陳立堅,張之峰

(1.中山市水務(wù)工程建設(shè)管理中心,廣東 中山 528400;2.廣東中灝勘察設(shè)計咨詢有限公司,廣州 510000)

0 引 言

在跨河橋梁建設(shè)中,橋墩坐落在河床范圍,河床通常會面臨比較復(fù)雜的沖刷過程,除了涉及到由河床演變而來的沖刷現(xiàn)象,還涉及到橋墩建設(shè)完成后所引發(fā)的一般沖刷和局部沖刷現(xiàn)象,總之,橋墩沖刷作為一種常見的疊加現(xiàn)象,主要是由河床自然沖刷、一般沖刷和局部沖刷相互疊加的結(jié)果。在這樣的背景下,為了保證橋墩自身的安全性和河道的穩(wěn)定性,分析和防治涉河橋墩對河道影響顯得尤為重要。

1 工程概況

1.1 工程建設(shè)項目概況

中山市沙溪鎮(zhèn)隆興北路延伸線工程,位于中山市沙溪鎮(zhèn)隆興北路,起點順接廣珠西線高速引道,自北往南延伸先與沙古公路相交,后分別跨越沙朗涌及獅滘河,終點止于岐江公路。

1.2 涉河橋墩跨河道基本情況

涉河橋墩工程在實際施工中,主要涉及到沙朗涌 、獅滘河 兩個河道。其中,沙朗涌大橋主橋孔間的一般沖刷深度為2.19m;橋墩局部沖刷深度分別為1.82m;獅滘河大橋主橋孔間的一般沖刷深度為1.91m;橋墩局部沖刷深度分別為1.48m。另外,橋墩在實際布設(shè)期間,需要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)高原則,確保所設(shè)置的橋墩標(biāo)高遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于交通橋頂面標(biāo)高,同時,還要采用樁基支撐的方式,對橋墩進(jìn)行設(shè)置。

2 沖刷對河道穩(wěn)定性的影響

2.1 沖刷現(xiàn)象

河道中建橋工程實施后,經(jīng)常遇到以下3種沖刷現(xiàn)象:①自然沖刷現(xiàn)象。自然沖刷現(xiàn)象主要是指河床由于受到泥沙、水利等因素的影響,在自然狀態(tài)下,所形成的一種沖刷現(xiàn)象。②一般沖刷現(xiàn)象。一般沖刷現(xiàn)象主要是指經(jīng)過橋墩壓實處理后的河道由于出現(xiàn)過水?dāng)嗝鎸懨?導(dǎo)致橋下河床整個斷面出現(xiàn)明顯沖刷現(xiàn)象。③局部沖刷現(xiàn)象。局部沖刷現(xiàn)象主要是指由于受到橋墩阻擋、水流流速、水流方向等因素的影響,河道水流出現(xiàn)改變,進(jìn)而產(chǎn)生旋渦現(xiàn)象,并對橋墩四周進(jìn)行局部沖刷[1-3]。

2.2 沖刷對河道穩(wěn)定性的具體影響

在設(shè)計涉河橋墩期間,要在綜合考慮河床自然沖刷深度、一般沖刷深度和局部沖刷深度等參數(shù)的基礎(chǔ)上,科學(xué)地設(shè)置河道最低沖刷線高程,這為后期精確地確定和設(shè)置橋墩基礎(chǔ)底部預(yù)埋高程提供重要的依據(jù)和參考。另外,當(dāng)涉河橋墩距離河道位置較遠(yuǎn)時,通過運用該設(shè)計方法,可以確保涉河橋墩沖刷的安全性和河道整體的穩(wěn)定性。但是,目前,涉河橋墩沖刷對河道整體穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響,并沒有受到橋墩設(shè)計單位的重視,所以,部分設(shè)計單位在進(jìn)行涉河橋墩設(shè)計時,并不會做好對河道的防護(hù)處理。當(dāng)涉河橋墩距離河道較遠(yuǎn),且河道地質(zhì)條件相對良好時,盡管出現(xiàn)橋墩沖刷現(xiàn)象,會導(dǎo)致河道岸坡變得越來越陡,但是,整個河道仍然處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。但是,當(dāng)橋墩距離河道位置較近,且河道抗沖條件相對較差時,由于受到橋墩阻水影響,導(dǎo)致河流經(jīng)過橋墩頭部時,會出現(xiàn)繞流現(xiàn)象,同時,其水流方向會出現(xiàn)彎曲,導(dǎo)致橋墩與河道之間的流速呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢,對整個河道進(jìn)行劇烈沖刷,從而引發(fā)嚴(yán)重的滑坡現(xiàn)象。

