鼗防汛与抗旱１１ 桥梁工程跨越淮河入海水道防洪影响评价的难点与对策 淮河人海水道全长１６３．５ｋｍ，为 洪泽湖下游的主要泄洪通道。河道沿 线桥梁众多，如何解决桥梁建设推动 经济发展与影响河道安全行洪二者之 间的矛盾，成为防洪影响评价报告编 制的重点与难点。本文以淮安盐化铁 路专用线跨越淮河人海水道工程为 例，介绍桥梁工程跨越淮河人海水道 防洪影响评价的难点与对策。 一、基本情况 （一）建设项目基本情况 淮安盐化铁路专用线跨越淮河人 海水道桥全长４９５０ｍ，跨越处河道桩 号为５＋７９０。桥梁设计等级为工企Ｉ 级，单线，设计车速１２０ｋｍ／ｈ，设计防 洪标准为１００年一遇。桥梁与河道正 交，共分９跨跨越淮河人海水道，跨越 两侧堤身采用７２ｍ简支钢桁梁，河道 内采用７跨６４ｍ简支箱梁，桥墩基础 均为混凝土灌注桩基础。 （二）河道基本情况 淮河人海水道工程统一规划，分期 实施，近期工程已于１９９３年实施完成， 二期工程目前正处于方案论证阶段。 人海水道近期工程设计行洪 ２２７０ｍ３／ｓ，使洪泽湖防洪标准达到１００ 年一遇。桥梁处河道设计水位 １３．６０ｍ，河道底高程２．６１ｍ、底宽 ６０ｍ，滩面高程８．７ｍ、滩面宽３９０ｍ，南 堤顶高程１６．５ｍ、宽１３ｍ，北堤顶高程 １６．Ｏｍ、宽８．Ｏｍ。 人海水道二期工程按洪泽湖３００ 年一遇防洪标准设计，采用大开挖及小 开挖两种方案进行比选。其中，小开挖 方案设计行洪流量６７２０ｍ３／ｓ，桥梁处河 道设计水位１４．９６ｍ，河道底高程 姜凌云 严平 赵才全ｚ ２．６１ｍ、底宽２６０ｍ；大开挖方案设计流 中需打设钢板桩围堰，振拔钢板桩时堤 量７５００ｍ３／ｓ，桥梁处河道设计水位 身易产生裂缝，形成渗流通道，对堤防安 １４．２８ｍ，河道底高程２．６１ｍ、底宽 全造成影响。如何采用合理有效的措施， ３９０ｍ。大、小开挖方案南、北堤顶高程 填实裂缝，保证堤身防渗安全，成为防洪 均为设计水位加超高３．０ｍ、２．５ｍ，顶宽 评价的第四难点。 均为８．Ｏｒｅ，堤防、河槽边坡均为１：３。 （五）补就措施须简单有效、切实可行 二、防洪影响评价的难点 桥墩阻水对河道行洪的影响及桥墩 （一）入海水道二期工程方案不 打设对堤身安全的影响不可避免，采取 定，防洪评价需满足不同方案的要求 何种补救措施降低甚至消除这些影响， 由于入海水道二期工程尚处于方 则成为防洪影响评价的重中之重。保证 案论证阶段，国家还未批复，仅有关键 补救措施简单有效、切实可行，具有较强 规划数据，且工程采用不同方案进行 的可操作行，这不仅是本项目防洪评价 比选，不定因素众多。防洪影响评价需 的难点之一，也是其他涉水建设项目防 对各种方案进行综合评价，使建设项 洪影响评价的难点。 目满足各个方案的防洪要求。 三、对策 （二）减小桥跨、降低投资与增大 （一）收集大量资料，进行充分分析 桥跨、降低桥墩阻水率二者之间矛盾 计算，对不同工况作出全面合理的防洪 协调困难 评价 桥墩阻水是影响河道行洪的关键 为进行全面合理的防洪评价，评价 因素。河道行洪要求增大桥跨、降低桥 前期收集项目区大量的水文、气象资料 墩阻水率，而项目建设方则希望缩短 以及人海水道二期等相关工程规划数 桥跨、降低工程投资。如何确定桥梁的 据，随后经大量的分析计算，针对人海水 合理跨径，既能降低桥墩阻水对河道 道近期及二期工程中不同设计方案等行 行洪的影响，又不增加太多投资，成为 洪工况，按照最不利原则分别对建设项 防洪评价的又一难点。 目进行评价。 （三）桥墩阻水断面补偿困难 该项目针对人海水道二期工程小开 淮河人海水道工程统一规划，分 挖方案设计堤顶高程较高的情况，防洪 期实施，近期工程堤线按照二期工程要 评价中要求桥下净空高度按照小开挖方 求布置，且南堤为与苏北灌溉总渠共用 案设计堤顶满足４．５ｍ的净高要求，保证 堤，两侧堤防均不具备外移条件。建设 了项目建设在人海水道二期工程不同方 项目桥墩阻水面积为２８５．２ｍ ，阻水率 案下均满足堤防管理要求；针对大开挖 达５．４％，数值较大，如何对阻水断面进 方案河道底宽较宽的情况，补救措施中 行补偿成为防洪评价的第三难点。 要求桥梁建设的同时，按大开挖方案将 （四）堤身处桥墩打设对堤身防渗 桥址处上下游各２００ｍ范围内河道断面 的影响大 先行实施到位。