大桥水文计算书.docx

主要设计成果汇总表项 目河 槽河 滩设计流量Q1%（m3/s）2902设计水位（m）175.25设计流速V（m/s）2.32平均流速V平（m/s）1.68桥孔长度（m）330桥前壅水（m）0.27一般冲刷深度（m）1.960.48局部冲刷深度（m）2.11梁底最低标高（m）176.32一、流域概况呼玛河发源于大兴安岭山脉南麓的，是黑龙江右岸一大支流，该河由西向东流经沈家营子，于平安村、团山子分别汇入溪浪河、牤牛河后折向北流入 松花江。河流长度265Km,流域面积12603 Km2，流域内植被良好，中、上游山丘地带生长茂密森林和次生林，平原区为耕地，流域内支流毛沟纵横，较大支流右岸有牤牛河，左岸有溪浪河，向阳山以上为上游段，支流汇入较多，地处中山、低山、丘陵区棕山峻岭，地势较高，海拔400600m，地面比降1.55.0，谷窄流急，向阳山至牤牛河口为中游，属丘陵及河谷平原区，高程在200400m，地面比降为0.151.0,河谷变宽，一般在2Km 以上，最宽达5Km ,水流变缓，河道弯曲，汛期洪水泛滥成灾。牤牛河口以下为下游段，属平原区，地势较低，高程150170m地表平坦开阔，地面比降0.20.5，河谷较宽，一般315Km,水流缓慢，河道蜿蜒曲折且多串沟，河水常出槽泛滥成灾，属山前区宽滩性河段。本项目路线经过之处位于河流中游，河道较顺直稳定，复式断面，砂质河床，两岸平坦宽阔，河床比降较小，流速较缓，汛期洪水泛滥宽度达25Km。桥位上游汇水面积F=5642Km2二、水文气象流域内径流主要受降雨支配，夏季雨量充沛，年最大降水量为880mm，夏秋两季降水量占全年降水的70%以上,洪汛多发生在7、8、9月份，冬季枯水多雪，春季降水较少，约占全年的15%，因此春汛较小，故洪水设计流量，采用暴雨洪水流量。洪水时河水出槽，没溢两岸，泛滥宽度达35Km。项目区域内处于大陆性寒温带季风气候区，其特点春季干旱多风，夏季温热多雨，秋季降温急剧，冬季严寒，一年四季分明，而春秋两季较短，寒冷期长，年平均气温240C，平均湿度5565%，年日照时数约2500小时。最高气温发生在7月份，为36.20C, 最低气温发生在1月份，为-35.40C。最大冻深1.92m,最大冰厚1.13m,封冻日期11月中旬，封冻天数130150天，翌年4月开河年平均降雨量600800mm，全年分布不均，多集中在夏秋汛期，占全年的6570，24小时最大降雨量为125mm，3日最大降雨225mm，最大降雪厚度100cm。桥位处主导风向为东南，平均风速34m/s,最大风速25.8m/s,大风日数1525天，多发生在春季。三、工程地质和地震桥位附近地质构造为内陆河流新生代第四纪冲、洪积层，根据桥址地质钻探资料及现场调查，河床表层为中粗砂，其下40m内为中等密实的粗砂、砾砂及角砾层。本项目所在地区地震烈度，根据建设部建抗字199313号文及中国地震烈度区划图（1990），地震基本烈度为度，依据交通部颁发的公路工程抗震设计规范的规定，桥梁结构可以不考虑地震力的影响，只需要简单设防。四、水文资料搜集和调查桥位上游岔林河流域内水文站点有三个，干流上有沈家营子、五常水文观测站，支流溪浪河上有舒兰水文观测站（吉林省）。资料多为五十年代初至近期4050年的实测水位、流量等资料。其中位于桥位附近的五常站和上游的沈家营子站为本桥渡设计提供了有利资料。五常站始建于1952年10月，位于五常镇西南本桥位上游4.5Km处，地理位置为东经1270610，北纬445212，水文断面上游积水面积F=5642Km2,高程采用水文站假定高程系统。五常站有自1953年以来的50余年的连续水位及流量观测资料，又有1932年、1951年的历史特大洪水调查资料，该水文站资料，可以作为本桥流量分析的基本依据。沈家营子站始建于1955年9月，位于本桥位上游95Km处沈家营子屯西，地理位置为东经1274000，北纬442818，水文断面上游积水面积F=1151Km2,高程采用水文站假定高程系统。该站有自1956年以来的近50年的连续水位及流量观测资料。历史主要洪水发生年份有1932年(Q32=2870m3/s)、1989年(Q32=2440m3/s)、1951年(Q51=2310m3/s)、1960年 (Q32=2220m3/s)、1956年(Q32=2120m3/s)。五、桥位附近河段及原有构造物情况1、桥位附近河段情况团山子大桥位于拉林河中游，属山前宽滩性河流。桥位上下游洪水滥泛宽度受东西岸防洪大堤控制，宽度在23Km不等，河道较弯曲，多岔河，为次稳定性河段。