一、概述

長(zhǎng)江安徽段河道全長(zhǎng)416km，沿江安慶、池州、銅陵、蕪湖、馬鞍山等地已建跨江大橋10 座。在河道內(nèi)建造橋墩，距橋墩一定范圍內(nèi)會(huì)形成壅水和沖刷,對(duì)河道及岸坡穩(wěn)定可能造成不利影響，且近堤段橋墩樁基礎(chǔ)施工，對(duì)堤防滲流穩(wěn)定可能產(chǎn)生影響，從而影響大橋安全運(yùn)行和防洪工程安全。因此，在河道管理范圍內(nèi)新建橋梁時(shí)，應(yīng)對(duì)建橋造成的不利影響采取相應(yīng)補(bǔ)救措施。對(duì)于發(fā)生了沖刷危害、需防護(hù)加固的橋梁，由于橋墩局部沖刷的影響因素多，往往需要結(jié)合實(shí)際情況選擇防護(hù)方法和對(duì)策，再運(yùn)用河工模型試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行復(fù)核。

銅陵長(zhǎng)江公路大橋位于長(zhǎng)江銅陵河段羊山磯下游約600m 處，左岸對(duì)應(yīng)樅陽(yáng)江堤樁號(hào)63+870 處。大橋于1991年開工建設(shè)，1995年建成通車，是當(dāng)時(shí)世界上同類型大跨徑橋梁第3 位，也是安徽省境內(nèi)第一座長(zhǎng)江大橋。大橋建成運(yùn)行數(shù)年后，根據(jù)監(jiān)測(cè)分析，靠近左岸側(cè)主3 號(hào)橋墩基礎(chǔ)周圍局部沖刷嚴(yán)重,已接近設(shè)計(jì)沖刷允許值,其余橋墩局部沖刷相對(duì)穩(wěn)定。為保證大橋安全運(yùn)行,防止遭遇長(zhǎng)江大洪水時(shí)局部沖刷進(jìn)一步擴(kuò)展，建設(shè)單位對(duì)主3 號(hào)橋墩周圍實(shí)施了安全防護(hù)工程，并對(duì)左岸不利影響段岸坡進(jìn)行了防護(hù)。

二、銅陵長(zhǎng)江公路大橋橋墩局部沖刷及影響

1.主3 號(hào)橋墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

銅陵長(zhǎng)江公路大橋全長(zhǎng)2592m，其中跨江主橋長(zhǎng)1152m，采用主跨432m 雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，跨江主橋下部設(shè)8 墩7 孔，橋跨80+90+190+432+190+90+80（m），墩位從合肥往銅陵方向依次編號(hào)，即主1 ～主8 號(hào)橋墩。主3 號(hào)橋墩基礎(chǔ)采用10 根樁徑2.8m 鉆孔灌注樁，樁基礎(chǔ)外側(cè)設(shè)外徑24.8m 雙壁鋼圍堰，鋼圍堰采用水下混凝土封底，底部高程-36.6m（黃海基面，下同），頂部直接澆筑橋墩承臺(tái)，高程-3.3m，橋梁上部荷載由樁基礎(chǔ)、鋼圍堰及河床基礎(chǔ)共同承擔(dān)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，大橋正常運(yùn)行期間，橋墩鉆孔灌注樁外側(cè)的鋼圍堰底部高程-36.6m 不能被沖空。

2.主3 號(hào)橋墩沖刷情況

大橋水下基礎(chǔ)部分于1994年完工，由于橋墩阻水和擠壓作用，工程初建時(shí)在橋墩周圍河床產(chǎn)生了強(qiáng)烈局部沖刷，經(jīng)過(guò)2 ～3年河床自動(dòng)調(diào)整后，河床沖淤趨于穩(wěn)定，并經(jīng)歷了1998年、1999年長(zhǎng)江大洪水考驗(yàn)。自三峽水庫(kù)建成運(yùn)行后，長(zhǎng)江安徽段水流含沙量大幅度減少，含沙量減少約70%，清水下泄明顯，河道沿程沖刷呈加快趨勢(shì)，橋墩附近河床產(chǎn)生了局部沖刷引起新的相對(duì)沖淤動(dòng)態(tài)平衡，致使主3 號(hào)橋墩基礎(chǔ)周圍形成沖刷坑。主3 號(hào)橋墩周圍工程前河床高程-14.6m，1994年9月河床高程-30m，1995年7月河床高程-31m，1999年4月河床高程-30m，2002年5月河床高程-33m，2012年8月河床高程-34.9m，2013年8月河床高程-33.7m。如遇長(zhǎng)江大洪水繼續(xù)沖刷，將嚴(yán)重影響大橋安全運(yùn)行。

