韓 露

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司 合肥 230088）

1 引言

引江濟(jì)淮工程從長(zhǎng)江下游引水向淮河中游地區(qū)補(bǔ)水，是一項(xiàng)以城鄉(xiāng)供水和發(fā)展江淮航運(yùn)為主、結(jié)合灌溉補(bǔ)水和改善巢湖及淮河水生態(tài)環(huán)境的綜合性戰(zhàn)略水資源配置工程。橋梁建設(shè)會(huì)改變河道的行洪斷面，對(duì)河道防洪和河勢(shì)穩(wěn)定產(chǎn)生影響。根據(jù)《中華人民共和國(guó)防洪法》規(guī)定，建設(shè)跨河、穿河、臨河的工程設(shè)施，應(yīng)當(dāng)符合防洪標(biāo)準(zhǔn)、岸線規(guī)劃及其他技術(shù)要求，不得危害堤防安全、影響河勢(shì)穩(wěn)定、妨礙行洪通暢。因此，對(duì)橋梁工程進(jìn)行防洪影響分析顯得十分必要。本文結(jié)合引江濟(jì)淮工程某橋的實(shí)際情況，進(jìn)行了防洪影響計(jì)算分析，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行防洪影響綜合評(píng)價(jià)，針對(duì)不良影響提出了相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

2 工程概況

引江濟(jì)淮輸水渠道工程利用、開挖現(xiàn)有長(zhǎng)河河道，改變了河道兩岸現(xiàn)有的交通體系，為恢復(fù)兩岸交通，需在引江濟(jì)巢段樁號(hào)6+150處建設(shè)一座管護(hù)道路橋梁。該段河道按Ⅲ級(jí)航道斷面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)輸水流量150m3/s，設(shè)計(jì)渠底高程4.1m，設(shè)計(jì)底寬60m，坡比1∶4。引江濟(jì)淮工程擬對(duì)該段長(zhǎng)河裁彎取直，現(xiàn)狀老長(zhǎng)河約2.5km河道仍保留但不再承擔(dān)防洪、排澇、輸水任務(wù)。本橋梁位于該段老長(zhǎng)河上，此處長(zhǎng)河河道底寬50m，底高程3.1m，坡1∶2.5～1∶3。參考樅陽(yáng)樞紐節(jié)制閘設(shè)計(jì)條件，設(shè)計(jì)排洪水位為14.48m，設(shè)計(jì)排洪流量1150m3/s，校核排洪水位14.88m，校核最大排洪流量1288m3/s。本橋梁下部結(jié)構(gòu)在2019下半年施工，至2020年汛前完工，施工期水位受菜子湖影響及受樅陽(yáng)閘控制，在8.1～10.0m之間。

3 防洪分析計(jì)算

3.1 壅水分析計(jì)算

根據(jù)該段河道2020年及2021年工程施工進(jìn)度，考慮新、老河道參與泄流不同情況，此次壅水按兩種工況進(jìn)行計(jì)算分析：（1）2020年汛期，僅老河道泄流，按校核設(shè)計(jì)洪水流量1288m3/s，水位14.88m；（2）2021年汛期及以后年份，新、老河道共同泄流，按校核設(shè)計(jì)洪水流量1288m3/s，水位14.88m。

根據(jù)《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》 （JTJ062-91）、《鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB10017—99）和《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGC30—2002）可知，壅水計(jì)算公式如下所示。

式中：ΔZ為最大壅水高度，m；η1為系數(shù)，與水流進(jìn)入橋孔的阻力有關(guān)，根據(jù)河流類型及河灘地過(guò)水能力查表確定為0.05；V為橋下斷面平均流速，m/s；V0為橋前斷面平均流速，m/s。

式中：ΔZ為最大壅水高度，m；η2為與橋墩形狀有關(guān)的Henderson系數(shù)，矩形墩取0.35，圓形墩取0.18；V為橋下斷面平均流速，m/s；V0為橋前斷面平均流速，（m /s ； g ）為重力加速度。

式中：L為壅水曲線全長(zhǎng)，m；I為橋址河段天然水面比降。

根據(jù)以上公式，可計(jì)算出橋前壅水高度。計(jì)算成果如表1所示。

表1 橋前壅水高度計(jì)算成果表

從計(jì)算結(jié)果看，兩種工況計(jì)算結(jié)果有所差別。2020年汛期老河道泄流橋前洪水最大壅高2cm，壅水曲線長(zhǎng)95.5m，橋址處河道斷面屬寬淺型斷面，因此該橋建設(shè)期，在設(shè)計(jì)水位條件下壅水影響很小。2021年及以后年份新、老河道共同泄流橋前洪水最大壅水6mm，壅水長(zhǎng)度27.5m，壅水影響極小。

