为43.5m。 工程路线全长37.629 km；全线路基填挖方为200705m3，填方为2256196 m3，路面568270 m2。共跨越一级河道两条，分别为：永定新河、海河；二级河道1条，为黑潴猪河（在京津高速互通式立交段）、，污水河道1条，为大沽排污河（在天津大道-津晋高速互通式立交段），其余主要河道有四丈河（在津塘公路分离式立交段）、二丈河、引水河等。全线共设特大桥2座，分别为永定新河特大桥、海河特大桥，共长2584.7m，桥梁总面积95820.8 m2；设大桥3座，共长780.0m；设中桥3座，共长160.0m；全线共设互通式立交4座，主线桥长3343m；简易菱形立交2座，主线桥长2611.9m；分离式立交5座，共长5951m；全线设置服务区1处；主线收费站1处；匝道收费站4处；涵洞19座。项目建设期为2年，工程总投资1148446.3万元。1.1.4 项目前期工作概况西外环高速滨海新区环线高速（津汉高速海景大道）工程项目建议书、可行性研究报告由天津市市政设计研究院编制完成，并经审查批准，目前，项目初步设计报告初稿已编制完成，防洪评价是在项目初步设计成果基础上进行的。1.1.5 防洪评价报告编制过程2010年3月底，天津海滨大道建设发展有限公司委托我院承担西外环高速跨越海河特大桥工程防洪评价工作。我院设计咨询人员通过向业主单位及工程设计单位了解工程规划设计进展情况，并沿规划线位现场查勘，掌握了规划工程的第一手资料；同时与西外环高速规划线位涉及河道的水行政主管部门进行了多次深入沟通，搜集河道相关资料，听取各部门关于防洪安全和工程建设等方面的意见及要求，明确了对河道防洪安全产生影响的控制性要素，并将其及时反馈于建设单位和工程设计单位；设计单位根据我院相关意见，对大桥设计方案进行了优化调整；其后，依据河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则（试行）及相关法律、法规、规范要求，结合评价区的具体情况，展开防洪评价计算与分析工作；最后经与建设单位、设计单位进一步沟通并征询相关主管部门意见后，编制完成了滨海新区环线高速公路（津汉高速海景大道）工程跨越海河特大桥防洪评价报告。2010年8月12日，天津市水务局组织专家对评价报告进行了审查，我院根据审查意见，对报告进行了修改完善，提出滨海新区环线高速公路（津汉高速海景大道）工程跨越海河特大桥防洪评价报告（报批稿）。1.2 评价依据1.2.1 现行主要法律法规 (1) 2002年10月1日起实施的中华人民共和国水法；(2) 1998年1月1日起实施的中华人民共和国防洪法；(3) 1988年中华人民共和国国务院第3号令发布实施的中华人民共和国河道管理条例；(4) 2004年8月水利部办公厅办建管2004109号文下发的 河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则（试行）。1.2.2 有关技术规范及技术标准(1) 1995年国家技术监督局和中华人民共和国建设部联合发布实施的防洪标准（gb50201-94）；(2) 1999年中华人民共和国铁道部发布实施的铁路工程水文勘测设计规范（tb10017-1999）。；(3) 2002年中华人民共和国水利部发布实施的水利水电工程水文计算规范（sl278-2002）；(4) 1998年国家技术监督局和中华人民共和国建设部联合发布实施的堤防工程设计规范（gb50286-98）；(5) 2004年中华人民共和国交通部发布实施的公路桥涵设计通用规范（jtjd62-2004）；(6) 2002年中华人民共和国交通部发布实施的公路工程水文勘测设计规范（jtjc30-2002）；(7) 2004年中华人民共和国建设部发布实施的内河通航标准（gb50139-2004）。