引江濟淮工程某橋梁防洪影響分析

韓 露

（安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司 合肥 230088）

1 引言

引江濟淮工程從長江下游引水向淮河中游地區補水，是一項以城鄉供水和發展江淮航運為主、結合灌溉補水和改善巢湖及淮河水生態環境的綜合性戰略水資源配置工程。橋梁建設會改變河道的行洪斷面，對河道防洪和河勢穩定產生影響。根據《中華人民共和國防洪法》規定，建設跨河、穿河、臨河的工程設施，應當符合防洪標準、岸線規劃及其他技術要求，不得危害堤防安全、影響河勢穩定、妨礙行洪通暢。因此，對橋梁工程進行防洪影響分析顯得十分必要。本文結合引江濟淮工程某橋的實際情況，進行了防洪影響計算分析，并根據計算結果進行防洪影響綜合評價，針對不良影響提出了相應的補救措施。

2 工程概況

引江濟淮輸水渠道工程利用、開挖現有長河河道，改變了河道兩岸現有的交通體系，為恢復兩岸交通，需在引江濟巢段樁號6+150處建設一座管護道路橋梁。該段河道按Ⅲ級航道斷面設計，設計輸水流量150m3/s，設計渠底高程4.1m，設計底寬60m，坡比1∶4。引江濟淮工程擬對該段長河裁彎取直，現狀老長河約2.5km河道仍保留但不再承擔防洪、排澇、輸水任務。本橋梁位于該段老長河上，此處長河河道底寬50m，底高程3.1m，坡1∶2.5～1∶3。參考樅陽樞紐節制閘設計條件，設計排洪水位為14.48m，設計排洪流量1150m3/s，校核排洪水位14.88m，校核最大排洪流量1288m3/s。本橋梁下部結構在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閘控制，在8.1～10.0m之間。

3 防洪分析計算

3.1 壅水分析計算

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

根據《公路橋位勘測設計規范》 （JTJ062-91）、《鐵路工程水文勘測設計規范》（GB10017—99）和《公路工程水文勘測設計規范》（JTGC30—2002）可知，壅水計算公式如下所示。

式中：ΔZ為最大壅水高度，m；η1為系數，與水流進入橋孔的阻力有關，根據河流類型及河灘地過水能力查表確定為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為與橋墩形狀有關的Henderson系數，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，m；I為橋址河段天然水面比降。

根據以上公式，可計算出橋前壅水高度。計算成果如表1所示。

表1 橋前壅水高度計算成果表

從計算結果看，兩種工況計算結果有所差別。2020年汛期老河道泄流橋前洪水最大壅高2cm，壅水曲線長95.5m，橋址處河道斷面屬寬淺型斷面，因此該橋建設期，在設計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，壅水長度27.5m，壅水影響極小。

3.2 沖刷分析計算

一般沖刷和局部沖刷的沖刷深度與過流條件、河道斷面、河床土壤特性、阻水建筑物幾何形狀等因素有關。根據《鐵路工程水文勘測設計規范》（TB10017-99）、《公路工程水文勘測設計規范》（JTGC30-2015）的規定，橋址處分別計算各工況下（計算工況同3.2節）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值。計算成果詳見表2。

由表2沖刷深度計算分析可知，在2020年汛期由老河道泄流時，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）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校核流量時，主河槽內的橋墩處沖刷深度稍大，需采取可靠的防護措施以減小沖刷帶來的危害。

表2 橋址沖刷計算成果表

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

3.3 堤防穩定復核計算

3.3.1 堤防抗滑穩定分析

按規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行抗滑穩定計算，計算分析為以下4種工況：①設計洪水位驟降期的臨水坡；②穩定滲流期的背水坡；③橋梁施工期的臨水坡。④地震期的臨水坡及背水坡。

