【《某公路大桥的防洪评价计算过程案例》8000字】

某公路大桥的防洪评价计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u36681.1水文资料情况 由上得出统计参数：Qp，Cv，Cs表1.5。表1.5祖厉河靖远站不同频率的设计洪峰流量站名集水面积（m2均值（m3CCs/不同频率（%）设计洪峰流量（m30.5123.3351020靖远站106474800.803.0224019391640143212529656861.2.4设计洪水成果合理性分析与确定本次计算的设计洪峰流量成果与《祖厉河白银市靖远县罗庄至罗家湾段防洪治理工程可行性研究报告（2014年3月）》（已批复实施）中关于洪水的计算成果比较（见表1.6），其误差范围在±5.0%以内。由此说明，本次评价计算的不同频率的设计洪峰流量是可靠的，其成果可作为靖远县乌兰镇祖厉河大桥防洪评价的基本依据。表1.6祖厉河靖远站不同时期设计洪峰流量成果对比项目不同频率（%）设计洪峰流量（m30.5123.335102050本次评价22401939164014321252965686345祖厉河白银市靖远县罗庄至罗家湾段防洪治理工程可行性研究报告156713621200930671362相对误差（%）1.451.891.153.632.19-1.931.3设计洪水位推求设计洪水位的推求根据曼宁公式进行计算，公式如下：Q=1式中：Q-桥址断面的流量（m3A-桥址断面相应流量的断面面积（m2R-水道断面的水力半径（m）；n-河道糙率（无量纲），桥址断面河床由细砂、砂砾、卵砾石组成。桥址断面距靖远水文站1224m，河床组成物基本相同。因此，采用靖远站的高水糙率符合实际情况。点绘靖远站1986年（次大洪水发生年份）水位与糙率关系（见图1.4），从图中可以发现，高水位时的糙率值范围在0.020～0.025之间。经综合分析，本防评报告糙率取值0.023。图1.4靖远站1986年大洪水实测水位糙率关系点绘靖远站点绘靖远站1986年水位与比降关系（见图1.5），从图中可以发现，高水位时的比降值范围在1.25‰～1.65‰之间，本次评价比降采用1.49‰在靖远站高水比降的范围内，说明取值合理。图1.5靖远站1986年大洪水实测水位比降关系根据实测桥位断面资料，采用曼宁公式建立桥址断面的水位～流量关系曲线，计算数据见表1.7，绘制水位～流量关系曲线图见图1.6。表1.7桥址断面水位流量关系曲线计算表水位（m）断面面积（m2）水面宽（m）平均水深（m）最大水深（m）水力半径（m）比降糙率流量（m3/s流速（m/s）1348.200.1131.50.020.050.020.001490.0230.0140.121348.7010.126.50.380.550.370.001490.0238.70.861349.2025.231.10.741.050.710.001490.02333.71.341349.7043.939.81.11.551.050.001490.02376.11.731350.2061.941.11.472.051.380.001490.023135.02.081350.708848.51.822.551.690.001490.0232102.381351.2012286.51.413.051.370.001490.0232532.071351.70170106.71.593.551.550.001490.0233822.251352.20229129.11.771.051.730.001490.0235542.421352.70296131.72.21.552.130.001490.0238222.781353.20364137.92.645.052.540.001490.02311373.121353.70434141.13.075.552.950.001490.02314983.451351.20505141.43.56.053.340.001490.02318943.751351.70578147.63.926.553.720.001490.02323291.031355.20653150.81.337.051.100.001490.02328071.30图1.6桥址断面水位流量关系曲线由桥址断面水位～流量关系曲线推算出不同频率的洪峰流量对应的水位见表1.8。