新港铁路举水河大桥防洪评价0911.doc

水资源调查评价证书等级 甲 级 证书号 水文证 甲 字第 170809 号 武汉新港铁路工程 举水河特大桥防洪评价报告 送审稿 武汉大学水电学院 二 一 年九月 委托单位 武汉新港江北铁路有限责任公司 承担单位 武汉大学水利水电学院 项目负责 陈 立 报告编写 陈 珊 项目参加 闫 涛 程 伟 江 磊 罗 优 闫 霞 苏 畅 佟晓蕾 孙宇飞 目目 录录 1 1 概述概述 1 1 1 1 项目背景 1 1 2 评价依据 2 1 3 工作内容及技术路线 3 2 2 基本情况基本情况 5 5 2 1 建设项目概况 5 2 2 举水河基本情况 10 2 3 桥址处举水两岸堤防基本情况 13 3 3 河道演变河道演变 1515 4 4 防洪评价计算防洪评价计算 1616 4 1 河道水面线计算 16 4 2 采用规范公式的壅水分析计算 18 4 3 冲刷深度计算 20 4 4 渗流计算 24 5 5 防洪综合评价防洪综合评价 2727 5 1 拟建桥梁对河势稳定的影响分析 27 5 2 拟建桥梁对河道行洪的影响分析 27 5 3 拟建桥梁对堤防安全的影响分析 27 5 4 拟建桥梁对防汛通道的影响分析 28 5 5 拟建桥梁对第三人合法水事权益的影响分析 28 6 6 防治与补救措施防治与补救措施 2929 7 7 结论与建议结论与建议 3030 7 1 结论 30 7 2 建议 31 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 1 1 概述 1 1 项目背景 在武汉市新一轮的经济发展和城市总体规划中 阳逻新城为武 汉市东部新城的四大组团和重点发展之一 将以长江深水港口为依 托 规划建设重化工产业 重工制造产业 能源 建材和集装箱转 运等基地 同时以港口物流 信息流畅通的优越条件 建设钢铁 建材 粮食和农贸交易中心 武汉新港铁路工程滠口至黄州线路位于湖北省武汉市东部的黄 陂 新洲区和黄冈市境内 主要是为武汉新港沿途的阳逻工业 物 流园和沿港工业区服务 本项目实施后 不仅使阳逻 林四房港区 和沿线工业园区目前单一依靠公路集疏和运输的局面得以改变 也 可充分发挥铁路运距长 运输能力大 运价低等优点 承担区域内 煤炭 钢铁 建材 矿建 工业机械等大宗货物的运输任务 同时 也可为轻工 粮食 农副加工等行业运输服务 因此 武汉新港江 北铁路建成后 将显示出港铁联运的优势 届时阳逻经济开发区内 将形成铁路 公路和水运协调发展的综合运输体系 对促进区域经 济技术联合与协作 吸引投资 加快区域经济一体化进程均具有十 分重要意义和作用 武汉新港铁路滠口至黄州线 是京广 京九线间的又一条联络 线 它对促进武汉新港的建设 加快沿线黄陂区 新洲区 团风县 的经济发展具有重要的意义 为沿线骨干企业提供了铁路运力的保 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 2 证 完善了沿线阳逻港区 林四房港区 团风港区的集疏运体系 同时在路网中可以分流部分东西向的车流 促进铁路运输的灵活性 中铁二院武汉勘察设计研究院有限责任公司于 2010 年 7 月编制 完成了 新建铁路武汉新港铁路工程滠口至黄州线香炉山至黄州段 初步设计总说明书 并通过了铁道部鉴定中心的审查 举水河特大桥为拟建武汉新港铁路工程滠口至黄州线跨越举水 河的桥梁 根据水利部 国家计委颁布的 河道管理范围内建设项 目管理的有关规定 受业主武汉新港江北铁路有限责任公司的委托 由武汉大学对武汉新港铁路工程举水河特大桥进行防洪评价 1 2 评价依据 1 2 1 法律法规及规程规范 中华人民共和国防洪法 中华人民共和国河道管理条例 水利部 国家计划委员会 河道管理范围内建设项目管理的有 关规定 水利部 关于进一步加强和规范河道管理范围内建设项目审批 管理的通知 水建管 2001 618 号 湖北省河道管理条例实施办法 湖北省人民政府令第 33 号 1992 8 12 防洪标准 GB50201 94 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 3 堤防工程设计规范 GB50286 98 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 技术资料 举水防洪简要规划报告 湖北省水利水电勘测设计院 1999 年 10 月 武汉市长江支流干堤府澴河 举水堤整险加固工程初步设计 报告 湖北省水利水电勘测设计院 2006 年 4 月 黄冈长江回水堤防整险加固工程初步设计报告 长江水利委 员会长江勘测规划设计研究院 