1.2.3 有关规划设计文件(1) 1993年国务院批准的海河流域综合规划；(2) 2004年4月水利部海河水利委员会编制的海河流域防洪规划报告；(3) 2004年3月中水北方勘测设计研究有限公司编制的海河流域永定河系防洪规划报告；(4) 国务院批转的水利部关于加强海河流域近期防洪建设的若干意见；(5) 2003年天津市水利勘察设计院编制的天津市海河流域综合规划报告；(6) 1995年9月水利部批复的天津市海河干流治理工程可行性研究报告；(7) 1996年10月天津市水利勘察设计院编制的天津市海河干流治理工程初步设计报告；(8) 2000年6月天津市水利勘察设计院编制的天津市海河干流治理工程初步设计补充报告；(9) 2010年6月天津市市政工程设计研究院编制的滨海新区环线高速公路（津汉高速-海景大道）工程初步设计报告；(10) 其他有关的文件、报告、资料。1.3 技术线路及工作内容1.3.1 技术路线考虑到海河实际地形地貌、水流流态、河口规划等情况，本次防洪评价进行的洪水位分析、冲刷分析、水位壅高分析、梁底高程计算等分别采用以下技术途径。设计洪水采用防洪规划成果。（1）水位推算一维非恒定流方法海河干流设计洪水位采用已经水利部批复的海河干流治理工程可行性研究报告中的计算成果。海河干流治理工程可行性研究报告中河道水位推算采用一维河网非恒定流程序。一维河网非恒定流程序其演算方法均基于明渠非恒定流基本方程，即圣维南方程组。通过程序计算可以将各种水力单元有机连接起来，较为全面地构建河系空间分布结构，提供不同河段内各控制断面水位和流量的时、空分布情况，进而全面反映河道洪水的演进过程。基本方程及数值解法 （a）基本方程描述一维非恒定流运动的圣维南方程组有多种形式，程序可采用如下形式： （水流连续性方程） （动量守恒方程）式中：，距离（m）和时间（s）；均匀旁侧入流(m3/s)，入流为正，出流为负；断面水位（m）；断面流量(m3/s)；过水断面面积（m2）；流量模数(m3/s)；动量校正系数；重力加速度(m2/s)；入流沿水流方向的速度(m/s)，一般情况下，认为旁侧入流垂直于主流方向，0。（b）数值解法圣维南方程组属一阶双曲线型拟线性偏微分方程组，在数学上无法求得其解析解，主要依靠数值方法求解。程序采用目前使用较为广泛的preissmnan四点隐式差分对圣维南方程组进行离散，利用计算机技术实现求解。preissmnan格式离散简化形式如下：图2-6 preissmnan格式离散式中：加权系数，01。利用上式对圣维南方程组进行离散化，可得：式中：、j断面第n、n+1时刻流量(m3/s)；、j+1断面第n、n+1时刻流量(m3/s)；、j断面第n、n+1时刻水位(m)；、j+1断面第n、n+1时刻水位(m)。j和j+1断面的空间距离（m）；时间步长（s）；断面平均流速（m/s）；谢才系数；水力半径（m）。上式中、均由各时段初值计算得到。对于具有l2-l1个河段的河道，有2（l2-l1+1）个未知变量，可以列出2（l2-l1）个方程，加上河道两端的边界条件，即形成封闭的代数方程组。根据不同的边界条件，设立不同的递推关系，利用追赶法循环求解各断面未知量、。preissmann格式的稳定条件和精度：稳定条件 当0.51时，格式无条件稳定；当0.5时，格式有条件。精度 差分方程是微分方程的近似，当0.5时，具有二阶精度；而当为其它值时，则具有对的一阶精度。 定解条件初始条件： 即在计算开始时刻（）给定计算断面的水位z和流量q： 边界条件：上边界可采用水位过程或流量过程，下边界给出水位过程或流量过程，或水位流量关系曲线。 计算条件（a）河道断面资料；（b）糙率n；（c）初始条件；（d）边界条件。（2）壅水计算方法跨河桥梁的壅水分析计算一般采用铁路工程水文勘测设计规范（tb10017-1999）中的公式即铁路桥涵壅水公式进行分析计算，也可采用中国工程师手册中的简化公式进行了计算。