橋梁工程施工對(duì)堤防安全的影響評(píng)價(jià)

黃華倡

(福建省融匯水利設(shè)計(jì)有限公司，福建 泉州 362000)

我國(guó)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(huì)因暴雨、臺(tái)風(fēng)等不良?xì)夂驐l件，使得洪水發(fā)生概率增加，對(duì)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(duì)象，通過(guò)對(duì)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(xiàng)控制要點(diǎn)，并根據(jù)數(shù)據(jù)，對(duì)河道堤防工程的安全性做出有效評(píng)價(jià)。隨雨季到來(lái)，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(píng)價(jià)指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，保持河道安全，維護(hù)居民利益。

1 橋梁概況

泉州市某橋梁項(xiàng)目，位處泉州市區(qū)的中心區(qū)域，該項(xiàng)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(yán)格控制其建造、使用安全，保護(hù)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(gè)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(xiàng)目工程秉承了河道管理?xiàng)l例，將建設(shè)工程目標(biāo)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(biāo)。

2 場(chǎng)地地下水評(píng)價(jià)

擬建場(chǎng)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(xì)砂③為透水層；淤泥②為相對(duì)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(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑦-1、碎塊狀強(qiáng)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(chǎng)地中地下水主要地下水類型主要為：

(1)賦存和運(yùn)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(bǔ)關(guān)系，接受大氣降水及地下水側(cè)向逕流補(bǔ)給，并通過(guò)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(yùn)移于中細(xì)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(bǔ)給或越流補(bǔ)給，并通過(guò)側(cè)向逕流等方式排泄。屬中～強(qiáng)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(yùn)移于砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑦-1、碎塊狀強(qiáng)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(bǔ)給或越流補(bǔ)給，并通過(guò)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(chǎng)地的地質(zhì)情況，經(jīng)踏勘時(shí)了解場(chǎng)地周邊及臨近場(chǎng)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(jì)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(biāo)高約為3.76 m，場(chǎng)地地下水歷史最高水位標(biāo)高為4.06 m，河水抗沖刷線標(biāo)高為-1.24 m。

3 橋梁工程對(duì)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(hù)坡，其堤防安全工程項(xiàng)目需要針對(duì)擋墻、護(hù)坡結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確保在行洪期間的堤岸結(jié)構(gòu)保持絕對(duì)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(huì)對(duì)河道產(chǎn)生較大影響，也不會(huì)對(duì)北渠的河勢(shì)有所阻礙。由此可知，堤防工程的穩(wěn)定性保持，需要從對(duì)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(duì)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(wèn)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(guò)多壓縮河道，使得河道正常運(yùn)行中的過(guò)水?dāng)嗝媸艿接绊?，而產(chǎn)生橋梁建筑穩(wěn)定、堤防不夠安全等問(wèn)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(shì)，避免同一河道內(nèi)的橋梁數(shù)量過(guò)多，或是相距較近，這將會(huì)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(dá)，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(duì)該橋梁進(jìn)行計(jì)算時(shí)，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(duì)河道壅水|產(chǎn)生作用時(shí)，該過(guò)程是疊加效應(yīng)，應(yīng)確保單一橋梁工程的作用可達(dá)到建設(shè)預(yù)期目的，因?yàn)槿繕蛄荷嫠こ趟墚a(chǎn)生的綜合影響，遠(yuǎn)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(duì)河道壅水產(chǎn)生影響時(shí)，其作用效果隨工程距離增大而減小，因此為了增強(qiáng)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(shí)，是對(duì)橋梁建設(shè)工程的一項(xiàng)最終考驗(yàn)，橋梁能否承受得住來(lái)自于行洪時(shí)的壓力，并且保障該橋梁兩岸堤防安全，是其最大檢測(cè)目標(biāo)。橋梁工程對(duì)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(duì)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(dòng)時(shí)，則會(huì)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(duì)堤防安全的影響進(jìn)行討論。橋墩、橋臺(tái)等結(jié)構(gòu)是橋梁工程中會(huì)直接與河道流水進(jìn)行接觸的構(gòu)筑物，其面積過(guò)大將會(huì)影響斷面過(guò)流面積，由此使得水流經(jīng)過(guò)橋梁期間，將會(huì)加大通過(guò)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(shí)長(zhǎng)，應(yīng)將橋墩阻水?dāng)?shù)值在設(shè)計(jì)施工中減少。