2007 年 10 月 新建铁路武汉新港铁路工程滠口至黄州线香炉山至黄州段初 步设计总说明书 中铁二院武汉勘察设计研究院有限责任公司 2010 07 1 3 工作内容及技术路线 本报告依照 河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则 进行编制 主要研究内容及分析方法如下 1 通过历史资料以及穿越处河道测量和地质勘探资料等 分 析桥梁工程所在河段的河道演变趋势 2 通过一维水面线计算 分析拟建桥梁对河道行洪水位的影 响 3 根据桥梁跨越断面的地质资料 计算设计洪水条件下桥墩 最大冲刷深度 4 通过堤防渗流计算 分析桥梁工程建设对堤防工程安全的 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 4 影响 5 根据以上计算结果 综合评价拟建桥梁工程对河道演变 河道行洪 堤防安全 防汛抢险通道畅通和第三人合法水事权益等 方面的影响 本报告除特殊注明外 高程系统均采用黄海高程 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 5 2 基本情况 2 1 建设项目概况 2 1 1 线路走向 新建铁路武汉新港铁路工程滠口至黄州线位于武汉市东部 长 江以北 线路自京广线滠口车站的南端东侧引出向东跨过滠水河 过黄陂区五通口 新洲区阳逻香炉山 铁路过阳逻段避开既有城区 规划的 CBD 中心区 从北部工业区经过 过武汉外环绕城高速公路 后 拐向南 沿武汉市外环高速公路东侧前行至陶家大湖附近拐向 东南 跨过倒水河 经过林四房 大埠镇 跨过举水河后进入黄冈 市团风县境内 沿东北方向绕过团风县城后折向东南 经秦家港 跨过京九线后拐向南接入黄州车站 线路全长 80 58km 新建香炉山站 不含 至既有京九线黄州站 含 正线长度 63 14km 其中新建香炉山至林四房双线 正线长 22 40km 林四房 至黄州单线 正线长 40 74km 具体线路走向如下 线路由香炉山车站东端北侧引出后 拐向东北 过长河 汉施 公路 改造汉施公路 采取公路跨铁路形式 在黄石机电学院西侧 前行 于垃圾处理厂南侧拐向东 与金发大道并行 绕过在建的项 目 跨过武汉市外环高速公路后折向南 穿过高压走廊 跨过汉施 公路 沿武汉市外环高速公路东侧前行至陶家大湖附近拐向东南 跨过倒水河 在 CK21 800 处设林四房车站 出站后经过大埠镇 跨过举水河后进入黄冈市团风县境内 沿东北方向绕过团风县城后 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 6 折向东南 经黄家大塘村 跨过京九线后拐向南接入黄州车站 线 路全长 63 14km 2 1 2 举水河特大桥 举水河特大桥位于团风县与新洲区交界处 桥址位于举水入长 江河口上游 2 8km S112 公路桥上游 0 8km 处 桥址位置见图 2 1 桥位轴线对应举水西堤 右岸 桩号为 2 083 对应举水东堤 左岸 桩号为 2 650 桥址区属长江一级阶地 地势较平坦 地面标高 16 28 23 49m 沿途多为农田 村庄 有国道及乡村水泥路抵达 交通条件较便利 举水河为通航河流 级航道 设计通航净高为 8 0 米 净宽 80 米 最高通航水位为 24 66 米 桥位水文三要素为 Q 1 8369m 3 s H 1 26 9m V 1 1 79m s 桥梁中心里程为 DK44 802 孔跨式样为 25 32 3 24 13 32 2 24 6 32 48m 槽型梁 4 32 2 24 4 32 96 钢桁梁 4 32 1 24 5 32 48m 槽型梁 52 32m 预应力混凝土梁 桥梁全长为 4104 5m 桥梁范围为 DK42 824 25 DK46 928 75 T 形桥台 采 用圆端形桥墩 钻孔桩基础 跨越举水河两岸堤防的桥孔跨径为 49 1m 主河槽桥孔跨径为 98m 滩地桥孔跨径为 32 7m 或 24 7m 预应力混凝土简支梁采用预制及架桥机架设 槽型梁采用支架 现浇法施工 钢桁梁采用拖拉法施工 墩台现浇施工 水中墩基础 应在枯水季节 采用钢板桩围堰施工 跨河堤时基坑开挖应采取必 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 7 要的防护措施 举水河特大桥平面布置见图 2 2 桥型结构见图 2 3 2 1 3 举水河特大桥地质情况 1 地层岩性 桥址区上覆第四系全新统 Q4ml 素填土 冲洪积层 Q4al pl 淤泥质土 粉质黏土 粉砂 细砂 中砂 粗砂 砾砂及细圆砾土 下伏第三系 