3.沖刷對(duì)岸坡穩(wěn)定影響

河道中建設(shè)橋墩，橋墩沖刷對(duì)兩岸岸坡穩(wěn)定的影響，與工程所在河段河勢(shì)情況、地質(zhì)條件、橋墩距岸邊的距離及岸坡現(xiàn)狀等因素有關(guān)。銅陵長(zhǎng)江公路大橋位于長(zhǎng)江銅陵河段進(jìn)口單一段，該段河道寬1.1km，其上游大通河段和悅洲左、右汊分流比近幾十年來(lái)變化甚微，左右兩汊水流匯流進(jìn)入銅陵河段主流位置也相對(duì)穩(wěn)定，受右岸羊山磯節(jié)點(diǎn)控制，多年來(lái)銅陵河段進(jìn)口單一段深泓線靠河道右緣走向基本穩(wěn)定。根據(jù)水下地形監(jiān)測(cè)資料分析，大橋建成運(yùn)行后，左岸橋軸線上游200m 至其下游2100m 范圍內(nèi)河床沖刷退移，河床由“V”型變成“U”型，斷面面積增大,沖刷集中在高程-5.0m 至河床深槽之間，最大沖刷退移250m，最大刷深19m；橋軸線以下-30.0m 深槽向左擴(kuò)大了150 ～250m，槽尾部向下延伸擴(kuò)大約300m。左岸岸灘表層為薄層亞粘土層及淤泥質(zhì)亞粘土，土層呈軟塑至流塑狀，岸坡抗沖能力較差,高程0m 以下岸坡較陡，局部陡坡坡度1 ∶2.0，處于臨界狀態(tài)。如不采取適當(dāng)防護(hù)措施，有可能引起崩岸險(xiǎn)情，影響附近橋墩安全。

三、橋墩安全防護(hù)

由于主3 號(hào)橋墩周圍沖刷嚴(yán)重，河床地形復(fù)雜，現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)公式難以精確計(jì)算，橋墩安全防護(hù)方案配合河工模型試驗(yàn)確定，并由此觀測(cè)防護(hù)效果及后期河床發(fā)展趨勢(shì)。

1.防護(hù)型式比選

橋墩沖刷防護(hù)主要有消能減沖和護(hù)底抗沖兩種型式。由于橋墩局部沖刷的破壞，常規(guī)消能減沖措施（如防護(hù)樁群等）施工難度大，工程效果難以保證。擬采用護(hù)底抗沖措施。

護(hù)底抗沖措施是利用拋石、砂袋、砂枕、混凝土、軟體排等結(jié)構(gòu)對(duì)橋墩基礎(chǔ)周圍進(jìn)行防護(hù)，以抵擋橋墩前沖擊水流產(chǎn)生的底部向下漩流，達(dá)到明顯折減最大沖刷深度。常用的橋墩防護(hù)型式主要有：籠石防護(hù)、砂枕防護(hù)及水下鋼筋混凝土防護(hù)等?；\石防護(hù)是在橋墩周圍拋填格賓網(wǎng)籠石進(jìn)行防護(hù)；砂枕防護(hù)在橋墩周圍采用“砂枕+袋裝級(jí)配碎石+護(hù)面塊石”三層防護(hù)體系進(jìn)行防護(hù)；水下鋼筋混凝土防護(hù)在橋墩周圍形成一道完整鋼筋混凝土護(hù)坦。由于工程區(qū)常年水深約40m，現(xiàn)有水下鋼筋混凝土防護(hù)施工難以完成。綜合施工條件、防護(hù)效果、后期維護(hù)等因素，按照籠石防護(hù)和砂枕防護(hù)兩種型式開展了河工模型試驗(yàn)，依據(jù)河工模型試驗(yàn)成果，推薦采用砂枕防護(hù)方案，并建議防護(hù)區(qū)域頂面高程調(diào)整至-28.0m，防護(hù)效果最佳。

2.防護(hù)措施確定

為使防護(hù)區(qū)域與現(xiàn)有河床平順銜接，依據(jù)最新的水下地形測(cè)圖劃定防護(hù)范圍，將主3 號(hào)橋墩周圍-30.0m 等高線范圍納入防護(hù)區(qū)域，平面形成84.8m×104.8m（垂直水流方向×順?biāo)鞣较颍┚匦畏雷o(hù)區(qū)域，即沿橋軸線方向橋墩鋼圍堰以外西側(cè)20m、東側(cè)40m，垂直橋軸線方向橋墩鋼圍堰以外上下游各40m。防護(hù)平臺(tái)范圍內(nèi)河床高于高程-28.0m，平臺(tái)直接與現(xiàn)有床面相接，河床低于高程-28.0m，按1 ∶3 坡比與現(xiàn)有河床相接，防護(hù)平臺(tái)總面積7617m2（不含橋墩）。工程結(jié)構(gòu)按照實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定為：砂枕將沖刷坑填平至高程-30.5m，層厚1～3m；袋裝級(jí)配碎石層拋厚1m；護(hù)面塊石拋厚1.5m。

