橋梁工程施工對堤防安全的影響評價

黃華倡

(福建省融匯水利設(shè)計有限公司，福建 泉州 362000)

我國地處亞洲東部，大部分地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，因此每年都會因暴雨、臺風(fēng)等不良氣候條件，使得洪水發(fā)生概率增加，對附近居民生產(chǎn)生活造成困擾。本文以泉州市某處橋梁為研究對象，通過對其地理位置、橋梁面積、結(jié)構(gòu)、阻水性能等建設(shè)因素做出分析，探討該橋梁在施工中的各項控制要點，并根據(jù)數(shù)據(jù)，對河道堤防工程的安全性做出有效評價。隨雨季到來，防洪安全的相關(guān)要求逐漸增高，橋梁工程應(yīng)不斷優(yōu)化建設(shè)施工技術(shù)，提高其防洪安全影響的綜合評價指標，在此基礎(chǔ)上，保持河道安全，維護居民利益。

1 橋梁概況

泉州市某橋梁項目，位處泉州市區(qū)的中心區(qū)域，該項橋梁工程作為為泉州市內(nèi)通往博物館的主要通道之一，在其建設(shè)中，要嚴格控制其建造、使用安全，保護居民安全，提高滿意指數(shù)。該橋梁跨越了北渠，舊橋采用制式為1～16 m矩形板架梁橋，橋面總寬度為8.5 m，其斷面型式為凈-5 m的行車道路和2個1.75 m的人行道[1]。該橋梁工程跨越了下方渠道，其渠道底部寬度為7.1 m，頂面寬度為11.8 m。該項目工程秉承了河道管理條例，將建設(shè)工程目標定位于方便行人、車輛通行，且保障河渠道路通暢，能滿足該條河道行洪指標。

2 場地地下水評價

擬建場地地下水類型主要為上層滯水、孔隙承壓水和基巖裂隙承壓水，雜填土①和中細砂③為透水層；淤泥②為相對隔水層；粉質(zhì)粘土④、殘積砂質(zhì)粘性土⑤和全風(fēng)化花崗巖⑥為弱透水層；砂土狀強風(fēng)化花崗巖⑦-1、碎塊狀強風(fēng)化花崗巖⑦-2和中風(fēng)化花崗巖⑧為弱～中等透水層。場地中地下水主要地下水類型主要為：

(1)賦存和運移于雜填土①孔隙和空隙中的上層滯水，并與鄰近地表水體呈互補關(guān)系，接受大氣降水及地下水側(cè)向逕流補給，并通過蒸發(fā)及地下側(cè)向逕流等方式排泄。雜填土①為透水層，且與地表水水體相通，該層地下水水量豐富，但季節(jié)變化明顯。

(2)賦存和運移于中細砂③層土體孔隙中的孔隙承壓水，主要接受地下水的側(cè)向逕流補給或越流補給，并通過側(cè)向逕流等方式排泄。屬中～強透水層，水量很豐富，該層地下水水量較大，為主要含水段。

(3)賦存和運移于砂土狀強風(fēng)化花崗巖⑦-1、碎塊狀強風(fēng)化花崗巖⑦-2和中風(fēng)化花崗巖⑧層中的基巖裂隙承壓水，該部滲透性主要受裂隙性質(zhì)及發(fā)育程度控制，從揭示情況看，大部分地段雖然裂隙很發(fā)育，但多屬壓性閉合裂隙，滲透性差、水量不大，另有少部分地段張性裂隙發(fā)育，水量豐富。主要接受地下水的側(cè)向逕流補給或越流補給，并通過側(cè)向逕流等方式排泄。

根據(jù)該區(qū)域的水文地質(zhì)資料及擬建場地的地質(zhì)情況，經(jīng)踏勘時了解場地周邊及臨近場地的地質(zhì)資料，不同季節(jié)和條件地下水位將有所升降，預(yù)計近3～5 a地下水水位變化幅度為1.0 m左右，近3～5 a的地下最高水位標高約為3.76 m，場地地下水歷史最高水位標高為4.06 m，河水抗沖刷線標高為-1.24 m。

3 橋梁工程對堤防安全的影響

3.1 堤防穩(wěn)定

該橋梁橫跨了北渠，左岸邊為漿砌制式擋墻，右岸為塊石護坡，其堤防安全工程項目需要針對擋墻、護坡結(jié)構(gòu)進行分析，確保在行洪期間的堤岸結(jié)構(gòu)保持絕對穩(wěn)定。該橋梁在建設(shè)期間未占用河道的行洪斷面，因此并不會對河道產(chǎn)生較大影響，也不會對北渠的河勢有所阻礙。由此可知，堤防工程的穩(wěn)定性保持，需要從對橋梁的堤身斷面做出影響性分析，如果占用斷面，則可能在建設(shè)中對滲流的穩(wěn)定保持有一定影響，造成順堤沖刷危害。另外，由于橋梁工程施工中，將緊鄰堤防河灘位置上建造橋墩結(jié)構(gòu)，則也有幾率產(chǎn)生滲流問題，如在此建設(shè)中，不慎破壞堤外透水層，則將形成滲漏區(qū)域，造成流土破壞現(xiàn)象發(fā)生。圖1為渠道截面圖。