跨河桥梁的壅水分析计算一般采用经验公式计算。 方法一 铁路桥涵壅水公式1999年中华人民共和国铁道部发布实施的铁路工程水文勘测设计规范（tb100171999）中利用能量守恒原理，分析确定了跨河桥涵壅水计算方法。本次防洪评价即采用该方法分析计算建桥后的桥前壅水高度和壅水长度。壅水高度计算公式为：式中：z建筑物前最大壅高（m）； 计算系数，根据阻断流量的不同取0.050.15； 建筑物布置后断面平均流速（m/s）； qp 设计流量（m3/s）； wj 建筑物过水断面面积（m2）； 建筑物范围内天然情况下平均流速（m/s）； 天然断面平均流速（m/s）。建筑物上游壅水长度计算公式为：式中：l建筑物上游壅水长度(m)；i水面比降。 方法二 耶尼尔公式美国陆军工程兵团水力设计准则中的耶尼尔公式：式中：hj从收缩段的上游到下游的水面落差；v收缩段的下游流速；束窄断面流速水头与水深之比；阻水率；k桥墩形状系数。方法三 堰流公式为武汉大学水利水电学院编制水力计算手册中的计算公式。：式中：q 过流流量； 流量系数，由a/a及桥墩形状表查得，a为桥前渠道过水水断面面积；a 桥下净过水面积；z水面壅高值。（3）河道冲刷计算方法水流在河床全断面内发生的普遍冲刷，通称为一般冲刷。河道一般冲刷深度的计算方法比较多，目前普遍采用的是铁路桥渡勘测设计规范中推荐的641公式和公路工程水文勘测设计规范（jtjc30-2002）中推荐的641修正公式。641公式是利用我国各地桥梁实测资料建立的，实测资料中，既有较稳定的河段，也有不稳定的河段，因此该公式的计算结果，既包括桥梁压缩河流引起的冲刷，也包括河槽在天然演变中深泓线摆动形成的集中冲刷和随水位、流量周期变化产生的天然冲刷。由于641公式所根据的实测资料及模型试验中河床土质均为非粘性土，故该公式只适用于非粘性土且有底砂运动的河槽。对于粘性土，可采取当量换算的办法，将粘性土按容许（不冲刷）平均流速相等的条件转换成非粘性土的粒径，再使用641公式，此时，641公式中的单宽流量集中系数a值可取为1.01.2。本次防洪评价采用2002年中华人民共和国交通部发布实施的公路工程水文勘测设计规范（jtjc30-2002）中推荐的641修正公式，分析计算桥梁与河道交叉断面的冲刷深度。该公式包括非粘性土、粘性土主槽和滩地的冲刷。 公路规范推荐的641修正公式2002年中华人民共和国交通部发布实施的公路工程水文勘测设计规范中推荐的641修正公式，包括非粘性土、粘性土主槽和滩地的冲刷。非粘性土河槽部分：式中：hp 一般冲刷后的最大水深（m）； q2 河槽部分通过的设计流量（m3/s）； bc 河槽部分桥孔过水净宽（m）； 水流侧向压缩系数； a 单宽流量集中系数，； hmc 河槽最大水深（m）； hc 河槽平均水深（m）； d 河槽泥沙平均粒径（mm）； e 与汛期含沙量有关的系数。非粘性土河滩部分：式中：hmt 河滩最大水深（m）； ht 河滩平均水深（m）； bc 河滩部分桥孔过水净宽（m）； vh1 河滩水深1m时非粘性土不冲流速（m/s）； 其余符号意义同前。粘性土河槽部分： 式中：a 单宽流量集中系数，a=1.01.2；il 冲刷坑范围内粘性土液性指数，在本公式中取值范围为0.161.19；其余符号意义同前。粘性土河滩部分： 局部冲刷深度公式根据公路工程水文勘测设计规范（jtjc30-2002），非黏性土河床的桥墩局部冲刷，可按下列公式计算；：当vv0 当vv0 式中：hb 桥墩局部冲刷深度（m）； b1 桥墩计算宽度，对圆柱型桥墩即为直径（m）； v0 河床泥沙启动流速（m/s）； v 一般冲刷后墩前行近流速（m/s）； k墩形系数；k河床粒径的影响系数，； v0墩前始冲流速（m/s）； n 指数，。