主河槽宽150220m,岔河槽宽5070m,主、岔槽河床多为中粗砂或砾砂，滩地杂草丛生并有少量耕地，地势平坦，河床比降为0.05%左右。2原有旧桥现有团山子大桥位于五常镇西铁通公路389.615公里处，建于1936年日伪时期。该桥为一河两桥，高桥低路，且两桥之间有一段长100m的过水路面，主桥（主河道桥）上部结构为15孔14m钢筋混凝土板与工字钢梁组合的叠合梁，下部结构为重力式混凝土实体墩，混凝土U台，木桩加固基础。该桥设计菏载相当于汽8级，桥面净宽6.00.25m护轮带，桥梁全长217m。该桥年代久远，年久失修，由于河床下切，基础裸露，墩台均有不同程度位移，桥体混凝土老化、部分脱落，支座失效，已列为危桥，断绝交通。背河桥（滩地岔河）原为木桥，于1976年改建为7孔17m双曲拱桥，下部结构为双柱式钢筋混凝土墩、U形台，钻孔桩基础, 该桥设计菏载为汽15，挂80级，桥面净宽7.00.25m护轮带。桥梁全长129m。经近30年的使用，拱肋、拱波有不同程度的裂缝，横拉杆及桥面系破损严重，铁岸桥台冲刷严重，桥台锥坡铺砌脱落。桥头引道及河滩路地为三级公路标准，路基宽8.5m,路面宽7.0m,路面为砂石，由于常受水害，破坏严重，且时有翻浆。3、现有堤防桥位附近上下游河两岸建有防洪堤，堤顶宽68m不等，能行走汽车。该堤目前的防洪标准为30年一遇，远景规划为50年一遇。4、水库桥位以上汇水区内仅有永久性水库一处，即磨盘山水库。该水库坝址位于沈家营子水文站上游2km处，水库设计标准为：总库容5.3108m3,设计洪水频率Pp=1%,校核洪水频率Pp=1，2004年开工建设，现正在建设中。水库建成后将对下游各段面洪峰流量有所削减。六、流冰及通航情况调查根据调查本河春汛不大，最大流冰水位较平槽水位略高些，河内最大冰块45m，流冰厚0.75m,流速1.1m/s。本河无通航要求。七、桥位方案的选择根据铁通公路总体走向布局，结合五常市城建规划和铁通公路近、远期通过五常镇的过境方案，且考虑本段公路与黑、吉两省的接线位置。在本次勘测中调查了团山子屯（原桥位）附近拉林河段上所有可能的桥位方案，在充分征求当地政府及城建、水利、农业等部门意见的基础上，从环境、技术、经济等方面进行论证筛选，最后提出两个桥位备选方案。既方案一，（该桥位对应于路线方案一、三、四），位于原团山子大桥桥位下游30m处的河段上，为一河两桥方案，经水文计算，桥梁总长492.68m；桥位方案二（该方案对应路线方案二），位于原桥位上游1.70Km的河段上，为一河一桥方案，经计算桥梁总长448.60m。两个桥位的具体位置见“桥位方案平面图”。两个桥位方案比较如下：1、方案一本桥位方案与路线一、三、四方案结合较好，路线顺捷，利用旧路，占用耕地少。桥位处河床行洪断面宽约2.1 Km, 主河槽宽度280m（主河河槽宽210m，加岔河槽宽70m）。主河槽桥和岔河桥布设均匀，泻洪顺畅，桥前壅水对防洪造成的影响小，桥位上游1.2Km、下游0.5Km河道较顺直、稳定，河道和洪水流向与桥梁轴线正交，利于泻洪。缺点是与路线方案二结合较差，为一河两桥，较一河一桥方案二桥梁总长相对长。2、方案二本桥位方案仅与路线方案二结合较好，桥位处于河段弯曲，岔流较多的结点上，水文情况复杂，洪水流向与路线（桥梁轴线）斜交80o,且河道曲率有加大、岸线右移趋势，现右侧河槽严重塌岸，属次稳定河段。桥位处河床行洪断面宽约1.6Km, 主河槽宽度210m，河道偏向左岸防洪堤，桥前壅水将对防洪影响较大。本方案优点是一河一桥，桥梁总长较方案一相对短。由于资金限制和计划安排，团山子大桥与五常市绕行方案可能不同步实施。因此，若选择桥位方案二，需修建3Km长的引道与旧路相连，来保证正常通行。等到将来铁通公路五常市绕行方案实施时，目前所修建的3Km引道必将废弃，造成一定的经济损失。综上，两个桥位方案从河势、行洪、桥渡工程布设及工程量和造价等方面综合比较，各自具有优缺点，但从路线总体布局的角度出发，桥位方案应服从于路线走向方案，因此本次可研将桥位方案一作为桥位推荐方案。八、设计流量推算由于桥位上游4.5Km处五常水文站，且桥、站间无支流汇入，因此本桥位处流量利用五常站资料进行推算并以经验公式校核。此外由于上游干流97Km处有磨盘山水库，在推算桥下设计流量时充分考虑该水库的调洪削峰作用。（一）、桥址处百年一遇洪水流量推算1、频率分析法采用五常站水文观测资料，观测年份为19532003年的连续实测洪水流量进行连续系列频率分析，同时采用1932年和1951年两次历史特大洪水流量（Q32=2870m3/s, Q51=2310m3/s），作为不连续系列进行频率分析比较。 