白垩系 K R 泥质砂岩 现分述如下 素填土 Q4ml 黄褐色 分布不均 松散 以黏性土为 主 局部夹少量的碎石 主要为堤坝 路基填土 层厚 0 00 5 50m 属 级普通土 淤泥质土 Q4al pl 灰色 灰褐色 流塑 软塑 以黏 性土为主 含少量的粉细砂 夹少量腐植质 有腥臭味 层厚 0 00 12 00m 属 级普通土 粉质黏土 Q4al pl 黄褐色 灰褐色 软塑 含少量铁 锰质氧化物 层厚 0 00 21 50m 属 级普通土 粉质黏土 Q4al pl 褐黄色 黄褐色 硬塑 含少量铁 锰质氧化物 层厚 0 00 19 50m 属 级普通土 粉砂 Q4al pl 灰褐色 褐灰色 稍密 饱和 颗粒矿 物成分以长石 石英为主 层厚 0 00 2 40m 属 级松土 细砂 Q4al pl 灰褐色 褐灰色 稍密 饱和 颗粒矿 物成分以长石 石英为主 层厚 0 00 10 30m 属 级松土 中砂 Q4al pl 灰褐色 褐灰色 稍密 饱和 颗粒矿 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 8 物成分以长石 石英为主 夹少量砾石 层厚 0 00 5 50m 属 级 松土 中砂 Q4al pl 灰褐色 褐灰色 中密 饱和 颗粒矿 物成分以长石 石英为主 夹少量砾石 层厚 0 00 8 70m 属 级 松土 粗砂 Q4al pl 灰褐色 褐灰色 中密 饱和 颗粒矿 物成分以长石 石英为主 夹少量砾石 层厚 0 00 5 80m 属 级 松土 砾砂 Q4al pl 灰褐色 褐灰色 中密 饱和 颗粒矿 物成分以长石 石英为主 夹少量砾石 层厚 0 00 4 30m 属 级 松土 细圆砾土 Q4al pl 灰褐色 褐灰色 中密 密实 饱和 分选性较差 级配良好 次圆状 椭圆状 骨架间以中粗砂充填为 主 局部黏性土充填 颗粒矿物成分以长石 石英为主 层厚 0 00 1 60m 属 级硬土 泥质砂岩 K R 全风化 褐红色 原岩结构 构造 基本破坏 岩芯呈砂土状 揭露层厚 0 00 1 30m 属 级硬土 泥质砂岩 K R 强风化 紫红色 棕红色 粉砂 状 中粗砂砂状结构 泥质胶结 密实 岩芯呈柱状 碎块状 揭 露层厚 0 00 11 00m 属 级软石 泥质砂岩 K R 弱风化 紫红色 棕红色 粉砂 状 中粗砂砂状结构 泥质胶结 坚硬 密实 岩芯呈柱状 碎块 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 9 状 揭露层厚大于 22 6m 属 级软石 地质纵断面图见图 2 4 2 各地层物理力学参数 岩土物理力学参数指标推荐值见表 2 1 表 2 1 岩土物理力学性质指标推荐值 岩土 序号 岩土 名称 状态及风化 程度 重 度 kN m3 凝聚力 C Kpa 内摩擦角 桩周极限 摩阻力 fi Kpa 基本承载 力 0 Kpa 临时边坡 坡率 饱和抗压 强度 R MPa 基底摩擦 系数 素填土 Q4ml 稍湿 松散17 0108 1 1 5 淤泥质土 Q4al pl 流塑 软塑18 01052060支护0 25 粉质黏土 Q4al pl 软塑18 51510351201 1 50 25 粉质黏土 Q4al pl 硬塑19 02313501501 10 30 粉砂 稍密 潮湿 饱和 20 003025150支护 0 4 细砂 Q4al pl 稍密 饱 和 20 03030150支护0 40 中砂 稍密 潮 湿 饱和 20 0 40180 0 4 中砂 中密 潮 湿 饱和 20 0 55200 0 4 粗砂 中密 潮 湿 饱和 20 0 70220 0 4 砾砂 密实 潮 湿 饱和 20 0802500 5 细圆砾 土 中密 密 实 饱和 20 0 90300 0 5 泥质砂 岩 K R 全风化20 035702501 1 0 40 泥质砂 岩 K R 强风化22 0 40 1004001 0 5 0 50 泥质砂 岩 K R 弱风化24 0 50 1504501 0 5 5 天然 0 50 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 10 2 2 举水河基本情况 2 2 1 流域概况 举水河为长江中下游段北岸一级支流 发源于大别山中段南麓 鄂豫交界处的风包裂山 自北向南流经麻城 红安 新洲 团风等 县市区 于新洲区 团风县交界处的大埠街注入长江 干流全长 170 4km 流域面积 4055km2 举水流域支流众多 其中长度 5km 以上支流 135 条 来水面积 在 30 km2以上的支流 40 条 最大的支流沙河全长 57 