石馬河流域阻水橋梁防洪評價分析

王燕 李艷

摘 要：石馬河流域內(nèi)樟木頭鎮(zhèn)現(xiàn)有8座舊橋不能滿足防洪要求，需對現(xiàn)有橋梁進(jìn)行改擴(kuò)建。該研究以圣羅蘭橋?yàn)槔瑥淖杷畼蛄簩κR河流域的壅水、河勢影響、堤防穩(wěn)定和河道沖淤方面的影響進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并根據(jù)舊橋阻水嚴(yán)重的情況及工程建設(shè)對河道的影響，提出了合理的安全防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：防洪評價;阻水;河勢影響

中圖分類號 U442.3+3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）05-0159-03

Abstract： The existing 8 old bridges in Zhangmutou town of the Shima river basin can′t meet the flood control requirements， existing bridges need to be renovated and extended. This study takes the Saint Laurent Bridge as an example， based on the analysis of the influence of blocked bridges on the stability of embankments and river erosion and silting in Shima River Basin， reasonable safety protection measures are put forward according to the serious water blocking situation of old Bridges and the influence of engineering construction on river.

Key words： Flood control evaluation; Water blocking; River situation impact

在河道管理范圍內(nèi)開展工程建設(shè)活動，往往會導(dǎo)致河道水流形態(tài)變化，不利于河道維持沖淤平衡，甚至有的工程會影響河道水質(zhì)和河勢穩(wěn)定，對水利工程管理和防汛搶險有著較大影響[1]。根據(jù)《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理的有關(guān)規(guī)定》的相關(guān)要求，對于在河道管理范圍內(nèi)新建、擴(kuò)建、改建的工程，編制防洪影響評價報告是取得主管部門行政許可的一項(xiàng)關(guān)鍵工作[2，3]。跨河橋梁的建設(shè)因在河道管理范圍內(nèi)設(shè)置墩臺，將對河道防洪安全產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)為：形成新的滲流通道，影響堤身滲流穩(wěn)定;占用河道過流面積，影響行洪和防洪;可能占用防汛通道，影響搶險和日常維護(hù);橋梁施工，對行洪和河道水質(zhì)可能產(chǎn)生影響等[4]。因此，對橋梁工程進(jìn)行防洪影響評價，不僅是保障工程安全的樣重大任務(wù)，也是水行政主管部門審查的重點(diǎn)[5]。

目前，我國對于橋梁工程的防洪評價的探討范圍包括洪水演算、洪水災(zāi)害、壅水計(jì)算和河道管理等[6]。本研究以圣羅蘭橋?yàn)槔瑥淖杷畼蛄簩κR河流域的壅水、河勢影響、堤防穩(wěn)定和河道沖淤方面的影響進(jìn)行了系統(tǒng)分析，為相似類型項(xiàng)目的研究提供參照。針對防洪影響評價結(jié)論，分析工程建設(shè)可能出現(xiàn)的隱患，提出合理的安全防護(hù)措施，為工程的建設(shè)提供技術(shù)支撐。

1 項(xiàng)目基本情況

石馬河位于廣東省南部，自深圳市流經(jīng)東莞市，匯入東江。目前，流域綜合整治工程正在逐步實(shí)施，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。根據(jù)設(shè)計(jì)水面線成果，現(xiàn)狀樟木頭鎮(zhèn)部分沿線橋梁共10座，其中8座不滿足河道防洪要求，成為河道范圍內(nèi)嚴(yán)重阻礙行洪的建筑物。

圣羅蘭橋?yàn)槭R河8座阻水橋梁中的1座，本研究以該處橋梁為例，對石馬河流域阻水橋梁防洪影響評價的主要技術(shù)內(nèi)容，分析關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。該橋梁行政區(qū)劃屬樟木頭鎮(zhèn)圩鎮(zhèn)社區(qū)，河道樁號SMH17+500處，是東城路和西城路的分界點(diǎn)，屬改擴(kuò)建項(xiàng)目。圣羅蘭橋改擴(kuò)建后跨徑175m（7m×25m），與河道正交布置，橋?qū)?8.5m，上部結(jié)構(gòu)采用后張法預(yù)應(yīng)力小箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、樁基礎(chǔ)，橋臺采用U型臺接樁基礎(chǔ)。