黏性土河床桥墩局部冲刷可按下式计算：当 当 （4）允许最小梁底高程计算跨河桥梁的允许最小梁底高程根据中华人民共和国交通部颁布的公路水文勘测设计规范、公路桥涵设计通用规范及有关水利规范、规定分析确定。根据以上有关规范规定，梁底高程需要考虑通航和不通航两种情况。计算公式形式如下： 没有通航要求的河流：hmin=hp+h+hj （1）有通航要求的河流：hmin=htn+hm （2）式中：hmin 最低梁底高程（m）； hp 设计水位（m）； h 根据河流的具体情况，酌情考虑壅水、浪高、水拱、河湾两岸高差诸因素的总和（m）； hj 桥下净空高度（m）；htn 设计最高通航水位（m）；hm 通航净空高度（m）。对于有堤防的河道，允许最低梁底高程应结合堤防现状及规划整治要求综合分析确定。（5）桥梁波浪高度计算为确定桥梁的梁底高程，需要进行波浪高度计算，计算标准为桥梁的设计标准。桥下波浪高度计算公式如下：式中：hbp% 波浪高度（m）； th 双曲正切函数； 风速，水面上10m高度多年测得的洪水区间自记2min平均最大风速的平均值，（m/s）； 沿浪程的平均水深（m）； g 重力加速度（m/s2）； d 计算浪程（m）。 桥下浪高按计算浪高的三分之二计取。1.3.2 采用资料防洪评价水文分析采用已有水文观测资料、分析成果、最近编制完成并经审查的流域防洪规划及河道工程设计成果。地形资料采用最新河道断面资料。海河干流为复式断面，海河主槽及滩地糙率取值均为0.0225。1.3.3 工作内容本次防洪评价按照2004年8月水利部办公厅办建管2004109号文下发的河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则（试行）进行水文分析、洪水演进分析、冲刷淤积分析等工作。根据西外环高速跨越海河特大桥的结构型式以及海河河道的特点，结合一维河网非恒定流程序成果，通过对水位壅高、流速变化等要素的计算，结合一维河网非恒定流程序成果，分析建设项目对河道水位、流速的影响。采用冲刷计算经验公式计算河道冲刷深度，依据计算成果分析论证建设项目对河道河势稳定等产生的影响。本次防洪评价工作主要包括以下内容：（1）基本资料的收集与整理建设项目穿越跨越海河特大桥的有关设计文件、图纸；计算范围内河道的有关规划设计成果、地形资料的收集整理。（2）防洪评价的计算与分析计算建设项目建成后河道的壅水高度及壅水范围；分析河道内河道水流流速的变化；采用冲刷计算的经验公式进行河道冲刷计算。依据水位、流速等计算成果，分析评价建设项目对河系泄洪的影响、对河势稳定的影响、对河岸堤防等水利工程设施的影响、对防汛抢险的影响，以及分析论证建设项目的防御洪涝标准及其措施等。（3）编制防洪评价报告，提出报告结论与建议根据防洪以上计算的结成果，进行防洪影响评价分析，编制防洪评价报告，提出评价结论与建议。2 基本情况2.1 建设项目概况2.1.1 工程布置滨海新区环线高速（津汉高速海景大道）西外环高速工程北起津汉高速公路，南至海景大道，方案路线全长37.629 km。线路自北与津汉高速公路相接，向南分别跨越永定新河、黑潴河、京津高速公路、新杨北路、北环铁路、港城大道、蓟港铁路、第九大街、京津塘高速公路后下穿在建津秦客运专线，向南上跨津滨高速公路、津滨轻轨、津山铁路、津塘公路、津塘二线、海河、天津大道、津晋高速后继续向南跨越蓟港铁路、港塘公路、李港铁路延长线后终点南接海景大道。工程全线共设特大桥2座，分别为跨海河特大桥和跨永定新河特大桥，设大桥3座，中桥3座，设互通式立交4座，简易菱形立交2座，分离式立交5座。其中工程跨海河特大桥属于环线高速公路工程的重要桥梁节点之一，工程位于滨海新区西部与津南区交界处，桥梁处于海河唐津高速滨海大桥下游侧约550m处，在海河中心桩号k45+520处跨越海河，桥梁与河道交角75.87。