表1.8桥址断面不同频率设计流量对应的水位频率（%）125102050洪峰流量m193916401252965686345相应水位（m）1351.221353.801353.251352.921352.401351.50从表中可以看出，100年一遇设计洪水的洪峰流量对应的洪水水位为1351.22m。1.4桥墩壅水计算1.1.1桥前壅水高度计算采用《公路桥位勘测设计规范》（JTJ062-91）及《公路桥工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2015）推荐的公式，对桥位断面处的最大壅水高度进行计算。桥墩阻水宽度和过水断面面积计算桥梁涉河桥墩的水深各相同，单组桥墩在断面的投影宽度按下式计算：B=（L-b）sin+b（1.7）式中：B—为桥墩的投影宽度（m）；L—为桥墩长度（m）；b—为桥墩宽度（m）；—为桥梁中轴线的法线与水流方向的夹角（°）。桥址断面河道阻水面积分两部分（见图1.7），即：图1.7桥址断面河道两部分阻水面积示意图①河道内布置桥墩3组；②右岸部分断面需要筑路与桥台连接。桥址断面两部分阻水面积计算见表1.9，由表1.9可以看出，桥址断面两部分阻水面积为94m2表1.9桥址断面两部分阻水面积计算表墩号河底高程设计水位（m）墩宽（m）桥墩涉水深度路基阻水宽度阻水面积（m）（m）1#1348.21351.221.766.0210.632#1350.51351.221.763.726.593#13511351.221.763.225.684#1351.71351.221.762.521.57筑路1352.041351.222.1830.566.53合计7.0430.594建桥前后水道断面和水面宽变化情况详见表1.10,由表1.10可以看出，桥址断面两部分阻水面积为94m2表1.10建桥前后涉水桥墩断面设计洪水时水道断面和水面宽变化重现期水位(m)建桥前大桥阻水情况建桥后阻水面积占过水面积的百分数（%）断面面积（m2水面宽（m）阻水宽度（m）阻水面积（m2）水面宽（m）断面面积（m2）1001351.2244814237.5494101.535420.98（2）壅水高度计算天然状态下桥下通过的计流量Qom=1939m3/s；天然状态下的桥下过水面积ωom=448m2；设计流量Qp=1939m3天然状态下桥孔部分的平均流速：Vom代入数据得：Vom河床粒径系数：A=0.5∗d代入数据得：A=0.5*14.2−0.25桥下需要的过水断面面积：ω=其中，Vp为设计流速，采用河槽平均流速，一般为Vom，α为水流方向与桥轴线法线间的夹角，代入数据得：ω=Qp冲刷系数P=ω/考虑冲刷引进的流速折减系数，其中：KP代入得：K=1=0.93冲刷后桥下平均流速按式（1.12）计算：Vm代入数据得：Vm定床壅水系数计算：KN代入数据得KN=25.094.33修正系数计算：Kv代入数据得Kv壅水系数计算：K=K代入数据得：K=K壅水高度度采用公路规范《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2015）推荐公式：ΔZ代入数据得：Δ=1.57=0.57m；表1.11桥址断面阻水高度计算表序号公式参数与计算成果1Q天然状态下桥下通过的计流量（m319392ω天然状态下的桥下过水面积（m24483Q设计流量m19394ω桥下净过水面积（m23545d河床中值粒径（mm）11.26V天然状态下桥孔部分的平均流速（m/s）1.337K考虑冲刷引进的流速折减系数，对于岩石河床取1.00.938V冲刷后的桥下平均流速5.099A河床粒径系数0.2610P冲刷系数1.3111ω桥下的过水断面面积（m2463.6012V设计流速，采用河槽平均流速（m/s）1.3313α水流方向与桥轴法线间的夹角（°）1514K定床壅水系数1.7615K修正系数0.3316K壅水系数1.5717Δ壅水高度（m）0.57从上表可以看出，该桥址断面100年一遇洪水的壅水高度为0.57m。1.1.2壅水长度计算（1）桥前壅水长度计算桥前壅水曲线长度采用下述公式计算：L=2Δ式中：L—为桥前最大壅水长度（m）;ΔZMI0将桥墩壅水高度带入上式，则：L=2∗ΔZ表1.12设计洪水壅水长度成果表频率ΔZIL（m）1/1000.570.00149765.10 由上表可以看出，桥址断面100年一遇洪水时形成的壅水回水曲线长度765.10m，壅水曲线长度对上游靖远祖厉河铁路大桥无影响（桥址断面至靖远祖厉河铁路大桥809.5m）。