3 涉河橋墩跨河工程防洪評價計算

3.1 橋涵水位壅高計算

在估算淹沒范圍期間,要結(jié)合涉河橋墩工程實際情況,計算橋涵水位壅高,橋涵水位壅高計算公式如下:

(1)

式中:V3為水深為h3處的斷面平均流速;△h3為最大壅水高度。

3.2 河床沖刷計算

3.2.1一般沖刷計算公式

在一般沖刷下,結(jié)合中黏性河道沖刷問題,對河床沖刷最大水深進(jìn)行計算,其計算公式如下:

(2)

式中:q0為橋下斷面最大單寬流量;LL為黏性土液性指數(shù)。

3.2.2 局部沖刷計算公式

結(jié)合河床的局部沖刷深度設(shè)置情況,嚴(yán)格按照公路橋位斟測設(shè)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求,對河道局部沖刷最大水深進(jìn)行計算,其計算公式為;

hb=0.83KξB10.6IL1.25V

(3)

式中:Kξ為橋墩形系數(shù);B1為橋墩寬度;IL為黏性土液性指數(shù);V為沖向橋墩的流速。

3.3 防洪影響分析計算結(jié)果

通過運用上述所提出的計算方法,獲得如表1所示的涉河橋墩跨河道防洪影響計算結(jié)果。結(jié)合涉河橋墩水利技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求,發(fā)現(xiàn)無堤防河道的橋墩阻水面積百分比必須控制在6%以下,從表1中的數(shù)據(jù)可以看出,涉河橋墩工程施工后,河道阻水面積最小百分比為3.95%,最大百分比為5.33%,完全滿足低于規(guī)定要求6%。

表1 涉河橋墩跨河道防洪影響計算結(jié)果

4 防洪綜合評價

在進(jìn)行涉河橋墩工程施工期間,水流經(jīng)過樁后會出現(xiàn)流態(tài)明顯變化現(xiàn)象,同時,橋墩會對河道水體產(chǎn)生一定的阻礙力,導(dǎo)致流態(tài)直接演變?yōu)閭?cè)向繞流,導(dǎo)致橋墩兩側(cè)出現(xiàn)嚴(yán)重沖刷現(xiàn)象,當(dāng)沖刷力度不斷增加時,會破壞橋墩周圍床面結(jié)構(gòu)。對于水體中的旋渦而言,當(dāng)其直接作用到防洪堤底腳時,會產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷現(xiàn)象,導(dǎo)致防沖相關(guān)設(shè)施造到嚴(yán)重破壞,甚至,引發(fā)河道堤身斜坡決裂問題,進(jìn)而嚴(yán)重破壞了河道防洪堤結(jié)構(gòu)。另外,以上四種橋墩均設(shè)置在河道堤身范圍內(nèi),引發(fā)嚴(yán)重的沖刷現(xiàn)象,對河堤運行產(chǎn)生不良影響,所以,加強(qiáng)在布置涉河橋墩期間,要盡可能地將橋墩設(shè)置在遠(yuǎn)離河道的位置[4-6]。

5 涉河橋墩對河道的影響防治措施

5.1 加固補(bǔ)救措施

當(dāng)涉河橋墩遭遇多年的洪水沖刷后,以上四種橋墩分別為0.83m、0.75m、2.30m、0.69m,橋墩沖刷現(xiàn)象的出現(xiàn),通常會對原有防洪堤底腳所對應(yīng)的防沖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的破壞力,嚴(yán)重影響了河堤防運行的可靠性和安全性。為了解決這一問題,在布置橋墩期間,要沿著順?biāo)鞣较蜻M(jìn)行布置,并從以下幾個方面入手,采用合適的補(bǔ)救措施,對河道進(jìn)行加固處理。①在布置沙朗涌橋墩期間,需要將大量的大塊石頭拋填到距離左岸涉河橋墩上泳、下泳各25m范圍內(nèi),以起到良好的防沖保護(hù)作用,同時,還要將拋石寬度和厚度分別設(shè)置為20m、1m。在布置右岸涉河橋墩期間,要盡可能地避開堤身布置。②在布置獅滘河橋墩期間,將橋墩基鋼筋混凝土基座的頂部覆土厚度控制在2.50m以上,另外,需要將大量的大塊石頭拋填到距離左岸涉河橋墩上泳、下泳各15m范圍內(nèi),以起到良好的防沖保護(hù)作用,同時,還要將拋石寬度和厚度分別設(shè)置為10m、1m。此外,將該橋墩設(shè)置在遠(yuǎn)離防洪堤的位置,從而降低橋墩沖刷抗對河道的破壞力。如果將橋墩布置在堤身,需要對兩岸提防進(jìn)行有效防護(hù),使得兩岸提防可靠性和安全性得以大幅度提高。