跨海河特大桥工程起于海河北部的西部新城南出口互通式立交，起点桩号k24+200，向南跨越海河，然后沿马厂减河东岸向南延伸至津沽公路北侧，止于天津大道津晋高速公路互通立交桥起点，终点桩号k25+800，主线桥梁长度为1600m。设计全桥均采用平桥方案, 推荐方案主跨采用70+130+70m三跨跨越海河，两侧桥跨一般为30m。 比选方案主跨采用55+100+55m三跨跨越海河主槽，两侧桥跨一般为30m。两方案整幅桥宽均为43.5m，整体桥梁面积为69600m2。两方案跨海河特大桥桥位、桥型布置和下部一般构造见附图4附图9。2.1.2 工程设计原则桥梁（立交）结构设计在贯彻工程性能良好、经济安全合理、满足道路交通功能总体要求的基础上，应进一步注重桥梁结构建筑的美观，以与滨海新区向国际化城市发展相协调，充分体现以人为本的设计理念。结构的设计和施工还应力求进一步提升科技含量和科技水平，并能体现结构施工集中、方便、快速、文明的特点。为此确定沿线桥梁设置时设计原则如下：沿线桥梁设置时遵循以下原则:(1) 遵照“安全可靠、耐久适用、技术先进、经济合理、环保美观”的总体设计原则，根据桥位实际情况，兼顾因地制宜、就地取材、便于施工和养护的要求。(2) 跨越河流桥梁孔径的布置，应充分考虑桥位上、下游已建或拟建桥梁情况，满足河道的通航或泄洪要求，并尽量避免过分压缩河道、改变水流的天然状态。并根据水上施工条件优先选用可采用架桥机安装的预制结构，跨度较大者则采用逐孔现浇或阶段现浇、预制拼装等结构形式。(3) 在跨越铁路、道路（高速公路）时，在满足限界要求的条件下，优先采用适合预制拼装或顶推等施工方法的桥梁结构，以尽量减小施工对铁路、高速公路的运营干扰。(4) 充分采用新技术、新工艺、新材料，使适用性和经济性得到最佳结合，结构的设计做到技术合理、先进、有利于模数化、标准化、工厂化施工，以便捷施工。(5) 全线桥梁除斜跨转正角度渐变及特殊节点之外均采用预应力结构。(6) 特大桥、大桥上部结构采用连续（先简支后连续）结构，联长控制在80160m；中桥采用结构简支，桥面连续的型式。(7) 高速公路主线在两侧有辅道段选用u型桥台，台侧接钢筋混凝土挡墙；其余各段落均采用肋板式桥台，台侧采用放坡的形式。(8) 为了适应构筑物与路堤间的不均匀沉降，桥台后均设置桥头搭板，搭板长度采用8m搭板，搭板宽度与桥面净宽相同。(9）)桥面沥青铺装层采用与道路路面上、中层相同的沥青混凝土铺装，总厚度为10cm。箱梁顶面铺设8cm c40防水混凝土；板梁顶面铺设10cm c40防水混凝土。2.1.3 2 桥涵技术标准（1）设计荷载标准道路：bzz-100kn桥梁：公路i级（2）抗震设计地震动峰值加速度：0.15g（3）桥梁设计洪水频率：特大桥 1/300（4）净空标准 主线上跨等级道路的净空标准：高速公路： 5.5m一、二级公路：5.0 m三、四级公路：4.5 m主要乡村公路：4.5 m支线上跨时本路净高要求为5.5 m。 主线上跨通道净宽、净高标准净高（m） 净宽（m）汽车通道 4.5 m 8.0 m机耕通道 3.5 m 6.0 m人行通道 3.0 m 4.0 m（1）海河通航标准海河是中国华北地区主要的大河之一。海河干流自金钢桥以下长73.5km，河道狭窄多弯，经塘沽区入海。海河二道闸以下为i级航道。（2）设计荷载标准道路：bzz-100kn桥梁：公路i级（3）抗震设计地震动峰值加速度：0.15g（4）桥梁设计洪水频率特大桥 1/300（5）净空标准 主线上跨等级道路的净空如下标准：高速公路： 5.5m一、二级公路：5.0 m三、四级公路：4.5 m主要乡村公路：4.5 m支线上跨时本路净高要求为5.5 m。 主线上跨通道净宽、净高标准净高（m） 净宽（m）汽车通道 4.5 m 8.0 m机耕通道 3.5 m 6.0 m人行通道 3.0 m 4.0 m2.1.4 3 工程区地质条件本项目路线位于天津东部的广大冲积平原地区，位于华北平原中部、蓟运河、潮白新河、永定河和海河流域中下游。