五常水文站连续系列流量序号年份流量序号年份流量11953251271979942195411702819809133195512902919817094195621203019829375195793831198337961958229321984312719591493319859358196022203419867579196127235198762210196213036198853211196344737198924401219641290381990324131965710391991151014196638640199241015196737541199342716196844042199414301719696584319951291819709604419964931919713874519976402019723134619983502119734204719991272219742784820005082319756184920011330241976500502002178025197729051200327526197869521）采用连续流量系列进行频率分析现以数理统计方法计算如下：流量连续系列频率分析序号年份QKK2P1198924403.53 12.44 1.92 2196022203.21 10.30 3.85 3195621203.06 9.39 5.77 4200217802.57 6.62 7.69 5199115102.18 4.77 9.62 6199414302.07 4.27 11.54 7200113301.92 3.70 13.46 8196412901.86 3.48 15.38 9195512901.86 3.48 17.31 10195411701.69 2.86 19.23 1119709601.39 1.93 21.15 1219579381.36 1.84 23.08 1319829371.35 1.84 25.00 1419859351.35 1.83 26.92 1519809131.32 1.74 28.85 1619867571.09 1.20 30.77 1719657101.03 1.05 32.69 1819817091.03 1.05 34.62 1919696580.95 0.90 36.54 2019976400.93 0.86 38.46 2119876220.90 0.81 40.38 2219756180.89 0.80 42.31 2319885320.77 0.59 44.23 2420005080.73 0.54 46.15 2519765000.72 0.52 48.08 2619964930.71 0.51 50.00 2719634470.65 0.42 51.92 2819684400.64 0.40 53.85 2919934270.62 0.38 55.77 3019734240.61 0.38 57.69 3119924100.59 0.35 59.62 3219713870.56 0.31 61.54 3319663860.56 0.31 63.46 3419833790.55 0.30 65.38 3519673750.54 0.29 67.31 3619983500.51 0.26 69.23 3719903240.47 0.22 71.15 3819723130.45 0.20 73.08 3919843120.45 0.20 75.00 4019772900.42 0.18 76.92 4119742780.40 0.16 78.85 4220032750.40 0.16 80.77 4319612720.39 0.15 82.69 4419532510.36 0.13 84.62 4519582290.33 0.11 86.54 4619591490.22 0.05 88.46 4719621300.19 0.04 90.38 4819951290.19 0.03 92.31 4919991270.18 0.03 94.23 501979940.14 0.02 96.15 511978690.10 0.01 98.08 以19532003年51年的连续观测资料计算：Qcp=692 m3/s Cv=0.82 当Cs=2.5Cv时其理论频率曲线与经验频率点群曲线相比，理论曲线上端偏离经验点群较多。