圖1 該橋梁下方渠道截面圖

3.2 河道防洪

該橋梁在建設(shè)中，避免橋墩結(jié)構(gòu)過多壓縮河道，使得河道正常運行中的過水?dāng)嗝媸艿接绊懀a(chǎn)生橋梁建筑穩(wěn)定、堤防不夠安全等問題。另外良好建設(shè)中的橋梁工程，可在河道防洪中取得巨大應(yīng)用優(yōu)勢，避免同一河道內(nèi)的橋梁數(shù)量過多，或是相距較近，這將會在力學(xué)結(jié)構(gòu)中，影響到相鄰建筑構(gòu)筑物的力學(xué)承載力表達，相互作用下，橋梁建設(shè)反而更加不夠安全。當(dāng)采用數(shù)學(xué)模型對該橋梁進行計算時，務(wù)必要將河道及其周邊河道的行洪水位做以參考，比如橋梁工程在對河道壅水|產(chǎn)生作用時，該過程是疊加效應(yīng)，應(yīng)確保單一橋梁工程的作用可達到建設(shè)預(yù)期目的，因為全部橋梁涉水工程所能產(chǎn)生的綜合影響，遠比單一工程數(shù)據(jù)應(yīng)用效果大。另外需注意的是，河道防洪工程在對河道壅水產(chǎn)生影響時，其作用效果隨工程距離增大而減小，因此為了增強河道壅水效果，應(yīng)注意該條河道內(nèi)的橋梁間距密度。

4 河道堤防安全影響因素分析

4.1 河道行洪影響因素

河道行洪時，是對橋梁建設(shè)工程的一項最終考驗，橋梁能否承受得住來自于行洪時的壓力，并且保障該橋梁兩岸堤防安全，是其最大檢測目標。橋梁工程對河道行洪的性能體現(xiàn)，主要取決于橋墩的阻水比值、與水流所成夾角、具體型式等條件。

(1)對橋墩阻水比值的分析，河道堤防在平常中的安全隱患較低，但在行洪或是較大地質(zhì)變動時，則會有較高安全工程隱患發(fā)生，因此在特殊情況下，需將橋墩結(jié)構(gòu)對堤防安全的影響進行討論。橋墩、橋臺等結(jié)構(gòu)是橋梁工程中會直接與河道流水進行接觸的構(gòu)筑物，其面積過大將會影響斷面過流面積，由此使得水流經(jīng)過橋梁期間，將會加大通過阻力，而且阻力越大，形成的水位壅高現(xiàn)象便越明顯，所以為增加橋梁建設(shè)安全性保持時長，應(yīng)將橋墩阻水?dāng)?shù)值在設(shè)計施工中減少。

(2)需要對橋墩和水流的夾角做出分析，將流水動力減輕，維護堤防安全。由數(shù)據(jù)可知，當(dāng)夾角增大，橋墩阻水作用將會更大，與夾角為0時相比，當(dāng)夾角為30°時，其阻水?dāng)?shù)值相當(dāng)于將橋墩寬度增加了一倍，因此在橋梁工程的設(shè)計施工中減少夾角數(shù)值，將會對堤防安全產(chǎn)生一定安全保障。橋墩對水流的影響相對復(fù)雜，因為有眾多影響因素，而夾角存在時，將會對水流的分散作用更大，不利于堤防安全。

(3)橋墩的自身型式也將會對堤防安全造成影響，其體現(xiàn)因素是在對防洪水位時的應(yīng)用分析。使用物理模型，作橋墩型式不同對橋墩阻水?dāng)?shù)值的影響研究，在模型設(shè)置中，做出兩種橋墩型式，分別為圓頭和圓角，分析其水流沖擊下的阻水情況。當(dāng)流水途徑橋墩時，可在墩頭兩側(cè)形成流水繞流現(xiàn)象，并在橋墩兩側(cè)生成回流區(qū)域，當(dāng)該區(qū)域?qū)挾仍黾?，則阻水?dāng)?shù)值由此增加，因此可判斷，良好的橋墩型式使回流區(qū)域?qū)挾葴p小，則堤防安全程度越高。模型實驗結(jié)果是圓頭橋墩的回流區(qū)域更小，證明流線型橋墩的防洪影響較小，利于堤防安全。圖2為墩頭繞流現(xiàn)象的示意圖。

