齊河黃河公路大橋建設防洪影響及補救措施分析

沙元杰，陳 彬

（山東黃河河務局供水局，250011，濟南）

齊河黃河公路大橋是截至目前黃河上跨度最大的雙塔斜拉橋，大橋全長3 767.9 m。橋位處于黃河下游濟南段，該段河道狹窄彎曲，主槽變化多。大橋建成后，河道內橋墩的修建縮窄了過流面積，改變了河勢，導致上游產生壅水，降低了設防標準，下游水流加快，沖刷加大，加劇了根石走失，極易造成壩身失穩甚至整體垮壩的險情，一旦此段河道失事，將嚴重危及省會濟南的安全。因此，對大橋建設開展防洪影響評價并進行涉河工程防滲、加固處理十分必要。

一、大橋跨越處黃河防洪工程現狀

齊河黃河公路大橋位于山東省濟南市北店子至濼口鐵路橋20 km內的黃河窄河段上首，在河道內布置1跨、2個橋墩，主槽內無橋墩，橋跨形式為180 m+410 m+180 m，主跨跨度為410 m，河道內2個橋墩墩型相同，為長方形墩，迎水方向寬18.2 m，順水方向寬29.2 m，承臺間距為5 m。

表1 橋位跨越河段險工、控導工程統計表

大橋跨越處河段河道長23.1 km，該河段黃河大堤堤距0.6～1.3 km，河槽寬0.3～0.8 km，比降約為萬分之一，河道內灘地橫比降為1/600左右。兩岸險工毗連，遙相對峙，為河防工程控制嚴密的彎曲性河道。其中橋位處左岸為王莊險工，其上接南坦險工；右岸為北店子險工，下游1 km處為曹家圈險工（見表1）。王莊險工與曹家圈險工最窄處只有465 m。

表2 滲流穩定計算成果表

二、大橋建設對黃河防洪影響

齊河黃河公路大橋位于山東黃河大龐險工—李家岸險工河段內，該段河道為1855年（清咸豐五年）黃河在河南省蘭考縣銅瓦廂決口，奪大清河改道后形成的。經過多年的治理，該河段現已成為人工控制的彎曲性河段，兩岸由險工、控導工程控制河勢，河灣難以自由發展，中水河槽相對穩定。

1.大橋建設對河勢影響

大橋建設對河勢的影響主要體現在橋梁走向、跨徑、橋墩形狀等。橋墩軸線方向與中小水主溜線基本平行，與大水主溜線斜交角度6度，河槽擺動范圍內有2個橋墩，在設防11 000 m3/s流量條件下，斷面面積少了181.37 m2，相應流速增大 0.24 m/s。橋梁建成后，橋墩的挑溜作用使附近河段的河勢發生變化，主流溜勢左移，次壩靠溜變為主壩，正沖王莊險工#17壩頭；受#17壩頭影響，主溜線折向右岸，河勢下挫，曹家圈險工#9～#21壩附近靠溜，大水時會造成曹家圈險工上首各個壩頭吃溜過重，受沖部位的根石蟄動或走失，造成根石邊坡變陡，使著溜險工穩定性降低，達不到穩定河勢、控導主溜的目的，給防洪安全帶來隱患。

2.大橋建設對防洪工程的影響

橋梁建成后，位于河道內的橋墩占據了部分行洪斷面，縮窄了河道過水面積，將造成大橋上游一定范圍內的水位壅高，壅水高度將影響兩岸防洪工程的安全。為此，在橋位斷面處按11 000 m3/s流量對因大橋建設造成的最大壅水高度和壅水長度參照 《公路工程水文勘測設計規范》（JTG C30—2002）推薦的公式進行分析計算。

通過計算分析，大橋建設在設防流量條件下，壅水高度為0.27 m，壅水范圍5 400 m，工程橋位上游水位壅高，漫灘水量增加，降低設防標準；工程橋位下游流速有所增加，對堤防工程的局部沖刷增大，出險概率增加。