调整Cv值：当Cv=0.95 、Cs=3.4Cv时理论频率曲线与经验点群重心线较为吻合（见附图1），故：Qcp=692m3/s Cv=0.95 Cs=3.4Cv 2）采用不连续流量系列进行频率分析以数理统计方法计算如下：流量不连续系列频率分析序号年份QKK2P1193228703.76 14.14 1.85 2198924403.20 10.22 3.70 3195123103.03 9.16 5.56 4196022202.91 8.46 7.41 5195621202.78 7.71 9.26 6200217802.33 5.44 11.11 7199115101.98 3.91 12.96 8199414301.87 3.51 14.81 9200113301.74 3.04 16.67 10196412901.69 2.86 18.52 11195512901.69 2.86 20.37 12195411701.53 2.35 22.22 1319709601.26 1.58 24.07 1419579381.23 1.51 25.93 1519829371.23 1.51 27.78 1619859351.22 1.50 29.63 1719809131.20 1.43 31.48 1819867570.99 0.98 33.33 1919657100.93 0.87 35.19 2019817090.93 0.86 37.04 2119696580.86 0.74 38.89 2219976400.84 0.70 40.74 2319876220.81 0.66 42.59 2419756180.81 0.66 44.44 2519885320.70 0.49 46.30 2620005080.67 0.44 48.15 2719765000.66 0.43 50.00 2819964930.65 0.42 51.85 2919634470.59 0.34 53.70 3019684400.58 0.33 55.56 3119934270.56 0.31 57.41 3219734240.56 0.31 59.26 3319924100.54 0.29 61.11 3419713870.51 0.26 62.96 3519663860.51 0.26 64.81 3619833790.50 0.25 66.67 3719673750.49 0.24 68.52 3819983500.46 0.21 70.37 3919903240.42 0.18 72.22 4019723130.41 0.17 74.07 4119843120.41 0.17 75.93 4219772900.38 0.14 77.78 4319742780.36 0.13 79.63 4420032750.36 0.13 81.48 4519612720.36 0.13 83.33 4619532510.33 0.11 85.19 4719582290.30 0.09 87.04 4819591490.20 0.04 88.89 4919621300.17 0.03 90.74 5019951290.17 0.03 92.59 5119991270.17 0.03 94.44 521979940.12 0.02 96.30 531978690.09 0.01 98.15 以调查的32年、51年两次特大洪水流量，对连续观测的19532003年洪水流量序列外延，N=72年，其计算得：Qcp=744m3/s Cv=0.86 当Cs=2.5Cv时其理论曲线与经验频率点群有所改善，调整Cv值：当Cv=0.92，Cs=3.0Cv时理论频率曲线与经验点群重心线更加吻合（见附图2），故：Qcp=744m3/s Cv=0.92 Cs=3.0Cv 频率分析计算结果如下：频率P%1/312510连续系列44563447280419991428不连续系列44073462287521191572根据以上结果可以看出，两个系列计算结果很接近，故取Q1%=3462 m3/s2、按“桥规”JTJ 06291附录十二全国水文分区经验公式计算：Qcp=CFn式中C=3.0N=0.65F=5642Km2Qcp=356420.65=823 m3/sCv=0.9 Cs=2.5Cv K1%=4.36Q1%= QcpK1%=8234.36=3590 m3/s以上两种方法计算Q1%值非常接近，偏差仅为（35903462）/3462=3.7%，所以认为计算结果可靠，从安全角度考虑，取Q1%=3590 m3/s。