1.1.3波浪高度计算河道的波浪高度可用下式计算：hb=Δh2=KFΔh式中：Δh2Δh2KF—为系数，当Δh/h—为沿浪程方向的平均水深（m）；th（x）—为双曲正切函数，th（x）=D—为计算浪程（m）；vw根据靖远县气象资料风向和桥址断面的实际情况，确定河道的浪程D为148m，断面平均水深为4m；靖远县气象站汛期（7～8月）实测最大风速vwΔ=0.13th=0.13th0.227∗th=0.088mΔh/hΔh1.13桥址断面波浪高度计算表序号参数名称数值1断面平均水深h（m）42重力加速度g9.813计算浪程D（m）1484风速vw11.05波浪平均高度Δh20.0886系数K2.427波浪高度（m）0.21从上表可以看出：桥址断面100年一遇设计洪水的波浪高度为0.21m。1.1.4桥梁下弦最低点高度复核满足防洪要求的桥梁下弦最低点高程用下式确定：Hmin式中：HminHp∆h-为各种水面升高值的总和（壅水高度+风浪高度），单位m；∆hj-为桥下净空安全值，根据《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2015）规定，不通航河段安全净空值取0.5m。靖远县乌兰镇祖厉河大桥满足100年一遇洪水防洪要求的桥梁下弦最低点高程为：1351.22+（0.57+0.21）+0.5=1355.50（m）桥址断面桥梁下弦最低点高程为1351.56m，满足100年一遇防洪要求的桥梁下弦最低点高程为1355.50m。由此看出，桥梁下弦最低点高程低于本次计算的满足防洪要求的桥梁下弦最低点高程0.94m，桥梁设计方案不能满足防洪要求。1.5冲刷分析计算根据桥梁工程河段冲淤基本平衡的特性，本次冲刷计算不考虑河床的自然冲刷，只计算河床的一般冲刷和局部冲刷。1.5.1一般冲刷计算设计洪水最大冲刷深度计算采用《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30—2002）推荐的非粘性土河床冲刷计算公式。本桥梁所在河段河床表层为细砂、砂砾石，符合《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30—2002）推荐的非粘性土河床冲刷计算公式的适用条件。因此，可以用于计算河床冲刷水深，用下面两种修正式计算结果对比，取其最不利的情况。方法一：计算公式如下：hp式中：hpAd—单宽流量集中系数，Ad=BzBzHzQ2—桥下河槽部分通过的设计流量（mQc—天然状态下河槽部分设计流量（m3/s），BcBcg—设计水位下，桥墩阻水总面积与过水面积的比值；—桥墩水流侧向压缩系数；hcmhcq由上面可知，设计流量Q2=1939m3/s，设计流量相应水位为1351.22m，设计流量相应过水面积为448m2，天然状态下河槽宽度Bc=142m，桥长范围内的河槽宽度Bcg=137m，河槽处最大水深hcmAd=Bh=1.041.36∗1=9.52m1.14桥址断面（方法一）一般冲刷深度计算表序号参数名称数值1设计最大洪峰流量（m319392Q2（m19393洪峰流量相应水位（m）1351.224洪峰流量相应过水面积（m24485Bc1426桥墩宽度（m）1.777涉水桥墩数38Bcg1379河槽最大水深hcm5.6510河槽平均水深hcq3.1611λ0.21012μ0.9613A1.3614hp9.52方法二：计算公式如下：hp式中：hphcmhcqBcj—为桥下河槽部分桥孔过水净宽（m），当桥下河槽扩宽至全桥时，BQ2—为桥下河槽部分通过的设计流量（m3/s），当桥下河槽扩宽至全桥时，AdE—为与汛期含沙量有关的系数，查得E=0.86d—为河槽泥沙平均粒径（mm），d=11.2mm。将数据代入公式得：hp=A1.15桥址断面（方法二）一般冲刷深度计算表序号参数名称数值1设计最大洪峰流量（m319392Q2（m19393洪峰流量相应水位（m）1351.224洪峰流量相应过水面积（m24485Bc1426桥墩宽度（m）1.777涉水桥墩数38Bcg1379河槽最大水深hcm5.6510河槽平均水深hcq3.1611E0.8612μ0.9613冲刷层平均粒径d（mm）11.214hp9.19由前述两种一般冲刷深度计算方法计算成果可知，方法一计算的般冲刷后最大水深为9.52m；方法二计算的一般冲刷后最大水深为9.19m。从安全的角度考虑，本报告取一般冲刷后最大水深为9.52m。1.5.3局部冲刷计算为方便分析计算，假定桥墩局部冲刷是在一般冲刷后的基础上进行的。桥墩计算公式中的墩前水深和流速都采用一