9km 流域面 积 787 km2 2 2 2 水文气象 1 水文测站 举水干流分布有麻城 柳子港水文站和沐家泾水位站 沐家泾 水位站距河口 8 08km 麻城水文站控制流域面积 888km2 占全流域 的 22 柳子港水文站建于 1953 年 距河口 46 3km 控制流域面积为 2997km2 占全流域的 74 是举水下游干流的控制站 柳子港站实 测最高水位为 33 11m 相应流量 5530m3 s 发生在 1991 年 7 月 2 水文气象特征 举水流域兼有山区 丘陵和平原地貌 地形由北向南呈山地 丘 陵 平原缓变台阶分布 流域属于亚热带季风气候 四季分明 日照 充足 雨量充沛 温暖湿润 据举水下游新洲气象站统计 多年平 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 11 均日照 1979h 多年平均气温为 16 3 极端最低气温为 14 3 1969 年 1 月 极端最高气温为 40 8 1960 年 8 月 年有霜期 平均为 115d 无霜期平均为 250d 平均风速 2 7m s 最大风速 17m s 降水量年内分配极不均匀 雨季为 4 9 月 降水量占全年降水 量的 70 以上 其中 6 7 月雨量最丰沛 新洲城关雨量站多年平均 降雨量为 1250mm 最大年降雨量 2265 1mm 1954 年 最小年降 雨量 762 9mm 1978 年 多年平均降水日 121 6d 举水流域在汛期降雨强度大 持续时间长 下游为江河相连的 平原地区 地势较低 易受长江顶托倒灌 形成外洪内涝 2 2 3 防洪标准 新洲区境内的举水西堤和举水东堤上游段 20 000 38 680 以 1991 年典型洪水 相当于 30 年一遇 和涨渡湖蓄洪水位 26 42m 的外包线作为堤防设计水位 团风县境内的举水东堤下游段 0 000 17 774 以举水 20 年 一遇洪水流量遭遇长江干流 1954 年型洪水最高水位组合作为堤防设 计水位 根据柳子港水文站 1953 2002 年流量资料系列 经过排频计算 推算出柳子港站不同频率设计洪峰流量 支流东河和沙河通过水文 比拟法推算相应频率的洪峰流量 叠加得到下游出口段设计洪峰流 量 见表 2 2 举水下游干流河段根据 1991 年洪水计算的水面线见表 2 3 20 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 12 年一遇洪水遭遇 1954 年洪水的水面线见表 2 4 表 2 2 举水干流设计洪峰流量 洪峰流量 m3 频率 柳子港站沙河口举水出口 2 607078017801 5 463059515951 20 254032653265 1991 年 553071057105 表 2 3 举水干流 1991 年洪水水面线成果 河道桩号 举西堤桩 号 举东堤桩 号 1991年水位 涨渡湖 蓄洪水位 设计水位备注 0 0000 00023 0026 4226 42 河口 2 2702 00024 5126 4226 42 4 8004 00025 2926 4226 42 6 3006 00025 7026 4226 42 7 20025 9826 4226 42 沐家泾 8 1008 00026 4126 4226 42 11 02010 00026 8126 4226 81 13 04012 00027 0826 4227 08 14 48013 00027 3627 36 沙河入口 22 85021 40020 00028 2028 20 32 78031 05030 51029 4629 46 东河入口 41 98038 50037 90031 0531 05 举西堤上端 43 00038 80031 2431 24 柳子港 表 2 4 举水干流 20 年一遇洪水水面线成果 河道桩号设计水位 m 河道桩号设计水位 m 0 00026 72 6 45027 16 1 15026 76 8 08027 19 2 00026 81 9 29027 23 3 00026 92 10 23027 30 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 13 3 98027 04 11 22027 41 4 79027 11 2 3 桥址处举水两岸堤防基本情况 2 3 1 举水西堤 举水西堤南起大埠镇河口 0 000 北至柳子港大桥 38 500 长 38 5km 举水西堤为 3 级堤防 堤顶高程按设计洪水位加超高 1 5m 设计堤顶宽度 8m 内外边坡 1 3 0 000 7 