橋墩施工產生的震動、擾動會對大堤造成一定的破壞，模擬橋墩周圍1m的松動土層采用沙壤土代替原土層，滲透系數取1.0E-03，進行滲流穩定分析計算，確定橋墩施工對堤身的滲透破壞程度。計算采用北京理正軟件設計研究所編制的《滲流分析軟件版》（有限單元法），典型斷面滲流參數取用地質勘查報告中的建議值，根據《堤防工程設計規范》允許滲透坡降安全系數取2.5，計算結果詳見表2。

通過計算分析，大橋建設后相應出逸點高度、出逸比降、滲流量相應均有所增加，驗證了大堤臨河堤腳、背河淤區橋墩的施工，能夠破壞黃河堤防地質結構、縮短滲徑，降低了黃河堤防抗洪強度，同時，承載樁埋置深度較大，破壞地基的相對不透水層，大水時易導致滲水管涌等險情，對大堤造成安全隱患。

表3 橋位處沖刷計算結果表

3.大橋建設對河道整治工程的影響

主槽沖刷深度的大小，取決于來水來沙條件、斷面形態及附近河段河勢變化情況，根據河道斷面統測資料、河道工程處的根石探摸資料和歷史大洪水資料對主槽和灘地進行計算分析確定。建橋后的總沖刷=自然演變沖刷+一般沖刷+局部沖刷。一般沖刷和局部沖刷的計算采用 《公路工程水文勘測設計規范》（JTGC30—2002）提供的相關公式計算，計算結果詳見表3。

根據沖刷計算，因水流受橋墩的擠壓壅堵作用，河槽單寬流量增加，局部水面比降加大，設防流量11 000 m3/s時局部流速由2.38 m/s增加到2.62 m/s，導致河床產生一定的沖刷。由于橋墩附近加大了的水面比降和流速，要經過一段距離的重新調整才能逐步恢復過渡到下游河流的自然形態。同時橋墩縮窄河槽，同流量流速加大，導致橋下游的王莊險工、北店子險工和曹家圈險工壩頭沖刷加大，根石走失加重。

4.大橋建設對防汛搶險的影響

大橋建設期間，橋基礎為水下工程，由于橋位附近河道窄、施工圍堰等工程會縮窄行洪、過凌寬度和面積，對河道大洪水行洪、防凌帶來一定影響，河道兩岸河邊堆積的一些施工物料、施工棄渣等也會影響洪水、冰凌順利下泄。此外施工期間，過往的大型車輛會對堤頂道路造成一定程度的破壞，影響防汛搶險車輛的通行。

三、補救措施分析

綜合以上河勢變化和計算成果分析，需對大堤進行防滲加固處理，確保大堤防洪安全。主要工程內容包括：堤防加高工程、錐探灌漿工程、黏土環工程、險工加固工程。

1.黃河堤防加高加固

（1）黃河大堤加高

按照壅水高度和壅水長度的計算分析結果，在大橋建設位置處上沿5.4 km的范圍對大堤進行加高幫寬。加高高度為30 cm，保持原堤頂寬度不變，背河需幫寬180 cm，確定工程實施土方量。但考慮堤頂已修建堤防道路，加高、幫寬土方暫放至左岸大堤淤背區，備編織土工布袋，如遇流量8 000 m3/s以上洪峰，根據工情、汛情適時在堤頂填土堆疊防洪。

（2）黃河大堤防滲加固

目前，針對大橋施工產生的擾動、滲漏問題，主要以截滲墻方式、錐探灌漿方式、設置黏土環方式進行處理。

①截滲墻方案。采用截滲墻方式加固具有消除堤身、堤基滲水等優點，尤其是可解決堤基強透水層漏水問題。在堤身和堤基設置截滲墻到相對不透水層，截斷滲流途徑，達到降低滲透流速、滲透坡降和出逸比降的目的，從而防止堤防發生管涌、流土滑坡等滲透破壞。該方案造價較高，且需要專業隊伍施工。但由于工程量較小，調用專業隊伍困難。