3.2 沖刷分析計(jì)算

一般沖刷和局部沖刷的沖刷深度與過(guò)流條件、河道斷面、河床土壤特性、阻水建筑物幾何形狀等因素有關(guān)。根據(jù)《鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10017-99）、《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGC30-2015）的規(guī)定，橋址處分別計(jì)算各工況下（計(jì)算工況同3.2節(jié)）的一般沖刷值和橋墩處局部沖刷值，從而得出橋址處的沖刷合計(jì)值。計(jì)算成果詳見表2。

由表2沖刷深度計(jì)算分析可知，在2020年汛期由老河道泄流時(shí)，在校核排水工況下，橋址處河道主河槽總沖刷深度為2.033m，右邊灘（梅林隔堤側(cè)）總沖刷深度為0.837m。由此可知，施工期建橋后，在新輸水渠道不具備通水條件且過(guò)校核流量時(shí)，主河槽內(nèi)的橋墩處沖刷深度稍大，需采取可靠的防護(hù)措施以減小沖刷帶來(lái)的危害。

表2 橋址沖刷計(jì)算成果表

在2021年及以后年份由新、老河道共同泄流時(shí)，橋址處河道一般沖刷深度均為0m，主河槽內(nèi)的橋墩處局部沖刷深度為1.104m，右邊灘（梅林隔堤側(cè)）內(nèi)的橋墩處局部沖刷深度為0.615m。由此可知，2021年及以后年份由新、老河道共同泄流時(shí)，僅橋墩存在局部沖刷，需采取防護(hù)措施以減小沖刷帶來(lái)的危害。

3.3 堤防穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算

3.3.1 堤防抗滑穩(wěn)定分析

按規(guī)范要求以及本工程總體布置，選取橋址處梅林隔堤堤防邊坡進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算分析為以下4種工況：①設(shè)計(jì)洪水位驟降期的臨水坡；②穩(wěn)定滲流期的背水坡；③橋梁施工期的臨水坡。④地震期的臨水坡及背水坡。

堤防抗滑穩(wěn)定采用瑞典圓弧滑動(dòng)法計(jì)算。不考慮樁基抗滑作用時(shí)的堤防穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 堤防抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

由計(jì)算結(jié)果知，梅林隔堤堤防在各工況下均滿足抗滑穩(wěn)定安全要求，若考慮橋梁樁基作用對(duì)堤防穩(wěn)定安全更有利。

3.3.2 堤防滲流穩(wěn)定分析

分別計(jì)算排洪設(shè)計(jì)水位14.88m、長(zhǎng)河100年一遇洪水位16.35m條件下建橋前、建橋后梅林堤身滲流穩(wěn)定情況；建橋后考慮橋樁與土體之間有孔隙，考慮橋臺(tái)側(cè)填土的防滲作用，梅林隔堤滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 梅林隔堤滲流穩(wěn)定計(jì)算成果表

梅林隔堤堤后表層為中、重粉質(zhì)壤土，地質(zhì)報(bào)告允許滲透比降建議值為0.35，計(jì)算結(jié)果顯示堤后出逸坡降滿足規(guī)范允許的滲透坡降要求。建橋后對(duì)原堤防滲流安全基本無(wú)影響。

3.3.3 堤基抗浮穩(wěn)定分析

根據(jù)地質(zhì)條件，對(duì)堤后覆蓋層的抗浮穩(wěn)定進(jìn)行復(fù)核，計(jì)算按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）相關(guān)規(guī)定，分別計(jì)算排洪設(shè)計(jì)水位14.88m、長(zhǎng)河100年一遇洪水位16.35m條件下堤基抗浮穩(wěn)定系數(shù)?？垢》€(wěn)定計(jì)算成果如表5所示。經(jīng)計(jì)算，堤基抗浮滿足穩(wěn)定要求。