300 段设计内 平台宽度 30m 外平台宽度 30m 与堤顶高差为 5m 举水西堤设计 断面见图 2 5 举水西堤 0 000 7 300 段堤身填土主要为壤土 堤基上部为壤 土或粘土 下部为壤土夹粉细砂和砂层 1998 年该段堤防出现的险 情主要为堤身散浸 举水特大桥轴线跨越举水西堤桩号为 2 083 该处设计堤顶高 程 27 92m 实测堤顶高程 27 80m 实测堤顶宽 8 7m 混凝路路面 宽 4 5m 内平台宽 19m 平台高程 22 7m 22 3m 外平台宽 26m 平台高程 23 6m 22 5m 举水西堤现状见图 2 6 49 桥墩位于内平台 桥墩边缘距堤内脚最小距离 1 6m 50 桥 墩位于外平台 桥墩边缘距堤外脚最小距离 2 7m 2 3 2 举水东堤 团风县境内举水东堤起于金锣港张湾村 起点桩号 0 000 连 接黄冈长江干堤桩号 234 534 处 沿举水左岸向上游延伸 经过支 流沙河入口后 沿沙河左岸向上游延伸至自然高地 终点位于新洲 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 14 区蔡家咀村 终点桩号 17 774 堤线全长 17 774m 其中 9 463 12 200 长 2 737km 为自然高地 0 000 9 643 段按 2 级堤防标准加固 9 643 17 774 段按 3 级堤防标准加固 2 级堤段设计堤顶宽度 7m 内外边坡 1 3 举水 东堤设计平面图见图 2 7 设计断面图见图 2 8 举水东堤 1 003 8 927 段堤基为双层结构 上部为粉质粘土 下部为粉细砂 底部为基岩 1998 年该段堤防出现的险情主要为堤 身散浸 举水特大桥轴线跨越举水东堤桩号为 2 650 该处设计堤顶高 程 28 37m 实测堤顶高程 28 50m 实测堤顶宽 7m 混凝路路面宽 5 8m 外平台宽 19 5m 平台高程 22 3m 23 4m 举水东堤现状见 图 2 9 71 桥墩位于堤外脚处 桥墩压占堤外坡水平宽度 0 2m 72 桥墩位于堤内脚处 桥墩压占堤内坡水平宽度 0 1 6m 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 15 3 河道演变 举水河为长江中下游段北岸一级支流 发源于大别山中段南麓 鄂豫交界处的风包裂山 自北向南流经麻城 红安 新洲 团风等 县市区 于新洲区 团风县交界处的大埠街注入长江 干流全长 170 4km 流域面积 4055km2 桥梁跨越处位于的举水河下游出口段 距河口约 2 8km 该段 河道顺直 河床宽浅 河道宽约 700m 主槽居中 宽约 100m 受 两岸堤防控制 河道走向已基本固定 河道现状见图 3 1 由于举水 流域洪水期与长江干流基本一致 内河洪水时经常与长江高水位遭 遇 受长江高水位顶托 河口段河道流速减小 且滩地植被茂盛 种有大量树木 所以滩地不易被洪水冲刷 河道主槽河床质为粉细 砂 随来水来沙条件不同 主槽高程会有冲刷或淤积 比较 1993 年 测 1 10000 地形图 见图 3 2 和 2010 年测图 主槽宽度和走向基 本没有发生变化 拟建桥梁跨越河段总体河势基本稳定 桥轴线与河道基本垂直 桥墩引起的河道水位壅高和流速变化不大 对桥梁跨越河段的河势 变化影响较小 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 16 4 防洪评价计算 4 1 河道水面线计算 4 1 1 计算方法 水面线采用天然河道一维恒定流方法进行计算 将计算河道划 分为若干河段 上下相邻两断面间的水位采用下述方程求解 上下 局 下下 下 上上 上 g V g V K QS g V z K QS g V z 222222 22 2 2 2 2 2 2 式中 Z上 Z下 计算河段上 下断面的水位 上 下 V上 V下 分别为计算河段上 下断面动能校正 系数 流速 S Q 计算河段上下断面间距 断面流量 计算河段上 下断面平均流量模数 可用 K 2 1 K 代替 R 为水力半径 n 为河道糙率 22 11 2 1 du KK 3 2 1 AR n K 为局部水头损失系数 局 在求解过程中 上断面水力要素为已知 可通过迭代依次求解 下断面水位 4 1 2 计算条件 1 河道断面 本次计算采用湖北省水利水电勘测设计院 2009 年 11 月实测的 沙河口下游至举水出口横断面共 11 个 补充桥址处断面 1 个 共 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 17 12 个断面 河道里程约 