2 防洪影響評價

2.1 壅水 研究表明，橋梁阻水主要是由于河道內(nèi)橋墩、橋梁跨徑等的作用引起的[7]。由于大范圍一維網(wǎng)河水流數(shù)學(xué)模型建立在較為成熟的數(shù)值計(jì)算方法、較完整的地形測量和水文測驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，且在防洪影響評價中得到了較為廣泛的應(yīng)用，本研究采用一維網(wǎng)河數(shù)學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行工程壅水的影響分析。控制方程如下：

研究的邊界條件為：計(jì)算范圍內(nèi)從河道擬建工程處往上推算，河道總長約1.2km，概化為8個斷面。將橋梁工程概化為閘與堰的水工組合建筑物，水位低的時候，水流過閘或過涵，當(dāng)水位較高時，變?yōu)殚l孔出流或者涵的有壓流，同時出現(xiàn)堰流。糙率取0.026～0.028。結(jié)果表明，上游水位下降最大約0.03m，隨著斷面與擬建工程距離的增加，水位變化值逐漸減小（見圖2）。

2.2 河勢影響 本研究采用二維平面模型模擬石馬河流場的變化情況，其基本方程由水流連續(xù)性方程和運(yùn)動方程組成：

在工程上、下游共布置41個采樣點(diǎn)，模型計(jì)算時，采用封堵網(wǎng)格法對擬改擴(kuò)建橋梁工程的橋墩進(jìn)行概化，橋墩網(wǎng)格采用0.3×0.3m正方形網(wǎng)格，糙率取0.026～0.028。通過分析和比較擬建工程興建前、后采樣點(diǎn)處流向、流速變化，判斷工程建設(shè)對河勢的影響。

2.2.1 流向變化 工程所在石馬河在橋址附近洪水期間主流方向約42°。擬改擴(kuò)建圣羅蘭橋橋墩軸線與河道主流一致，工程實(shí)施后，因橋墩的阻水束流作用，改變了橋墩附近的水流流態(tài)，流態(tài)改變顯著的區(qū)域集中在橋墩周圍。通過采樣點(diǎn)流向變化分析，改擴(kuò)建工程建成后，河道中除新建橋墩周圍及拆除現(xiàn)狀圣羅蘭橋橋墩周圍外，河道的整體水流流態(tài)變化較小。其中，位于橋墩周圍的6#采樣點(diǎn)流向變化最大，流向變化為4.02°，所有采樣點(diǎn)流向變化均在均5°之內(nèi)。現(xiàn)狀圣羅蘭橋和管線橋拆除后，河道水流將順暢。

2.2.2 流速變化 工程建設(shè)后，橋墩的阻水束流作用，會引起工程附近流速大小的改變，流速變化較大的區(qū)域局限在橋軸線上下游附近。設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)50年一遇時，工程后橋軸線位置流速變化較大，位于橋墩周圍的11#采樣點(diǎn)流速減小值最大，流速變化為-1.09m/s，7#采樣點(diǎn)流速增加值最大，流速變化為1.33m/s ，隨著采樣點(diǎn)與橋梁的距離增加，流速變幅逐漸減小。受橋墩的阻水作用，橋墩軸線上下游各采樣點(diǎn)流速均有所減小，位于河道主槽的橋墩上下游流速減小的范圍在上下游30m內(nèi)，其流速變化均小于0.5m/s，隨著采樣點(diǎn)與橋梁的距離增加，流速變幅逐漸減小（見圖3）。

模擬分析結(jié)果表明，受拆除橋梁及建設(shè)新橋的影響，工程建設(shè)前后流速變幅相對較大，但由于新建橋墩順?biāo)鞣较颍こ探ǔ珊笥欣诤拥赖牧鲬B(tài)。因此，工程建成后對石馬河的河勢無明顯的不利影響。

