費(fèi)開軒

（廣東水科院勘測設(shè)計(jì)院,廣東 廣州 510610）

1 蓮陽河大橋工程

中山東路（新津河-蓮鳳路）道路橋梁及配套工程位于汕頭市東部,東海岸新城以北,路線經(jīng)過汕頭市龍湖區(qū)新溪鎮(zhèn)、澄海區(qū)壩頭鎮(zhèn)和蓮下鎮(zhèn),起點(diǎn)為新津河橋東岸,終點(diǎn)為蓮鳳路項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模包括6 條市政道路,分兩個(gè)區(qū)段,第一區(qū)段為中陽大道（龍湖區(qū)段）、韓津路、南嶺路、東興路；第二區(qū)段為中陽大道（澄海區(qū)段）、紫峰路、翠峰路。兩區(qū)段道路全長17.83 km,總投資約64 億元,項(xiàng)目建設(shè)期限20 年,其中建設(shè)期3 年,運(yùn)營期17 年。該項(xiàng)目的建設(shè)旨在完善汕頭市快速干網(wǎng)建設(shè),完善片區(qū)路網(wǎng)并解決對(duì)外交通通道的需求,滿足日益增長的交通量需求,帶動(dòng)片區(qū)乃至整個(gè)汕頭經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。此外該項(xiàng)目是2021 年汕頭亞青會(huì)配套項(xiàng)目的重要組成部分。汕頭亞青會(huì)預(yù)計(jì)在2021 年11 月召開,項(xiàng)目建設(shè)工期緊,任務(wù)重,對(duì)參建各方都是一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)。

中山東路沿線包含6 座橋。其中擬建蓮陽河大橋跨韓江下游出?？凇応柡?全長約1350 m。該工程（尤其是橋梁下部結(jié)構(gòu)工程）的建設(shè)施工與運(yùn)行將占用所在河道的部分行洪、納潮過流面積,從而影響蓮陽河河道的水流條件,對(duì)河道行洪態(tài)勢造成一定程度的影響。參考有關(guān)文獻(xiàn)[1-6],擬建工程建設(shè)項(xiàng)目可能對(duì)河道行洪、納潮、排澇、灌溉、河勢穩(wěn)定、水利工程安全、防汛搶險(xiǎn)等方面帶來不利影響,因此,本文從橋梁工程對(duì)河岸水動(dòng)力條件的影響及堤防滲流穩(wěn)定作了較深入分析研究,進(jìn)一步得出合理的防洪評(píng)價(jià),為河岸長期安全運(yùn)行提供保駕護(hù)航。

2 工程建設(shè)對(duì)河岸水動(dòng)力條件影響分析

2.1 河道分流比變化分析

工程上游河流分叉口距離橋位較遠(yuǎn),處于擬建蓮陽河大橋引起的水位壅高和流速變化范圍之外,因此,不同水文組合條件下擬建工程對(duì)河道分流比變化甚小或基本不變。

2.2 河道流速、流態(tài)變化

工程水動(dòng)力條件計(jì)算采用典型洪水組合采用“洪水大潮”“中水大潮”“枯水大潮”三組典型的水文組合。在擬建工程附近及上下游河道共布置了170 個(gè)流速采樣點(diǎn),實(shí)時(shí)觀測采樣點(diǎn)特征流速、流向變化并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（1）工程附近水域流態(tài)變化分析

從工程前后流速、流向變化統(tǒng)計(jì)來看,擬建橋梁建設(shè)后,由于橋墩的阻水、束流作用,橋墩附近局部產(chǎn)生繞流,流場有所變化,流向偏轉(zhuǎn)較大,最大值為35°,工程上、下游5 m范圍以外的其他水域的流向偏轉(zhuǎn)一般在15°以內(nèi)?？偟膩砜?工程河段整體流態(tài)依然平順,但工程對(duì)河道局部流態(tài)及流勢有一定的影響。

（2）工程附近水域流速變化分析

工程前后流速變化的幅度及范圍,呈現(xiàn)出由橋墩附近向上下游逐漸遞減的規(guī)律,影響范圍跟河道下泄徑流量及上溯的潮流量大小密切相關(guān)。洪、中、枯三種水文條件下,以洪水落急為最大,中水落急次之,枯水落急及漲急最小。工程河段流速變化統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 工程河段流速變化統(tǒng)計(jì)