5.2 橋墩施工期防治措施

在進(jìn)行涉河橋墩工程施工期間,河道附近所堆放的施工器材、修筑施工圍堰等各種設(shè)施,會嚴(yán)重影響河道防洪能力。為了解決這一問題,施工單位要結(jié)合涉河橋墩工程實際地理位置,有針對性、有目的地制定相關(guān)施工方案。在該方案中,建筑材料堆放位置要盡可能地遠(yuǎn)離河道。同時,還要對施工期進(jìn)行科學(xué)調(diào)整和控制,避免出現(xiàn)汛期施工。在汛期前,要做好對橋墩阻水設(shè)施的全面化、實時化排查,確保整個河道表現(xiàn)出較高的過水能力。在進(jìn)行汛期施工期間,施工單位要制定系統(tǒng)、完善的汛期施工方案,并將其上報到上級部門,由上級部門對其進(jìn)行批準(zhǔn)。另外,為了保證汛期施工質(zhì)量,還要提前監(jiān)測和預(yù)報雨情、水情情況,同時,還要全面化檢查工地現(xiàn)場情況,及時發(fā)現(xiàn)相關(guān)險情,并將其上報到上級部門,由上級部門采用合理的搶險措施進(jìn)行處理。在這個過程中,首先,施工單位要根據(jù)涉河橋墩工程實際施工需求,成立專業(yè)的防汛組織小組,并劃分小組成員的職責(zé)。其次,在進(jìn)行汛期施工期間,要嚴(yán)格按照經(jīng)過批準(zhǔn)后的汛期施工方案,進(jìn)行規(guī)范化施工。再次,要及時監(jiān)測和預(yù)報雨情等天氣情況。最后,禁止向河道內(nèi)丟棄各種廢渣,同時,還能盡可能地保證施工上下游居民和施工人員的人身安全性和財產(chǎn)安全性[7-8]。

5.3 科學(xué)確定拋石范圍、厚度和粒徑

在確定拋石范圍、厚度和粒徑期間,要綜合考慮大橋建設(shè)對岸坡穩(wěn)定性影響程度的基礎(chǔ)上 ,結(jié)合水流特性、地形地質(zhì)條件,對這些參數(shù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。首先,結(jié)合水流流向改變需求,將橋墩上游岸坡防護(hù)長度設(shè)置為主橋墩距岸邊距離的2倍左右。其次,將拋石厚度設(shè)置為1.3～1.9m,從岸邊向江中方向,其厚度呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢。最后,將拋石粒徑設(shè)置為0.10～0.41m。為了確保拋石護(hù)岸與橋墩防護(hù)能夠有效地結(jié)合,需要適當(dāng)?shù)卦黾訕蚨罩苓厭伿?粒徑。

6 結(jié) 語

綜上所述,結(jié)合中山市沙溪鎮(zhèn)隆興北路延伸線工程實際建設(shè)情況,評價涉河橋墩對河道防洪影響程度,同時,根據(jù)涉河橋墩工程實際施工情況,提出一套切實可行的防治措施,本次研究主要獲得以下2個結(jié)論;①工程區(qū)域河道一旦遭受洪水沖刷,會導(dǎo)致橋墩在河道水位壅高最小值為0.04m,最大值為0.07m,新建橋前后,過水?dāng)嗝婷娣e出現(xiàn)大幅減小,其減小最小比例為3.96%,最大比例為5.33%,這表明河道水位變化幅度和過水?dāng)嗝婷娣e的變化幅度相對較小,完全符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。②在進(jìn)行涉河橋墩工程施工期間,橋墩阻水通常會對河道防洪能力產(chǎn)生明顯影響,如果沒有在汛前及時拆除橋墩阻水相關(guān)設(shè)施,需要相關(guān)部門落實好橋墩施工組織設(shè)計工作,并制定系統(tǒng)、完善的度汛方案,并將其上報到上級部門,由上級部門對其進(jìn)行批準(zhǔn),從而確保整個河道表現(xiàn)出較高的防洪安全性和橋墩施工質(zhì)量。