12km 2 糙率 分析河床土质及植被情况 再根据 武汉市长江支流干堤府澴 河 举水堤整险加固工程初步设计报告 中的糙率分析成果 选取 举水下游河道糙率为 主槽 n1 0 035 边滩糙率 n2 0 045 0 06 采 用 1991 年洪水位进行验证 3 水位流量组合 本次计算采用两岸堤防的设计标准的洪水条件 河口水位和上 游流量如下 组合一 1991 年洪水 河口水位 23m 沙河口以下举水流量 7105m3 s 组合二 举水 20 年一遇流量遭遇长江 1954 年水位 河口水位 26 72m 沙河口以下举水流量 5951m3 s 4 1 3 计算结果 两种组合条件下 桥梁建成前后的河道水面线成果见表 4 1 由 表 4 1 可看出 建桥后桥位上游断面水位分别壅高了 5cm 和 2cm 壅水影响范围不超过 2km 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 18 表 4 1 建桥前后河道水面线计算成果 建桥前 水位 m 建桥后 水位 m 建桥前 水位 m 建桥后 水位 m 12 090 沙河口下游26 9426 9427 4627 46 11 071 26 7826 7827 4027 40 10 141 26 6326 6327 3027 30 9 401 26 5126 5127 2327 23 8 274 26 4226 4227 2227 22 6 784沐家径闸下游 25 8425 8427 1827 18 4 532 25 3925 3927 0627 06 3 231 24 9424 9626 9326 94 2 899 拟建铁路桥上游24 7324 7826 8426 86 2 055公路桥下游 24 5024 5026 8026 80 1 408 24 4824 4826 7926 79 0 768 23 5023 5026 7226 72 河道里程 组合一组合二 位置 4 2 采用规范公式的壅水分析计算 4 2 1 桥墩占用过水断面面积计算 表 4 2 列出了两种洪水条件下桥梁跨越断面特征值 由表可以看出 工程建成后的过水面积及水面宽均减小 流速 增加 组合一条件下 桥墩占用过水面积 8 1 占用水面宽 4 6 组合二条件下 桥墩占用过水面积 8 0 占用水面宽 4 5 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 19 表 4 2 桥梁建成前后跨越断面特征值表 洪水条件 组合一 桥址处水位 24 78m 组合二 桥址处水位 26 86m 工程建成前 m2 4190 45756 5 工程建成后 m2 3848 75297 7 桥墩占用过水面积 m2 341 7458 8 过水 面积 占用的过水面积百分比 8 18 0 工程建成前 m 746 1759 7 工程建成后 m 732 1725 7 桥墩占用的水面宽 m 3434 水面宽 占用的水面宽百分比 4 64 5 工程建成前 m s 1 600 97 工程建成后 m s 1 711 03 流速增量 m s 0 110 06 断面平 均流速 流速增幅 6 96 2 4 2 2 壅水分析计算 参考 公路桥位勘测设计规范 JTJ 062 91 中的桥渡壅水简 化公式 计算桥梁建成后的壅水高度 1 桥前最大壅水高度计算 公式 1 原 公路桥位勘测设计规程 JTJ 068 82 公式 22 vvZ qm 式中 桥前最大壅水高度 m m Z 系数 河滩路堤阻挡流量和设计流量的比值小于 10 时 取 0 05 全断面平均流速 m s v 建桥后断面平均流速 m s q v 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 20 2 壅水最大影响距离 最大壅水断面的距离 可用下式求得 0 S o m J Z S 2 0 式中 最大壅水高度 m 水力坡度 m Z 0 J 组合一条件下 河口水位 23m 遭遇举水流量 7105m3 s 计算得 桥前最大壅水高度为 0 021m 壅水影响范围 330m 组合二条件下 河口水位 26 72m 遭遇举水流量 5951m3 s 计算 得桥前最大壅水高度为 0 056m 壅水影响范围 820m 采用规范公式计算得出的桥前最大壅水高度与一维河道水面线 计算成果一致 拟建桥梁对河段断面平均水位影响较小 4 3 冲刷深度计算 为分析建桥后桥墩附近的河床冲刷深度 采用 公路桥位勘测 设计规范 JTJ 062 91 中的桥墩冲刷公式进行计算 考虑较不利 情况 冲刷计算采用的洪水流量 水位和流速采用组合二的水流条 件 即流量 