廣東某橋梁工程對河岸堤防的影響分析

李輝云

（廣東省源天工程有限公司珠海水電分公司，廣東 珠海 519000）

1 工程概況

廣東某特大橋位于汕頭市龍湖區，全長約1.40km。橋梁工程投運后，將極大完善地方交通建設，完善片區路網并解決對外交通通道的需求，帶動片區經濟發展。建成通車后，兩岸的行車時間將極大縮短，對地區經濟社會發展有積極促進作用。

本實例橋梁工程的建設施工與運行將占用所在河道，并影響河道正常過流。本文通過查閱和總結文獻[1-5]，了解橋梁工程對河道行洪、排澇、防汛等方面產生的不利影響，通過該橋梁工程在建設期、運行期對河岸堤防穩定的影響進行分析，以期為河岸長期安全運行提供參考。

2 對河岸堤防的影響分析

分析主要考慮該永久橋梁工程對河岸堤防滲流穩定的影響。堤防穩定計算采用簡化畢肖普法，此方法適用于計算各種均質、非均質斜坡的抗滑穩定性或建筑物地基穩定性。此次計算考慮滲流作用影響。研究區處于地震基本烈度Ⅶ度區，地震動峰值加速度為0.10 g，根據堤防等級及堤防高度，大橋建設期可不考慮地震對抗滑穩定的影響。

2.1 計算方法

2.1.1 穩定滲流期有效應力計算方法

對于穩定滲流期的有效應力法計算示意圖參見圖1，計算公式見式（1）。

圖1 穩定滲流期圓弧滑動條分法計算示意圖

式中：K—土坡抗滑穩定系數；

W—土條自重，kN；

V—垂直地震力，kN；

α—土條滑動面的法線與豎直線的夾角；

u—作用于土條底邊上的孔隙水壓力，kN；

b—土條寬度，m；

c’—土的有效凝聚力，kN/m2；

R—滑動圓弧的半徑，m；

Mc—土條中心至滑動圓心的垂直距離，m。

式（1）的孔隙水壓力和土條自重分別按式（2）、（3）計算。

式中：u—孔隙水壓力，kN；

rw—土體飽和容重，kN/m3；

H—條塊底部中點至浸潤線的距離，m；

Z—條塊底部中點至坡外水位的距離，m；

W—土條自重，kN；

W1—浸潤線以上的土塊濕重，kN；

W2—浸潤線和外水位之間的飽和容重，kN；

W3—外水位以下的浮容重，kN。

2.1.2 水位驟降期有效應力計算方法

水位下降有水位驟降和水位緩降兩種情況。水位驟降，一般指水位迅速降落，沒有顯著的水量從土中排出，土體仍處于飽和狀態，邊坡內浸潤線基本保持不變。水位緩降，自由面有顯著下降。通過查閱邊坡穩定性分析文獻[6-8]，相關研究表明水位下降時，邊坡的最不利情況為水位驟降引起的滑坡。其主要原因是，由于內部超孔隙水壓力增加，土體有效應力降低。對于水位驟降期的有效應力計算示意圖參見圖2。為安全考慮，假定浸潤線的位置沒有隨水位下降而改變。

圖2 水位驟降下邊坡穩定計算方法示意圖

（2）式的孔隙水壓力表示為：

式中：H—條塊底部中點至驟降前浸潤線的距離，m；

Z—條塊底部中點至驟降后坡外水位的距離，m。

對于（1）式中土條自重W 表示為：

式中：W1、W2和W3含義與式（3）相同；

W4—降水位前，浸潤線以上的土塊濕重，kN。

將式（4）、（5）、（6）代入式（1）可求得水位驟降下的抗滑穩定系數。

2.2 計算工況及水位組合

根據《堤防工程設計規范》GB 50286-2013[9]，本文選取多種不利的水力邊界條件（見表1）進行擬建工程堤防的抗滑穩定分析。

表1 堤防穩定性計算工況

2.3 典型計算剖面

根據橋梁工程布置圖，選取兩側岸堤典型、具有代表性剖面。選取的橋位堤防穩定復核計算剖面見圖3。

圖3 橋位堤防標準剖面圖

2.4 堤防穩定計算成果

根據勘測設計單位提供的勘察成果，獲取了堤防計算所需的物理力學參數，見表2。

表2 土層主要物理力學參數取值

該堤防所在河段的防洪標準為50年一遇洪水標準，依據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）的要求，土堤抗滑穩定安全系數取值標準如表3 所示?；诖耍鞴r下堤防邊坡穩定計算成果及其與規范標準的要求比較結果見表4。典型計算剖面見圖4。

表3 土堤抗滑穩定安全系數

表4 堤防邊坡穩定計算成果表

圖4 典型計算剖面圖（工況1）

從表4 計算結果可看出，在各工況下，擬建橋梁工程堤防抗滑穩定安全系數均滿足規范要求，但兩岸堤防迎水坡在個別工況下的安全系數偏低，安全裕度較小。為保障堤防安全，建議對堤腳處采取拋石擠淤措施進行防護處理。此外，橋位處堤防考慮適當的加固防護措施。

2.5 鋼板樁強度及穩定性分析

由于橋梁左幅橋5 號橋墩承臺位于一八圍背水坡后平臺，且承臺一角已侵入坡腳最大0.7 m，施工期采用鋼板樁圍堰，將整體挖進堤腳位置接近3 m，對堤防造成破壞，可能影響堤防的安全穩定。根據設計院分析成果，5 號墩承臺施工為陸地基坑，采用IIIW 鋼板樁，共設置一層支撐，封底厚0.5 m?；影踩燃墳槿墸ёo結構構件按承載能力極限狀態設計時，其結構重要性系數為1.0，作用基本組合的分項系數1.25。按安裝一層支撐后圍堰內開挖至基坑底為不利工況，計算得第一層支撐處反力為52.9 kN，最大彎矩145.3 kN·m，彎曲應力58.7 MPa，鋼板樁最大位移20.7 mm。5 號承臺圍堰一層圍檁采用HW400*400 型鋼，內支撐采用直徑529*8 鋼管，計算圍檁內支撐最大組合應力215 MPa，最大剪應力125 MPa，圍檁最大變形1.96 mm。從結果匯總可知，鋼板樁的強度及穩定性滿足規范要求。

綜合考慮，施工期和運行期擬建工程基坑開挖、圍堰施工不致造成堤防的穩定破壞，但工程施工擾動堤防結構，會對堤防滲流安全和邊坡穩定產生一定影響。建議先對鋼板樁上游側進行灌漿處理，經檢驗合格后方可進行下一步的打樁和開挖施工，施工過程中應嚴密觀測堤防滲流和變形。此外，橋墩施工完成后再對橋墩及承臺、樁基周圍采取注漿加固措施。

3 結論及建議

根據計算結果，擬建橋梁工程河段堤防穩定性在各工況條件下均符合規范穩定標準，工程基坑開挖、圍堰施工不致造成堤防的穩定破壞。在施工過程中，應加強堤防穩定監測，盡可能減少機械施工對堤圍的振動造成的破壞，如出現變形和破壞情況，需及時修復和加固堤防，以確保堤防穩定。