(2)需要對(duì)橋墩和水流的夾角做出分析，將流水動(dòng)力減輕，維護(hù)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(huì)更大，與夾角為0時(shí)相比，當(dāng)夾角為30°時(shí)，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(jì)施工中減少夾角數(shù)值，將會(huì)對(duì)堤防安全產(chǎn)生一定安全保障。橋墩對(duì)水流的影響相對(duì)復(fù)雜，因?yàn)橛斜姸嘤绊懸蛩?，而夾角存在時(shí)，將會(huì)對(duì)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(huì)對(duì)堤防安全造成影響，其體現(xiàn)因素是在對(duì)防洪水位時(shí)的應(yīng)用分析。使用物理模型，作橋墩型式不同對(duì)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(shí)，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(shí)驗(yàn)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(guò)程，將產(chǎn)生擠土、振動(dòng)等效應(yīng)，對(duì)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(dòng)態(tài)過(guò)程，現(xiàn)將動(dòng)態(tài)施工過(guò)程中的施工荷載簡(jiǎn)化，用靜力代替施工荷載，均勻施加到各土層中，求得施工過(guò)程中堤防的穩(wěn)定系數(shù)。計(jì)算工況如下：

工況一：設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)、橋梁結(jié)構(gòu)和堤防工程距離過(guò)近、破壞不透水層、橋墩阻水?dāng)?shù)值過(guò)大等。因此在橋梁工程施工過(guò)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(diǎn)

5.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)控制

橋梁建設(shè)中，應(yīng)參考該處的防洪標(biāo)準(zhǔn)，這是在橋梁工程開(kāi)始前，必做的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，只有根據(jù)堤防安全規(guī)劃下的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行該橋梁的設(shè)計(jì)，才是對(duì)堤防工作的最大負(fù)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(biāo)準(zhǔn)應(yīng)取得上級(jí)部門的有效批復(fù)文件，再進(jìn)行相關(guān)制定，若沒(méi)有取得到及時(shí)的批復(fù)結(jié)果，則該位置下的防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按照歷年防洪措施辦法中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行具體分析、具體確定，而且標(biāo)準(zhǔn)制定不宜過(guò)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?xiàng)l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(duì)順直，且左右兩岸原有結(jié)構(gòu)相對(duì)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(dá)到了該橋梁建設(shè)要求，能在河道行洪期間進(jìn)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?yàn)闃蛄航ㄔO(shè)中，應(yīng)保持對(duì)河流流速的控制，流速過(guò)大位置將會(huì)對(duì)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(shì)，橋墩布設(shè)應(yīng)避開(kāi)主槽，在主槽擺動(dòng)劇烈的河段，應(yīng)根據(jù)主槽擺動(dòng)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(shí)，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(duì)堤防穩(wěn)定的影響。橋梁墩臺(tái)順?biāo)鞣较虻妮S線與洪水主流流向宜小于5°，以避免對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響[3]。

5.4 梁底標(biāo)高控制

橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程，應(yīng)考慮到堤防規(guī)劃措施進(jìn)行，為維護(hù)當(dāng)?shù)睾拥佬泻闀r(shí)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(xiǎn)需要。在梁底標(biāo)高的確定中，需要將防汛通道位置進(jìn)行提前預(yù)留，應(yīng)滿足凈高度達(dá)到搶險(xiǎn)時(shí)的車輛通行標(biāo)準(zhǔn)。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(jìn)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(yùn)行減輕負(fù)擔(dān)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上，堤防安全工程的良好落實(shí)，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(duì)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(biāo)中，應(yīng)著重關(guān)注防洪標(biāo)準(zhǔn)、橋位選擇、橋墩布置、梁底標(biāo)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(kāi)發(fā)當(dāng)?shù)氐谭拦こ贪踩膽?yīng)用措施，保護(hù)河道行洪絕對(duì)安全，提高居民滿意比例。