7105m3 s 对应河口水位 23m 根据地质勘察资料 举水河特大桥跨越处河床主槽为细砂层 滩地表层为粉质粘土 主槽部分为非粘性土河床 一般冲刷深度采用以下公式计算 64 2 简化式 0 900 66 2 max 2 1 04 1 c p c BQ hAh QB 8 5 3 1 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 21 式中 2 Q 桥下河槽通过的设计流量 3 ms 当桥下河槽能 扩宽至全桥时 2s QQ 当桥下河槽不能扩宽时 2 c s ct Q QQ QQ s Q是设计流量 3 ms c Q是天然河槽流量 3 ms t Q是天然状态 桥下河滩部分流量 3 ms p h 桥下河槽一般冲刷后最大水深 m c Q 天然状态下河槽流量 3 ms tQ 天然状态下河滩通过的流量 3 ms 1 B 计算断面天然河槽宽度 m 2 B 建桥后桥下断面河槽宽度 m 一般情况下 2 BL 只 有当桥孔压缩部分河滩 而桥下河槽又不扩宽时 2c BB 设计水位下 桥墩阻水总面积与桥下过水面积的比值 桥台前缘和桥墩两侧的漩涡区宽度与桥孔长度之比 max h 桥下河槽最大水深 m A 单宽流量集中系数 0 15 B A H B H都是平滩水位时河槽宽度 m 和河槽平均水深 m 取 1 8A 2 64 1 修正式 3 5 max2 1 6 p jc hAQ h L Edh 8 5 3 2 式中 j L 桥下河槽部分桥孔过水净宽 当桥下河槽能扩宽至全 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 22 桥时 j L即为全桥桥孔过水净宽 p h 桥下河槽一般冲刷后最大水深 m 2 Q 桥下河槽部分通过的设计流量 3 ms 当桥下河槽能扩 宽至全桥时 2s QQ 当桥下河槽不能扩宽时 按式 2 c s ct Q QQ QQ 计 算 max h 计算断面桥下河槽的最大水深 m c h 计算断面桥下河槽的平均水深 m d 河床泥沙平均粒径 mm 桥孔压缩系数 同前 A 单宽流量集中系数 0 15 B A H E 与汛期含沙量有关的系数 含沙量小于 1 kg m3的河流 E 值取 0 46 桥墩局部冲刷深度采用 65 2 修正式进行计算 n pb VV VV dhBKh 46 0 00 0 068 0 15 0 6 0 1 式中 hb 桥墩局部冲刷深度 m 墩形系数 K B1 桥墩计算宽度 m 一般冲刷后水深 m p h 河床泥沙平均粒径 m d V 一般冲刷后墩前行近流速 m s V0 河床泥沙起动流速 m s 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 23 滩地部分为粘性土河床 一般冲刷深度采用以下公式计算 7 6 3 5 1 33 0 L t mt t t p I h h B Q h 对于粘性土河床2 5B1时 采用下列公式 hp V 1 25 L 0 6 1b IB0 83Kh 式中 hb 桥墩局部冲刷深度 墩形系数 查阅 公路桥位勘测设计规范 K TJT062 91 附录十六 圆形桥墩 1 0 K B1 桥墩计算宽度 IL 同前 V 一般冲刷后墩前行近流速 由于地质勘查资料暂无细砂层粒径和粉质粘土层液性指数资料 考虑较不利情况 细砂粒径取 0 2mm 液性指数取 1 19 最大冲刷深度计算成果见表 4 3 表 4 3 冲刷深度计算成果表 流量流速一般冲刷深度局部冲刷深度总冲刷深度 m3 s 位置 m s m m m 主槽3 0 4 54 79 2 7105 边滩1 2 1 12 13 2 桥址河段河槽主要由厚度 14m 的细砂层构成 主跨桥墩承台高 3m 埋深 4m 桥墩局部冲刷可能会导致承台外露 有可能威胁桥 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 24 墩的稳定 需采取防护措施 并在汛期加强观测 发现产生可能危 及桥墩安全的局部冲刷 及时抢护处理 4 4 渗流计算 堤防工程设计规范 GB50286 98 规定 跨堤建筑物 构 筑物的支墩不应布置在堤身设计断面以内 当需要布置在堤身背水 坡时 必须满足堤身渗流稳定的要求 本工程对堤防的渗流影响主要表现为在外荷载作用下 基础与 土体之间变形不协调而产生沿深度方向逐渐减小的缝隙 缝隙的产 生使得部分土体不能参加抗渗作用 从而影响堤防的渗流稳定 4 4 1 计算方法及工况 1 渗流计算方法 本次渗流计算采用平面有限元计算分析法 对现状堤防以及受 工程影响后的堤防断面流场进行模拟计算 分析评价所选断面的渗 透稳定性 