圖2 墩頭繞流現(xiàn)象示意

4.2 堤防安全影響因素

該橋梁工程的管樁施工過程，將產(chǎn)生擠土、振動等效應(yīng)，對堤防結(jié)構(gòu)穩(wěn)定產(chǎn)生影響，擠土效應(yīng)使得土的水平應(yīng)力增大，超空隙水壓力急劇變化，破壞堤防土體原有的結(jié)構(gòu)[2]。而管樁施工是動態(tài)過程，現(xiàn)將動態(tài)施工過程中的施工荷載簡化，用靜力代替施工荷載，均勻施加到各土層中，求得施工過程中堤防的穩(wěn)定系數(shù)。計算工況如下：

工況一：設(shè)計洪水5%左、右兩岸堤防抗滑穩(wěn)定安全復(fù)核。

工況二：設(shè)計洪水5%驟降至常水位左、右兩岸堤防抗滑穩(wěn)定安全復(fù)核。

堤防安全的影響因素包括：橋面荷載振動、橋梁結(jié)構(gòu)和堤防工程距離過近、破壞不透水層、橋墩阻水?dāng)?shù)值過大等。因此在橋梁工程施工過程中，應(yīng)保障施工技術(shù)的相應(yīng)控制技巧，確保影響因素被有效避免，增大堤防安全。

5 橋梁工程施工技術(shù)控制要點

5.1 防洪標準控制

橋梁建設(shè)中，應(yīng)參考該處的防洪標準，這是在橋梁工程開始前，必做的一項重點工作，只有根據(jù)堤防安全規(guī)劃下的標準進行該橋梁的設(shè)計，才是對堤防工作的最大負責(zé)。當(dāng)橋梁工程建設(shè)需要跨堤施工，則該位置下的河段防洪標準應(yīng)取得上級部門的有效批復(fù)文件，再進行相關(guān)制定，若沒有取得到及時的批復(fù)結(jié)果，則該位置下的防洪標準應(yīng)按照歷年防洪措施辦法中的數(shù)據(jù)，進行具體分析、具體確定，而且標準制定不宜過低，以免造成堤防安全事故。

5.2 橋位選擇控制

橋梁位置選擇應(yīng)遵循河道管理條例相關(guān)規(guī)定，該橋梁選擇是在泉州市內(nèi)博物館前，該處河道位置相對順直，且左右兩岸原有結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，因此選擇該處有理論基礎(chǔ)依據(jù)。另外北渠的河床性質(zhì)體現(xiàn)較好，地質(zhì)層穩(wěn)定，其河槽深度達到了該橋梁建設(shè)要求，能在河道行洪期間進行大流量的輸送。橋梁位置選擇還應(yīng)考慮河段影響，避免彎道、沙洲、匯合區(qū)域等位置，這是因為橋梁建設(shè)中，應(yīng)保持對河流流速的控制，流速過大位置將會對橋墩結(jié)構(gòu)造成巨大沖擊力，選擇不良河段，將使橋梁建成后的安全性能得不到保障，以此增加了堤防的不安全隱患。

5.3 橋墩布置控制

橋梁的橋跨布設(shè)應(yīng)順應(yīng)河勢，橋墩布設(shè)應(yīng)避開主槽，在主槽擺動劇烈的河段，應(yīng)根據(jù)主槽擺動范圍布設(shè)橋孔，盡可能使主槽在橋孔內(nèi)。當(dāng)橋墩需要布置在堤身背水坡時，必須滿足堤身抗滑和滲流穩(wěn)定的要求。邊墩離堤腳距離宜為邊墩寬度(直徑)的3～4倍，以減少橋墩沖刷坑對堤防穩(wěn)定的影響。橋梁墩臺順水流方向的軸線與洪水主流流向宜小于5°，以避免對河勢穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響[3]。

5.4 梁底標高控制

橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程，應(yīng)考慮到堤防規(guī)劃措施進行，為維護當(dāng)?shù)睾拥佬泻闀r的最大便利，應(yīng)提供較合理、科學(xué)橋梁梁底高度，充分滿足防汛搶險需要。在梁底標高的確定中，需要將防汛通道位置進行提前預(yù)留，應(yīng)滿足凈高度達到搶險時的車輛通行標準。另外需要考慮的是，當(dāng)橋梁建設(shè)中，不能足夠預(yù)留出車輛通行高度，可在堤防工程中的背水坡處，進行緊急防汛通道增設(shè)，或者采用上下堤通行的交通坡道形式，為橋梁運行減輕負擔(dān)。

6 結(jié)語

綜上，堤防安全工程的良好落實，有賴于橋梁施工中的技術(shù)應(yīng)用情況，因此在橋梁工程建設(shè)中，應(yīng)確保其對河道安全的有效控制，保障行洪安全。在橋梁工程技術(shù)的相關(guān)施工指標中，應(yīng)著重關(guān)注防洪標準、橋位選擇、橋墩布置、梁底標高等因素的管理控制，將橋梁建設(shè)工程立于民生角度上，持續(xù)開發(fā)當(dāng)?shù)氐谭拦こ贪踩膽?yīng)用措施，保護河道行洪絕對安全，提高居民滿意比例。