沿线地貌的主要构成是海积冲积平原、冲积平原、洪积冲积平原，境内地势低平，排水不畅，地下水埋藏较浅（一般为0.53m），地下水参与了整个成土过程。所以境内土壤多发育为潮土。随着地势的高低变化，依次分布为普通潮土、盐化潮土、湿潮土。地势低平，绝大部分地区海拔高度在 5m以下，坡降小于 1/6000，地表沉积物以粘、亚粘土为主，河床及古河道穿过地区有粉细砂。由于地势坦荡低平，地下水及地表水排泄不畅，地下水的埋藏深度大多在 1.5m左右。区域内地貌是在地壳构造下沉基底上，由河流与海洋两种动力共同塑造而成的。天津市地层岩性特征:：基岩地层由太古界古老变质岩，中、上元古界巨厚沉积岩及古生界、中生界地层组成，其中缺少上奥陶统至下石炭统。本区构造位置处于华北准地台、燕山台褶带南缘。基岩构造分褶皱 、断裂两部分。根据本区地貌类型，活动断裂及岩、土体类型等组合特征，沿线地区属于海冲积平原、洪冲积平原和冲积平原工程地质区。海冲积平原特征:：粘土、亚粘土与粉细砂交互成层，多层结构，中等一高压缩性。海相地层发育，海相地层承载力约80100kpa，陆相地层承载力约170250kpa。有液化地层，断裂发育。全新统上部，以冲积海积相粘土、亚粘土及砂层为主，大部分位于地下水位以上，固结较好。全新统海相层，以灰黑色淤泥质粘性土为主，夹粉砂和粘土薄层或透镜体，为区内软弱地基。全新统底层和更新统顶层，以河流冲积相亚粘土和亚砂土为主，脱水固结好，砂性较大，密实低压缩，承载力高，冲积平原特征：亚粘土与粉细砂互层，夹轻亚粘土、粘土层。多层结构，中等压缩性。承载力约为250kpa。洪冲积平原特征是：亚粘土与粉细砂交互层，夹轻亚粘土、粘土层。多层结构，中等压缩性。承载力约为250kpa。2.1.5 4 海河特大桥桥梁结构型式设计方案 跨海河特大桥工程起于海河北部的西部新城南出口互通式立交，起点桩号k24+200，向南跨越海河，然后沿马厂减河东岸向南延伸至津沽公路北侧，止于天津大道津晋高速公路互通立交桥起点，终点桩号k25+800，主线桥梁长度为1600m，设计全桥均采用平桥结构，按照双幅桥梁布置，单幅桥宽20.75m。跨海河特大桥工程初步设计阶段设计单位提出了线位相同的两种桥梁设计方案，桥梁线位与海河河道交角75.87。分别采用上承式拱桥结构及变截面连续梁结构跨越海河主槽，两侧桥跨一般为30m跨预应力小箱梁结构。设计单位推荐采用上承式拱桥方案。2.1.4.1 推荐方案：上承式拱桥方案跨径布置：方案主跨设为130m，采用70+130+70m三跨跨越海河。桥墩轴线与水流方向夹角为14.1。桥梁方案：桥梁上部结构采用上承式系杆拱桥结构，桥梁全宽43m，分为上下两幅，断面布置为：0.5 m（防撞护拦）+19.75 m（行车道）+0.5 m（防撞护拦）+1.5m（中央分隔带）+0.5 m（防撞护拦）+19.75 m（行车道）+0.5 m（防撞护拦）=43m。全桥上部结构采用变截面箱型拱肋，拱肋宽度为2m4m，拱肋上方设置立柱，立柱顶部设置帽梁，在帽梁的上方设置纵梁，纵梁上方为桥面板。桥面板采用预制板结合混凝土现浇的方式。桥面板下方设置系杆。桥梁下部结构采用墩柱接承台接桩基的形式，河道内共布置4组桥墩。中墩设置9.7m宽实体墩，以释放桥梁结构的水平推力，单幅桥一个承台下方设置36根直径1.5m的桩基，其中有24根为斜桩，倾斜角度为11.31。边墩为三柱墩，边墩与引桥相接处采用高低盖梁，盖梁下方接墩柱。桥下设置水中防撞墩，以保证桥梁结构的安全。推荐方案设计桥位、桥型布置及下部一般构造见附图4附图6。施工方法：桥梁首先搭设满堂支架进行边跨的施工，再搭设贝雷拱架，张拉系杆进行中跨拱肋的施工，再次张拉系杆，然后进行拱上立柱、纵梁及桥面板的施工，最后张拉系杆，落架成桥。