根據(jù)工程前后的流速等值線圖及流速變化統(tǒng)計(jì)成果表可以看出,“洪水大潮”條件下,流速增大最大值位于22#橋墩,漲急時(shí)刻流速增加0.124 m/s,橋位上游5 m附近；流速減小最大值位于6#橋墩,落急時(shí)刻流速減小0.598 m/s,橋位下游5 m附近。而“中水大潮”及“枯水大潮”條件下,河道邊灘區(qū)域局部不過水,流速變化范圍主要位于河道右側(cè)主槽位置,其中洪水大潮水文條件下流速變化最大,右側(cè)一八圍迎水側(cè),附近流速明顯變小,工程后河道主流往左偏移,橋址上下游河段主槽左半部分的流速呈增加趨勢,主槽右半部分流速呈減小趨勢。流速、流向變化影響范圍至上游200 m、下游500 m恢復(fù)正常。

綜上所述,工程實(shí)施后,所在河道整體流態(tài)平順,流速變化區(qū)域主要局限在橋址附近,擬建工程對(duì)工程所在河道局部流速、流態(tài)有一定影響。

2.3 動(dòng)力軸線的變化

由數(shù)學(xué)模型的研究成果分析可知,擬建工程建成后,河道整體流態(tài)變化不大,流態(tài)平順,整個(gè)河段主槽水流動(dòng)力軸線基本沒有變化?？梢哉J(rèn)為蓮陽河大橋工程不會(huì)從整體上改變工程河段的流態(tài),也不致對(duì)工程河段的水動(dòng)力變化產(chǎn)生明顯影響。

2.4 灘槽和岸線變化

蓮陽河大橋工程對(duì)蓮陽河下游河道的水動(dòng)力狀況改變主要局限于橋址附近,橋址處及其下游河道兩岸流速變化不明顯,項(xiàng)目建設(shè)不會(huì)改變所在河道的整體灘槽分布格局。因此,蓮陽河大橋工程對(duì)所在及其周邊其它相鄰的其它河道的水流動(dòng)力特性的影響局限在工程附近,與其相鄰的其它河道的分流量和分流比變化不明顯。

2.5 潮排、潮灌影響分析

韓江三角洲地區(qū)河道縱橫交錯(cuò),由于河道分隔,堤岸圍成可供耕作和居住的圍區(qū)。這些圍區(qū)多為田地村莊,一般地勢低洼,易積水成澇。對(duì)于感潮影響區(qū)域,農(nóng)田灌溉經(jīng)常需利用短時(shí)間的漲潮時(shí)機(jī)進(jìn)行引水灌溉,而利用落潮時(shí)的低潮位時(shí)段進(jìn)行搶排,搶排水頭差一般為0.1 m～0.2 m,低低潮位升高則減小了排水水頭差,降低了農(nóng)田的自排能力。高高潮位降低,則降低了灌溉水利工程的引水水頭,不利于進(jìn)行潮灌,甚至無法把水引入田地,導(dǎo)致一些水閘失去作用。

（1）潮排水位影響分析

工程對(duì)河道潮排能力的影響主要體現(xiàn)在中水期低低潮位的變化上,計(jì)算選用“中水大潮”水文條件。計(jì)算結(jié)果表明：擬建工程實(shí)施后,橋址上游水域的低低潮位有所抬升,最大抬升值為0.008 m；橋址下游水域低低潮位則輕微降低,降幅在0.004 m以內(nèi)；距離工程較遠(yuǎn)的采樣站點(diǎn)則基本沒變化?？梢?工程建設(shè)對(duì)蓮陽河的工程區(qū)及其上游水域的潮排有所影響,但總體影響較小,對(duì)其余水域的潮排影響不大。

（2）潮灌水位影響分析

工程對(duì)河道潮灌能力的影響主要體現(xiàn)在枯水期高高潮位變化上,本次計(jì)算選用“枯水大潮”水文條件。計(jì)算結(jié)果表明：擬建工程實(shí)施后,橋址上游水域的高高潮位有所降低,降幅在0.004 m以內(nèi)；橋址下游水域高高潮位有所升高,最大抬升值為0.004 m；距離工程較遠(yuǎn)的采樣站點(diǎn)則基本沒變化。可見,工程建設(shè)對(duì)蓮陽河的工程區(qū)及其上游水域的潮灌有所影響,但總體影響較小,對(duì)其余水域的潮灌影響不大。