渗流场计算的基本假定 a 渗流场计算按平面稳定渗流考虑 b 土层渗透性按各向同性考虑 2 计算工况及水力边界条件 桥梁跨越处举东堤设计洪水位为 26 87m 作为渗流计算左 右 岸堤防的设计洪水位 渗流分析计算工况如下 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 25 设计洪水位条件下堤防现状断面渗流计算 下游水位取堤后 地面高程 工程建成后 桥墩基础与土体之间可能产生缝隙而使桥墩附 近部分土体不参加抗渗作用 考虑较不利情况 按桥墩附近 2m 深 土体不参加抗渗作用计算 4 4 2 计算断面及参数 计算断面由堤防设计断面和本次地质勘察剖面图套汇而成 根据地质勘探资料 桥梁跨越处两岸堤防堤基上部为粉质粘土 下部为砂层和岩层 参考 黄冈长江回水堤防整险加固工程初步设 计报告 和 武汉市长江支流干堤府澴河 举水堤整险加固工程地 质勘察报告 中土层渗透系数及允许渗透坡降取值 本次计算采用 的各土层渗透系数见表 4 4 表 4 4 各土层渗透特性表 堤防土 层渗透系数 cm s 允许渗透坡降 堤身填土5 0 10 5 粉质粘土7 8 10 60 5 粉细砂5 0 10 3 举东堤 2 650 基岩1 0 10 10 堤身填土3 5 10 5 粉质粘土7 4 10 60 5 淤泥质土5 0 10 6 粉细砂5 0 10 3 举西堤 2 083 基岩1 0 10 10 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 26 4 4 3 渗流计算成果分析 举东堤 举西堤工程前 后渗流计算成果见表 4 5 计算断面等 势线见图 4 1 图 4 4 表 4 5 渗流计算成果表 距堤脚距离 垂直坡降 河流堤防工况 上游水 位 m 下游水位 m 出溢点 高程 m 堤脚 堤后 桥墩 1 33m 堤后 桥墩 2 100m 一26 8720 5322 990 4690 3880 247 举东堤 二26 8718 5322 961 0890 7050 254 一26 8719 4722 370 1450 0240 021 举水 举西堤 二26 8717 4717 470 2540 0810 030 由渗流计算结果可以看出 1 举东堤工程前 后后最大垂直坡降均发生在堤脚 工程前 最大垂直坡降为 0 469 小于上覆土体的允许渗透坡降 满足渗流稳 定要求 桥梁建成后 考虑桥墩局部土体不参加抗渗的情况下 桥 墩处垂直坡降明显增大 最大达到 1 089 大于上覆土体的允许渗透 坡降 不满足规范要求 2 举西堤工程前 后工程前后垂直坡降均小于上覆土体的允 许渗透坡降 满足渗流稳定要求 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 27 5 防洪综合评价 5 1 拟建桥梁对河势稳定的影响分析 桥梁跨越处位于的举水河下游出口段 距河口约 2 8km 该段 河道顺直 河床宽浅 河道宽约 700m 主槽居中 宽约 100m 河 道滩地上植被茂盛 种有大量树木 所以滩地不易被洪水冲刷 河 道主槽河床质为粉细砂 随来水来沙条件不同 主槽会发生一定的 冲淤变化 由于举水流域洪水期与长江干流基本一致 内河洪水时 经常与长江高水位遭遇 受长江高水位顶托 河口段河道流速减小 因此拟建桥梁跨越河段河势较为稳定 拟建大桥桥轴线与河道基本垂直 分析表明 桥墩引起的河道 水位壅高和流速变化不大 因此对桥梁跨越河段的河势变化影响较 小 5 2 拟建桥梁对河道行洪的影响分析 根据一维河道水面线计算和经验公式的计算结果 1991 年洪水 条件下 桥墩壅水高度不超过 5 6cm 桥墩占用过水面积 8 1 1954 年水位遭遇 20 年一遇流量条件下 桥墩壅水高度不超 过 2 1cm 桥墩占用过水面积 8 0 拟建桥梁对该段河道的行洪能 力影响较小 5 3 拟建桥梁对堤防安全的影响分析 根据渗流计算 工程后考虑不利情况条件下 举东堤堤脚处最 武汉新港铁路工程举水河特大桥防洪评价报告 28 大垂直坡降达到 1 089 大于允许垂直坡降 不满足渗流稳定的要求 需采取一定的补救措施 举西堤计算断面渗流稳定满足要求 桥梁 建设不会对举西堤堤防安全产生不利的影响 拟建桥梁桥墩占据河道过水面积 使河道水流流速增加 可能 会引起堤防岸坡的冲刷 应采取一定的防治补救措施 5 4 拟建桥梁对防汛通道的影响分析 拟建举水河特大桥跨越举东堤时 桥梁与堤防立交 堤顶上方 路面与桥梁底板之间的垂直净空为 5 07m 拟建举水河特大桥跨越 举西堤时 桥梁与堤防立交 堤顶上方路面与桥梁底板之间的垂直 净空为 5 38m