施工流程见附图10。2.1.4.2 比选方案：变截面连续梁方案跨径布置：方案主跨设为100m，采用55+100+55m三跨布置，两侧各辅以1跨30m预应力小箱梁跨越海河，桥墩轴线与水流方向夹角为14.1。桥梁方案：主桥上部结构为变截面连续箱梁结构，箱梁根部梁高6m，跨中梁高2.5m，按二次抛物线变化。箱梁分为上下行两幅桥，单幅桥箱梁断面为单箱双室，顶板宽20.75m，厚0.28m，设2%的横坡；底板宽14m，厚度由0.3m从跨中至距主墩中心3.5m范围按二次抛物线变化成0.8m，横桥向底板保持水平；腹板厚度从0.70m渐变到0.40m；翼缘板悬臂长为3.375m。下部结构采用墩柱接承台接桩基的形式，河道内共布置6组桥墩。主跨中墩为m型实体墩，边墩为三柱墩，下部桩基直径1.5m。中墩用桩基80根，边墩用桩基40根。比选方案设计桥位、桥型布置及下部一般构造见附图4附图6。施工方法：桥梁采用挂篮悬浇的方法施工。施工流程见附图11。西外环高速目前已完成初步设计，根据天津市市政工程设计研究院滨海新区环线高速公路（津汉高速-海景大道）工程初步设计内容，西外环高速跨海河特大桥采用两种桥梁方案进行比选。a、桥梁方案概述跨海河特大桥工程位于滨海新区西部与津南区交界处，桥梁处于海河唐津高速滨海大桥下游侧约550m处，在海河中心桩号k45+520处跨越海河，桥梁与河道交角75.87。海河干流起自天津市西部的南运河、子牙河相交的三岔河口西，东至大沽口入海，全长73.5km。自古以来海河干流皆有船只通航。天津历次的城市总体规划均对海河通航均提出了明确的意见。2005年版的城市总体规划提出规划期内（20052020年）维持海河下游现状通航能力，二道闸以下通航能力维持现状（3000-5000吨）。环线高速跨海河桥梁选择受多种因素的影响，包括海河通航要求、海河宽度、桥梁景观、道路定位等。其中海河通航要求对桥梁结构的选型影响最大，不仅涉及到桥梁本身，还涉及到两侧的引桥及与相关道路的处理。表2.1-1 跨越海河主要桥梁统计表桥梁名称/与本桥位置主跨跨径布置通航标准结构型式修建年代唐津高速滨海大桥/上游152+364+152m5000t双塔斜拉桥2004年海门大桥/下游64m5000t提升式开启桥1985年响螺湾开启桥/下游净宽68m5000t立转式开启桥在建塘沽海河大桥/下游190+310m10000t独塔斜拉桥2002年随着滨海新区经济的迅猛发展，势必带来交通量的快速增长，跨越海河的水陆交通干扰成为急需解决的新问题，如上表所示，本工程桥位上、下游侧现状海河桥或采用高架桥方式或采用开启桥方式跨越海河，以兼顾水陆运输的交通需求。虽然两种跨越方式均可满足陆路出行及航道运输的要求，但也均存在着不同程度的弊端：高架桥往往工程规模较大、投资高，同时对城市建设总体布局、交通规划和交通组织带来一系列困难；而开启桥又对航道通行能力存在较大的限制和影响。由于从历次城市总体规划的发展看，海河的吞吐量基本呈下降趋势，通航能力的上限也逐渐下调；同时，根据规划部门的调研意见，本工程桥位上游现状码头船舶通航净宽要求大于60m，净高要求大于10m。根据以上条件，为今后海河下游桥梁节点提供了平桥跨越海河的可能性。综合以上分析，本桥通航净空确定为：通航孔净宽60m，通航孔净高10m。本桥线位由于与海河水流流向存在夹角，为满足通航孔净宽60m的要求，按两个方案考虑，推荐方案主桥采用130m跨径，上承式拱桥结构，比选方案为变截面连续梁结构，引桥为30m跨径为主的先简支后连续小箱梁结构。b、海河特大桥桥型选择：海河特大桥分为主桥及两侧引桥，其引桥采用基本跨30m预应力小箱梁结构。主桥采用特殊结构，以下主要针对主桥进行详细说明。主桥位处海河水面宽度约260270m，海河通航孔净宽为60m，河道与道路方向夹角为75.87。近期道路宽度为43m，考虑到远期货运车辆，桥面宽度