3 堤防滲流穩(wěn)定分析

3.1 計(jì)算工況

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）[7],結(jié)合堤岸實(shí)際情況,本文選取多種不利的水力邊界條件（見表1）,進(jìn)行擬建工程堤防的滲流安全分析。

3.2 計(jì)算斷面

根據(jù)2018年1月水利水電勘測設(shè)計(jì)咨詢成果和建議,結(jié)合擬建工程橋位布置圖,確定擬建工程跨越蓮陽河兩側(cè)海堤的計(jì)算斷面。蘇溪圍堤防穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算斷面見圖1。

圖1 蘇溪圍標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

3.3 計(jì)算參數(shù)

基于地勘成果,堤段除堤身的填土,基礎(chǔ)土層自上而下依次是第②-1層細(xì)砂（Q4m)、第②-2層淤泥（Q4m) 、第③-1層粉質(zhì)粘土、第③-2層淤泥質(zhì)土。根據(jù)土工試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn),確定計(jì)算所涉及的各土層物理力學(xué)指標(biāo),見表3。施工工況考慮施工期間可能產(chǎn)生的擾動(dòng),各土層抗剪指標(biāo)按0.95折減,堤頂路按汽車-20級(jí)公路考慮22 kPa均布荷載,同時(shí)考慮施工棧橋直接搭接于堤頂,在堤頂迎水面施加50 kN的集中荷載進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。滲流穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算的邊界條件擬定見表4。

表4 斷面穩(wěn)定滲流計(jì)算的邊界條件表

3.4 計(jì)算結(jié)果及分析

計(jì)算采用有限元滲流分析軟件,按照表1所給參數(shù)及表2所列工況進(jìn)行計(jì)算,各工況下計(jì)算浸潤線見圖2～圖9。

表2 堤防滲流計(jì)算工況及內(nèi)容

圖2 工況1時(shí)蘇溪圍的穩(wěn)定滲流浸潤線

圖3 工況2時(shí)蘇溪圍的穩(wěn)定滲流浸潤線

圖5 工況4時(shí)蘇溪圍的滲流浸潤線

圖6 工況1時(shí)一八圍的穩(wěn)定滲流浸潤線

圖7 工況2時(shí)一八圍的穩(wěn)定滲流浸潤線

圖8 工況3時(shí)一八圍的穩(wěn)定滲流浸潤線（驟降工況的中間時(shí)刻）

圖9 工況4時(shí)一八圍的滲流浸潤線

有限元法滲流浸潤線計(jì)算表明：擬建工程附近的蘇溪圍和一八圍在正常運(yùn)用工況和非常運(yùn)用工況條件下均未出現(xiàn)坡面滲流溢出。但考慮到施工機(jī)械的振動(dòng)對(duì)土層滲透性有一定影響,因此建議施工期間加強(qiáng)工程堤段的維護(hù)和觀測,遇到險(xiǎn)情及時(shí)上報(bào)水行政主管部門并盡快進(jìn)行處理。又由于左幅橋5#墩臺(tái)落在一八圍背水坡后側(cè)平臺(tái)及堤后排水溝處,可能造成接觸滲流,建議考慮相應(yīng)防護(hù)補(bǔ)救措施。

4 結(jié)論

（1）經(jīng)水動(dòng)力條件分析,擬建蓮陽河特大橋工程對(duì)河道分流比變化甚小或基本不變,所在河道整體流態(tài)平順,流速變化區(qū)域主要局限在橋址附近,擬建工程對(duì)工程所在河道局部流速、流態(tài)有一定影響。

（2）工程修建以后,不會(huì)從整體上改變工程河段的流態(tài),也不致對(duì)工程河段的水動(dòng)力變化產(chǎn)生明顯影響,對(duì)所在及其周邊其它相鄰的其它河道的水流動(dòng)力特性的影響局限在工程附近,與其相鄰的其它河道的分流量和分流比變化不明顯。

（3）對(duì)蓮陽河的工程區(qū)及其上游水域的潮排和潮灌有所影響,但總體影響較小,對(duì)其余水域的潮排和潮灌影響不大。

（4）根據(jù)有限元滲流計(jì)算結(jié)果,擬建工程附近的蘇溪圍和一八圍在正常運(yùn)用工況和非常運(yùn)用工況條件下均未出現(xiàn)坡面滲流溢出,總體堤防滲流穩(wěn)定滿足要求,局部需作有針對(duì)性的處理。