堤防抗滑穩定采用瑞典圓弧滑動法計算。不考慮樁基抗滑作用時的堤防穩定計算結果見表3。

表3 堤防抗滑穩定計算成果表

由計算結果知，梅林隔堤堤防在各工況下均滿足抗滑穩定安全要求，若考慮橋梁樁基作用對堤防穩定安全更有利。

3.3.2 堤防滲流穩定分析

分別計算排洪設計水位14.88m、長河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定情況；建橋后考慮橋樁與土體之間有孔隙，考慮橋臺側填土的防滲作用，梅林隔堤滲流穩定計算結果見表4。

表4 梅林隔堤滲流穩定計算成果表

梅林隔堤堤后表層為中、重粉質壤土，地質報告允許滲透比降建議值為0.35，計算結果顯示堤后出逸坡降滿足規范允許的滲透坡降要求。建橋后對原堤防滲流安全基本無影響。

3.3.3 堤基抗浮穩定分析

根據地質條件，對堤后覆蓋層的抗浮穩定進行復核，計算按照《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）相關規定，分別計算排洪設計水位14.88m、長河100年一遇洪水位16.35m條件下堤基抗浮穩定系數?？垢》€定計算成果如表5所示。經計算，堤基抗浮滿足穩定要求。

表5 梅林隔堤堤基抗浮穩定計算成果表

3.4 河勢影響分析

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水來沙變化、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，對來水來沙均未改變，在河中設置橋墩，束窄河道，必然使上游產生壅水，下游流速增大，產生沖刷，造成水沙平衡破壞，但由于河流的自動調節作用，又會達到新的平衡狀態。壅水計算結果表明，橋梁的建設對河勢影響很小。

根據沖刷分析計算結果，2020年汛期由老河道泄流，若發生較大洪水才產生一般沖刷，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，且由于水流流態的改變，有效過水斷面減少，橋下流速及近岸流速增大，對橋址處的岸坡穩定不利，建橋對河勢穩定有一定的影響。2021年及以后年份由新、老河道共同泄流，流速降低，對橋址處的岸坡穩定無影響，對河勢穩定無影響。

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，產生的壅水距離有限，壅水高度很小，上游溝口涵閘均在壅水影響范圍線以外，對排洪基本無影響。2021年及以后年份由新、老河道共同泄流，極大地增加了過水面積，阻水面積可忽略不計，引江濟淮輸水渠道建成后對長河泄洪更有利，對梅林隔堤安全更有利。

4 防洪綜合評價

（1）本橋梁是引江濟淮工程的渠系交叉建筑物工程，是引江濟淮工程交通體系的恢復措施，對廣濟圩梅林隔堤影響很小，符合安慶市城市防洪規劃相關要求。因此本工程建設與現有水利規劃是相協調。

（2）橋墩造成的橋前壅水作用，將會對橋位河段河道過流能力、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，對橋址附近河床形成淘刷，而水流流態的改變，有效過水面積的減少，橋址處流速的增大，對橋址附近岸坡及堤身也將產生沖刷。因此，橋梁的建設對河勢的穩定和堤防的安全有一定不利影響，對河槽岸坡和堤防穩定不利。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大，橋梁建設對河岸和堤防的沖刷影響將大大降低。

（4）堤身是堤防工程穩定和管理運用的主要部位，在堤身布置橋墩，橋墩與堤防的連接處縮短了滲透路徑，增加了堤防發生滲漏、管涌的可能性。擬建橋梁右（南）岸橋臺占壓梅林隔堤迎水側堤腳，通過增強堤身斷面防滲、岸坡防護等措施，能夠消除橋墩布置對堤防的不利影響。

（5）橋梁北岸接新建引江濟淮輸水渠道右岸堤防，南岸接梅林隔堤，屬于路系恢復工程，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。工程建設期間未影響原有交通體系，對防汛搶險沒有影響。

5 結語

跨河橋梁工程會改變原有河道水流形態，對河道排澇和河勢穩定造成影響。結合引江濟淮工程某橋梁的實際情況，從多方面對該工程防洪影響進行分析計算，根據計算結果進行防洪綜合影響分析，并提出了相應的防治和補救措施，為其他相似工程的防洪評價提供了良好的借鑒