（二）、桥坝区间同频率流量计算1、 按面积比例法计算（“公路水文规范”（JTG C302002）5.2.2式）：Q1%q=（Fq/F）n1 Q1%式中：Fq=4491m2F=5642m2n1=0.65Q1%=3590 m3/sQ1%q =（4491/5642）0.65 3590=3095m3/s2、按“桥规”JTJ 06291附录十二全国水文分区经验公式计算：Qcp=CFn式中：C=3.0N=0.65F=4491Km2Qcp=344910.65=710 m3/sCv=0.9 Cs=2.5 K1%=4.36Q1%q = QcpK1%=7104.36=3096 m3/s以上计算几乎没有偏差，所以桥坝区间设计流量（三）、桥下设计流量计算本桥位上游97公里有一处永久性大型水库，即磨盘山水库。该水库坝址位于沈家营子水文站上游2km处。水库设计标准为：总库容5.3108m3,设计洪水频率Pp=1%,校核洪水频率Pp=1，百年一遇洪水时坝址断面流量Q1%b=2100 m3/s，百年一遇洪水时水库下泄流量Q1%x=652 m3/s（见附图3），2004年开工建设，现正在建设中。水库建成后将为哈市居民提供日常生活用水，同时水库本身具有较强的调洪作用，对下游各段面洪峰流量有所削减，所以本桥下设计流量考虑水库对其影响，采用公路工程水文勘测设计规范（JTG C302002）10.1.6-3公式计算。Q1%= Q1%q+ (Q1%Q1%q) Q1%x/ Q1%b式中：Q1%=3590 m3/sQ1%x=652 m3/sQ1%b=2100 m3/sQ1%=3271m3/s1.2=3921m3/s点号距离高程点号距离高程00176.214361100174.297150174.475371150174.654287.4173.04381200174.223100173.089391250174.1654109174.116401300174.275150174.625411350174.2896200174.618421400174.1357237.5174.632431430174.2888265173.429441439173.699300173.536451556173.5410303173.593461559.5173.6811303.2172.48471561172.3912330171.42481572172.3813332170.264491581.5172.5314421170.10501589171.3215441169.46511596171.3216491170.234521599.5171.0517500172.02753161517018503173.26854162617019550173.768551641.5171.0520600174.03561643.5172.0821650174.049571653.5172.2522700174.11581663174.7523750174.149591700174.0524800173.96601721.5173.38725839173.295611724174.39326850174.712621750173.84427853175.128631800173.65528900175.525641850173.95129929175.735651900173.97630950175.052661950174.30431955173.594672000173.603321000174.377682018174.563331050174.415692027176.59断面点号m值n值08200.05819400.0251929200.052947170.064756290.0345667170.06点号距离高程点号距离高程00169.95110550170.227150169.97911650170.2272100170.05712700170.2373150170.10513750170.3544200170.16914800170.4515250170.15915850170.4946300170.18816900170.5437347170.19417950170.6598400170.183181000170.6839450170.19219Q1%=3921m3/sH=175.25mQ主=2902m3/sV主=2.32 m/sQ岔=1019 m3/sV岔=1.60 m/s团山子大桥设计洪水位及断面水力要素序号项目河滩1河槽1河滩2河滩3河槽2河滩4全断面1设计水位（m）175.252断面与水流夹角（）03水面宽度B（m）237.21285317.17637.6781.50358.061916.624有效宽度（m）237.21285317.17637.6781.50358.061916.625平均水深h（m）0.973.931.201.164.071.261.706过水面积A（m2）230.701119.94380.47736.61331.81452.103251.617平均流速V（m/s）0.462.320.530.41.60.431.208流量Q（m3/s）10525972002965301933921水 