②錐探灌漿方案。錐探灌漿是在大堤上填充部分堤身空洞、縫隙等，可有效解決由基層土受到擾動引起的堤身裂縫。在黃河堤防加固中采用此方案較多，但只能解決堤身裂縫、孔洞問題，對于解決堤身土質不均、堤基滲漏等問題效果相對較差。

③黏土環防滲設計方案。黏土環方案是在淤背區內的橋墩樁基四周采用黏土進行防滲處理，能夠有效解決因施工引起橋墩樁基四周土質松動造成的漏水問題，但該方案不能有效防止地基強透水層滲漏和因施工造成的空洞、裂隙等問題。

通過滲流穩定計算分析，現狀堤身及工程實施后出逸比降均滿足要求，大橋建成后堤身存在的主要問題是施工過程中震動、擾動對堤身的破壞，造成堤身出現空洞、縫隙及橋墩樁基四周滲漏現象。綜合分析三種方案的特點，并根據工程實際情況選取錐探灌漿方案、黏土環防滲設計方案相結合的方式進行防滲加固處理。

黃河大堤灌漿孔按梅花形布置在兩側堤肩，各布置兩排，縱向孔距為2.0 m，橫向孔距為2.0 m。灌漿孔造孔深度為臨、背河堤腳連線以下0.5 m。兩岸臨黃堤淤背區內的橋墩樁基四周采用黏土環防滲處理，寬2 m，高2.5 m。根據工程橋墩的布設情況，左岸淤區為4處、右岸淤區為3處。

2.河道整治工程加固

綜合考慮沖刷計算結果、橋墩對河勢的影響及下游段黃河復雜性及不確定性，對橋位下游王莊險工頂沖壩頭進行加高加固；王莊險工、北店子險工、曹家圈險工部分壩頭、壩岸進行根石加固。

圖1 險工加固標準斷面圖

王莊險工北店子頂沖壩頭加固采用沿黃大堤險工標準斷面（圖1）實施。坦石頂高程為現狀高程+壅水高度，頂寬采用水平寬度1.0 m。外邊坡放緩至1∶1.5，內坡按 1∶1.3。 壩體頂寬采用 10 m，非裹護部分邊坡采用 1∶2.0，裹護部分邊坡1∶1.5。壩體和坦石之間設水平寬1 m的黏土胎，根石臺頂寬考慮壩體穩定及搶險需要定為2.0 m，根石坡度根據穩定分析成果結合目前實際情況定為 1∶1.5。

根據根石探測資料分析，王莊險工、北店子險工、曹家圈險工部分壩頭、壩岸外邊坡在 1∶1.2～1:8 之間，根據“有一補一”的原則，綜合大橋對河勢的影響，確定根石加固外邊坡坡比為1∶1.5。根石臺高度為6 m，寬度為2 m。

3.搶險道路修補

大橋施工期間，原則上不允許施工車輛通過，考慮大橋建設的必要性及工程實施的特殊性，允許施工車輛通過必要的堤頂道路，但要求建設單位根據工程實際情況，對因機械車輛通行而破壞的兩岸大堤路面進行恢復。恢復標準為清理原路面，鋪設黏層，路面面層為瀝青混凝土路面，厚5 cm。

四、結 語

齊河黃河公路大橋建設推動了地方經濟發展，也給河道行洪帶來一定安全隱患。通過對大橋跨越進行防洪影響評價分析，開展工程補救措施是非常必要的。該截滲加固項目設計質量及技術標準滿足《黃河涉河建設項目防洪補償工程建設管理規定（試行）》要求，于 2016年5月開始施工建設，2017年9月竣工并通過驗收。工程實施后，該段黃河大堤結構安全可靠，外表整潔美觀，有效解決了建橋引起的水位壅高、沖刷加大等問題，為黃河防洪安全及大橋的順利建設提供了有力保障。