3.防護(hù)措施實(shí)施

由于橋墩部位水流條件復(fù)雜，傳統(tǒng)的水下拋投方法，無(wú)法在橋墩周圍形成完整的防護(hù)區(qū)域。為使施工材料精準(zhǔn)拋填到指定位置，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將砂枕和袋裝級(jí)配碎石盛放于網(wǎng)兜，護(hù)面塊石制作成格賓網(wǎng)籠，尺寸均為1.5m×1.5m×0.5m，采取水上吊放、水下到位脫鉤的施工方法。拋投作業(yè)時(shí)，按照自上游向下游拋投順序，分砂枕、袋裝級(jí)配碎石、護(hù)面塊石三個(gè)工序，每個(gè)階段拋填完成后，立即進(jìn)行水下測(cè)量，控制拋填范圍及拋填厚度符合設(shè)計(jì)要求后，再進(jìn)行下道工序。

四、岸坡防護(hù)工程

本次岸坡防護(hù)工程的范圍、厚度等參考類似工程經(jīng)驗(yàn)確定，同時(shí)應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

1.防護(hù)型式比選

岸坡防護(hù)包括水上護(hù)坡和水下護(hù)腳。長(zhǎng)江中下游常用的護(hù)坡型式有預(yù)制塊護(hù)坡、干砌塊石護(hù)坡、漿砌塊石護(hù)坡及鋼絲網(wǎng)石籠護(hù)坡等。由于預(yù)制塊購(gòu)置方便，外形美觀、施工進(jìn)度快，防護(hù)效果好等優(yōu)點(diǎn)，推薦采用預(yù)制塊護(hù)坡。護(hù)腳結(jié)構(gòu)有拋石、混凝土鉸鏈排、模袋混凝土、模袋砂等?；炷零q鏈排整體性強(qiáng)，能有效抵御水流淘刷，護(hù)岸效果好，使用壽命長(zhǎng)，但這種結(jié)構(gòu)對(duì)河床岸坡平整度要求較高，且岸坡不宜陡于1 ∶2.5，岸坡較陡時(shí)易整體滑動(dòng)。模袋混凝土、模袋砂是在模袋內(nèi)充灌混凝土、水泥砂漿或砂，模袋混凝土適應(yīng)河床變形能力差、易發(fā)生斷裂，模袋砂能較好適應(yīng)河床變形能力，但遇拋錨等情況容易損壞。拋石護(hù)腳是長(zhǎng)江中下游普遍采用的一種護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式，由于取材容易、施工簡(jiǎn)單，與河床的適應(yīng)能力好，被廣泛采用。目前安徽省長(zhǎng)江上的大橋岸坡防護(hù)工程均采取拋石護(hù)腳，運(yùn)行情況良好。推薦采用拋石護(hù)腳。

2.防護(hù)范圍確定

根據(jù)安徽省長(zhǎng)江河道上大橋防護(hù)工程的實(shí)踐，大橋上游岸坡防護(hù)長(zhǎng)度可取主橋墩距岸邊距離1～2倍，下游岸坡防護(hù)長(zhǎng)度可取橋墩距岸邊距離的2～4倍，當(dāng)岸坡較緩且主橋墩離岸邊較遠(yuǎn)時(shí)取小值，否則取大值。銅陵長(zhǎng)江公路大橋主3 號(hào)橋墩距離岸邊約250m，根據(jù)監(jiān)測(cè)資料可知，左岸大橋上游200m 至其下游2100m 沖刷退移，結(jié)合實(shí)際情況，確定岸坡防護(hù)范圍為橋軸線上游200m 至其下游500m。

3.岸坡防護(hù)方案

岸坡防護(hù)寬度遵循從灘頂（或堤頂）至近岸深槽，當(dāng)深泓線距離岸邊較近時(shí)，護(hù)至深泓部位當(dāng)深泓線距離岸邊較遠(yuǎn)時(shí)，護(hù)至1 ∶3～1 ∶4 緩坡處。

護(hù)坡與護(hù)腳以設(shè)計(jì)枯水位為分界線，設(shè)計(jì)枯水位利用相鄰的大通站和蕪湖站12月至次年2月多年水位的平均值，采用直線內(nèi)插推算為3.23m。護(hù)坡由封頂、坡身、腳槽組成,護(hù)坡頂部至灘頂,腳槽高程依據(jù)設(shè)計(jì)枯水位確定，為便于施工，腳槽可高于設(shè)計(jì)枯水位0.5～1m。長(zhǎng)江干流新護(hù)段拋石護(hù)腳厚度宜采用1.2～1.8m，自岸邊向江中逐漸增厚，拋石前沿拋防沖備填石，一般15～25m3/m。結(jié)合工程段岸坡情況，確定水下拋石護(hù)腳均厚1.2m、拋寬80m。經(jīng)復(fù)核，工程實(shí)施后岸坡穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

五、結(jié)語(yǔ)

銅陵長(zhǎng)江公路大橋主3 號(hào)橋墩安全防護(hù)和岸坡防護(hù)工程于2015年建設(shè)完成。通過(guò)近年來(lái)監(jiān)測(cè)分析，主3 號(hào)橋墩局部沖刷得到控制，左岸岸坡穩(wěn)定，工程效果明顯，可為長(zhǎng)江干流類似大橋工程除險(xiǎn)加固提供借鑒■