2.3 堤防穩(wěn)定性 本研究結(jié)合工程實(shí)際，選取樁號14+800右岸、16+200右堤2個典型斷面，分別計(jì)1#斷面，2#斷面。采用瑞典圓弧滑動法，正常運(yùn)用條件設(shè)計(jì)洪水位驟降期的臨水側(cè)堤坡和非常運(yùn)用條件Ⅰ施工期的臨水側(cè)堤坡情況下，分別計(jì)工況1、工況2，對2種工況下典型斷面的抗滑安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。設(shè)計(jì)參數(shù)地面超載取Q=18kN/m2，2級堤防土堤正常運(yùn)用條件抗滑安全系數(shù)1.25，非常運(yùn)用條件抗滑安全系數(shù)1.15。1#斷面工況1、工況2的加抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.455、1.166，2#斷面工況1、工況2的加抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.275、1.160，堤防整體穩(wěn)定滿足規(guī)范的要求。

2.4 河道沖淤 河床形態(tài)處在不斷的沖淤變化過程中，河道橋梁的建設(shè)，破壞了河道原有的動力平衡，由于橋墩對過水?dāng)嗝娴氖跇蛳庐a(chǎn)生沖刷，其沖刷深度為河床演變、一般沖刷和局部沖刷深度的綜合[8]。采用《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目技術(shù)規(guī)程》（DB44/T1661-2015）和《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGC30—2015），分別對橋梁的一般沖刷和橋墩局部沖刷進(jìn)行計(jì)算。工程P=2%設(shè)計(jì)洪水流量為2801m3/s，擬改擴(kuò)建工程處河寬約168m，通過計(jì)算，圣羅蘭橋一般沖刷深度為0.36m，橋墩附近局部沖刷坑深度為0.58m，沖止流速1.61m/s。擬改擴(kuò)建工程橋墩直接連接樁基礎(chǔ)，未設(shè)置承臺，且河道的沖、淤在洪、枯期間交替發(fā)生，河道的沖刷不會對行洪產(chǎn)生明顯不利影響。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論 圣羅蘭橋橋墩軸線與石馬河流向一致，阻水嚴(yán)重。根據(jù)圣羅蘭橋改擴(kuò)建方案，工程建成后河道行洪斷面阻水比為5.11%，50年一遇設(shè)計(jì)水位為15.44m，跨河橋梁梁底最低處高程16.346m，能夠滿足防洪水位要求。工程有6組橋墩落在行洪河道斷面中，有一定的阻水束流作用，但橋墩軸線布置基本與岸線平行，且橋墩形狀為圓形，工程的建設(shè)對水流流態(tài)的影響較小，也不會改變原有的河道岸線布局。石馬河為山區(qū)河道，50年一遇洪水時，設(shè)計(jì)河道條件下，工程建設(shè)引起水位略下降，能夠滿足規(guī)范的壅水控制要求。

3.2 建議 橋梁下部結(jié)構(gòu)施工安排在非汛期進(jìn)行，并做好交通疏導(dǎo)和汛期施工防洪應(yīng)急預(yù)案。施工過程中，協(xié)調(diào)工程建設(shè)與周邊管線之間的關(guān)系，妥善處理建筑垃圾。施工結(jié)束后，及時清理施工平臺等阻礙行洪的障礙物，并清淤至設(shè)計(jì)河底高程。

參考文獻(xiàn)

[1]董勝男.跨河橋梁對河道防洪影響評價問題的研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2010：3-8.

[2]王鵬全，吳元梅.跨河橋梁工程防洪評價關(guān)鍵技術(shù)框架與應(yīng)用[J].中國農(nóng)村水利水電.2020（10）：41-53.

[3]羅少彤.河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目防洪評價報告的編制[J].廣東水利水電，2007（6）：36-37.

[4]李倫，張庭榮，鄭國棟，黃東，岑棟浩.跨河橋梁工程防洪影響評價技術(shù)審查要點(diǎn)淺析[J].廣東水利水電，2015（7）：36-37，47.

[5]王旭，張鳳華，馬松根.橋梁工程防洪影響評價需要注意的幾個問題[J].河南水利與南水北調(diào)，2012（15）：39-41.

[6]何彬.庫區(qū)河道橋梁防洪評價研究——以蘭州至永靖快速通道為例[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2013：2-4.

[7]丁偉，唐洪武，戴文鴻，等.涉河橋梁阻水影響因素研究[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報，2011（4）：52-56.

[8]胡敏.淺談跨河橋梁工程防洪影響評價[J].安徽建筑，2013（5）：355-356.

（責(zé)編：張宏民）