位流 量流 速面 积175.6649722.484052.34175.2539212.323251.61174.9432152.202663.23174.7528222.122305.992、 桥孔长度的计算1）根据公路工程水文勘测设计规范公式6.2.1-1，计算设计流量下的最小桥长Lj=Kq（Qp/Qc）n3Bc式中：Lj最小桥孔净长（m），Qp设计流量（）Qc设计流量（）Bc河槽宽度（）Kq、 n3系数，查“规范”表6.2.1 Kq、 n3值表具体数值见下表序号项目团山子大桥岔河桥河滩1河槽河滩2河滩1河槽河滩21设计水位（m）175.252断面与水流夹角（）003水面宽度B（m）237.21285317.17637.6781.50358.064有效宽度（m）237.21285317.17637.6781.50358.065平均水深h（m）0.973.931.201.164.071.266过水面积A（m2）230.701119.94380.47736.61331.81452.107平均流速V（m/s）0.462.310.520.41.60.438流量Q（m3/s）1052597200296530193计算结果如下桥名设计洪水流量Qs（m3/s）河槽流量 Qc（m3/s）河槽宽度 Bc（m）桥孔最小净长度Lj（m）团山子大桥29022597285298.50岔河桥101953081.5135.78由于岔河桥桥位轴线与水流呈110度交角，所以净桥长为135.78/cos20=140.49m。2）按壅水相等的原则初步确定桥孔根据“桥规”8.4.1-2公式：Z=（Qp/W）2(Qp/A)2计算不同净过水面积（W）时的壅水高度，绘制壅水高度净过水面积曲线（见“壅水高度净过水面积曲线图”），然后按壅水高度相等的原则，在同一Z下查出两桥的净过水面积。根据桥位附近地形、地物及防洪情况，桥前壅水按30cm控制，故本设计取Z=30cm，在曲线图中查出两桥净过水面积分别为W主=1086m2，W岔=547m2，通过面积及各桥的壅水高度净过水面积曲线图通过以上两种计算得出的结果对桥孔进行选择：当主河为840m，净桥长303.8m，岔河为820m，净桥长149.2m，满足以上计算结果，所以我们采用两桥孔径为：主河：840m岔河：820m十、桥前壅水及冲刷计算1）桥前壅水计算根据“桥规”8.4.1-1公式Z=K/2g（VM2VOM2），计算两桥壅水高度分别为：Z主=0.27cmZ岔=0.29cm由以上结果可以看出，两桥壅水高度基本相同，且小于控制壅水高度Z=30cm，所以我们选择的桥孔较为合理。2）桥下一般冲刷计算一般冲刷采用公路工程水文勘测设计规范中641修正公式、7.3.1-5河滩冲刷公式。a）主河桥桥下一般冲刷计算641修正公式：hp=Ad Q2/（Bcj）（hcm/hcq）5/3/（Ed1/6）3/5Ad=1.37，单宽流量集中系数；Q2=2870 m3/s，桥下河槽部分通过的设计流量；=0.969，桥墩水流侧向压缩系数；Bcj=285m，桥长范围内的河槽宽度；hcm=5.79m，河槽最大水深；hcq=3.93m，桥下河槽平均水深；E=0.66，与汛期含沙量有关的系数；d=5mm，河槽泥沙平均粒径。计算得hp=7.75m河滩冲刷公式： hp=Q1/（Btj）（htm/htq）5/3/VH15/6Q1=30 m3/s，桥下河滩部分通过的设计流量；=0.969，桥墩水流侧向压缩系数；Btj=40.5m，河滩部分桥孔净长；htm=2.21m，河槽最大水深；htq=1.23m，桥下河槽平均水深；VH1=0.6m/s，河滩水深1m时非粘性土不冲刷流速；计算得hp=2.69mb）岔河桥桥下一般冲刷计算641修正公式：hp=Ad Q2/（Bcj）（hcm/hcq）5/3/（Ed1/6）3/5Ad=1.33，单宽流量集中系数；Q2=898 m3/s，桥下河槽部分通过的设计流量；=0.968，桥墩水流侧向压缩系数；Bcj=81.5m，桥长范围内的河槽宽度；hcm=5.25 m，河槽最大水深；hcq=4.07m，桥下河槽平均水深；E=0.66，与汛期含沙量有关的系数；d=5mm，河槽泥沙平均粒径。计算得hp=7.01m河滩冲刷公式： hp=Q1/（Btj）（htm/htq