表5 梅林隔堤堤基抗浮穩(wěn)定計(jì)算成果表

3.4 河勢(shì)影響分析

河床演變的基本原理是輸沙平衡的破壞，其影響因素主要有來(lái)水來(lái)沙變化、出口控制高程變化、河床周界條件變化等。本工程只是改變了河床周界條件，對(duì)來(lái)水來(lái)沙均未改變，在河中設(shè)置橋墩，束窄河道，必然使上游產(chǎn)生壅水，下游流速增大，產(chǎn)生沖刷，造成水沙平衡破壞，但由于河流的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，又會(huì)達(dá)到新的平衡狀態(tài)。壅水計(jì)算結(jié)果表明，橋梁的建設(shè)對(duì)河勢(shì)影響很小。

根據(jù)沖刷分析計(jì)算結(jié)果，2020年汛期由老河道泄流，若發(fā)生較大洪水才產(chǎn)生一般沖刷，沖刷以橋墩局部沖刷為主。由于沖刷作用，橋址處附近河床面易形成淘刷，且由于水流流態(tài)的改變，有效過(guò)水?dāng)嗝鏈p少，橋下流速及近岸流速增大，對(duì)橋址處的岸坡穩(wěn)定不利，建橋?qū)觿?shì)穩(wěn)定有一定的影響。2021年及以后年份由新、老河道共同泄流，流速降低，對(duì)橋址處的岸坡穩(wěn)定無(wú)影響，對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定無(wú)影響。

3.5 排澇影響分析

橋梁建成后，在2020年汛期僅由老河道泄流時(shí)，產(chǎn)生的壅水距離有限，壅水高度很小，上游溝口涵閘均在壅水影響范圍線以外，對(duì)排洪基本無(wú)影響。2021年及以后年份由新、老河道共同泄流，極大地增加了過(guò)水面積，阻水面積可忽略不計(jì)，引江濟(jì)淮輸水渠道建成后對(duì)長(zhǎng)河泄洪更有利，對(duì)梅林隔堤安全更有利。

4 防洪綜合評(píng)價(jià)

（1）本橋梁是引江濟(jì)淮工程的渠系交叉建筑物工程，是引江濟(jì)淮工程交通體系的恢復(fù)措施，對(duì)廣濟(jì)圩梅林隔堤影響很小，符合安慶市城市防洪規(guī)劃相關(guān)要求。因此本工程建設(shè)與現(xiàn)有水利規(guī)劃是相協(xié)調(diào)。

（2）橋墩造成的橋前壅水作用，將會(huì)對(duì)橋位河段河道過(guò)流能力、灘槽分流比、水流流速等造成一定的影響。待新開輸水渠道工程通水后，該段河道行洪斷面將明顯擴(kuò)大，壅水影響基本消除。

（3）由于一般沖刷和局部沖刷的作用，對(duì)橋址附近河床形成淘刷，而水流流態(tài)的改變，有效過(guò)水面積的減少，橋址處流速的增大，對(duì)橋址附近岸坡及堤身也將產(chǎn)生沖刷。因此，橋梁的建設(shè)對(duì)河勢(shì)的穩(wěn)定和堤防的安全有一定不利影響，對(duì)河槽岸坡和堤防穩(wěn)定不利。新開輸水渠道工程投入使用后，該段河道行洪斷面將明顯擴(kuò)大，橋梁建設(shè)對(duì)河岸和堤防的沖刷影響將大大降低。

（4）堤身是堤防工程穩(wěn)定和管理運(yùn)用的主要部位，在堤身布置橋墩，橋墩與堤防的連接處縮短了滲透路徑，增加了堤防發(fā)生滲漏、管涌的可能性。擬建橋梁右（南）岸橋臺(tái)占?jí)好妨指舻逃畟?cè)堤腳，通過(guò)增強(qiáng)堤身斷面防滲、岸坡防護(hù)等措施，能夠消除橋墩布置對(duì)堤防的不利影響。

（5）橋梁北岸接新建引江濟(jì)淮輸水渠道右岸堤防，南岸接梅林隔堤，屬于路系恢復(fù)工程，工程建成后，貫通了河道沿線交通道路，有利于汛期防汛通道暢通。工程建設(shè)期間未影響原有交通體系，對(duì)防汛搶險(xiǎn)沒(méi)有影響。

5 結(jié)語(yǔ)

跨河橋梁工程會(huì)改變?cè)泻拥浪餍螒B(tài)，對(duì)河道排澇和河勢(shì)穩(wěn)定造成影響。結(jié)合引江濟(jì)淮工程某橋梁的實(shí)際情況，從多方面對(duì)該工程防洪影響進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行防洪綜合影響分析，并提出了相應(yīng)的防治和補(bǔ)救措施，為其他相似工程的防洪評(píng)價(jià)提供了良好的借鑒