该补救方案与入海水道 堤身处桥墩灌注桩基础施工过程 二期工程规划相适应，既保证了项目建 ７ Ｋ防汛与抗旱１１ 技术及可操作性等方面的比较， Ｑ；对滑动圆心的矩； 设对人海水道二期工程的实施不产生 经济、影响，又使得人海水道二期工程实施 确定了以上补救措施。上述补救方案 时对本项目的安全运行不造成影响。 Ｒ——滑动圆弧的半径； ｋｌ 一水平向地震系数； ｃ ・—简便、切实可行，对人海水道二期工程 显，为今后类似的防洪影响工程项目 （二）ｒｔ河道不同的行洪工况进行 影响较小，且增加投资较少，效果明 综合影响系数； 多次计算，确定最优的桥跨布置方案 ａ——土条重心处的地震加速度分 布系数； 广＿＿土条实际重量，水上用湿容 重，水下全部用饱和容重计算。 因铁路荷载较大，采用大跨径桥 的评价提供了有益的借鉴。 梁投资高、难度大；但若采用小跨径， 大。本项目跨人海水道桥原设计采用 １Ｏ跨５０ｍ简支梁型式、墩宽４．０ｍ，桥 四、防洪评价所采用的主要计算 （一）堤身渗流及抗滑稳定计算 则桥墩较多，对河道行洪能力影响较 方法 根据桥梁跨堤防土质资料，输入各 值及渗透系数，并给出渗流 堤身渗流及抗滑稳定采用河海大 层土质Ｃ、墩阻水严重，桥前最大壅水高度达 学工程力学研究所的土坝，堤防渗流 逸出边界及边坡滑动位置，在不同的设 ５．８ｃｍ。相关主管部门建议桥跨增大至 及边坡稳定分析系统软件，利用计算 计工况下，算出渗流坡降、渗流量以及渗 ９０ｍ以上，以降低对人海水道行洪的 机进行求解。流浸润线，并利用该浸润线计算边坡稳 定系数。 （二）入海水道流场计算 采用河道平面二维水流数学模型， 对桥址处入海水道河道流场进行计算， 分析比较桥墩形状对流场的影响。综合 考虑桥址处河段的河势及水文资料因 素，选取上游边界距离桥梁中心线 １２４ｍ，下游边界距离桥梁中心线２７６ｍ， 总长度为４００ｍ的河段，作为二维数模计 ｋ 、ｋ，－—＿ｘ、ｙ轴方向的渗 透系数； Ｊ 、Ｊ 一力坡降。 系统采用节点虚流量法通过多次 算区域。 １．基本方程 水深平均的连续性方程和运动方程 如下： Ｏｈ影响。经与桥梁设计单位多次研究，提 出桥跨方案调整为７跨６４ｍ、墩宽 １．堤身渗流计算 堤内的稳定渗流符合达西定律， ３．５ｍ，同时对人海水道河坡采用现浇 对于非均各向异性二维渗流场，水头 混凝土进行防护，以降低河道糙率。经 势函数满足微分方程： 验算，该方案桥前最大壅水高度降至 １．４ｃｍ，桥墩阻水对入海水道行洪影响 芸 ）＋ （ ）＋Ｑ＝。 Ｊｘ：一 ．Ｊｙ：一 较小，相对大跨径方案节省投资约０．５ 亿元。 （三）挖深河道，解决补偿过水断 面问题 式中：‘ｐ＝ （ ， ），为待求水头势 函数； 建设项目桥墩阻水率达到５．４％， 需补偿河道过水断面，而人海水道两 侧堤身又无法外移，针对该情况，经征 求多方意见，防洪评价中提出将桥址 处规划河底挖深ｌｍ。桥墩承台亦相应 、ｙ轴方向的水 Ｏｔ Ｏ＋ｈｆＯ—ｕ＋盟１＋”ｈＯ＋ｖＯ—ｈ；０ ｘ砂 Ｏｘ ＯＵ下降Ｉｍ，可补偿过水断面３６９ｍ２。经 计算，补偿后的断面桥墩阻水对河道 行洪基本没有影响。 （四）采用高压射水泥浆灌填裂 迭代计算自动确定浸润线位置、出逸 高度及各点的水力坡降。 ２．堤防抗滑稳定计算 土坡稳定性的验算，采用《水工建 一Ｏｔ Ｏ＋ｈｕ塑＋ｘ ｖ 一吉ｐ（ｌ。 ＋缸 ０２ｕ＇￣Ｊ ＋ （ ＋ ］＋学ｃＵ２＋Ｖ２ 。Ｓａｌｔ ２ｈｖｃｏｓｉｎ￣Ｐ＝Ｏ 缝，满足堤身防渗要求 针对桥墩施工中因振拔钢板桩导 致堤身产生裂缝的情况，防洪评价中提 筑物抗震设计规范》、《堤防工程设计 规范》推荐的拟静力法，该法同时考虑 渗流及两个地震惯性力的影响。 ： ＯＶ＋ｈｕＯｘ Ｏｔ 出在振拔钢板桩的同时，采用高压射水 泥浆的方法，以水泥浆填实因振拔钢板 桩围堰后遗留的缝隙，保证堤防满足渗 竺 驾 盟坐 ｚｌ（ ±Ｑ；）ｓｉｎＯ，＋ ｌ ｝ ｌ 窘 ］』 ＋ （ ＋芸）＋学 ｖ 一 Ｐ＋２ｈｕｏ￣ｓｉｎ ＝０ 式中：Ｆ 一土坡稳定安全系数； 式中：Ｘ、Ｙ、ｔ－＿一空间和时间坐标； ｈ——水深； 透稳定的要求。经计算，桥墩打设后堤 身均满足防渗及抗滑稳定要求。 （五）征求多方意见，进行多方案 可行 Ｑ广—作用在土条重心处 的水平向地震惯性力； Ｑ ’——作用在土条重心处 ｕ、 、ｙ方向的速度分量； Ｅ——水流紊动粘性系数； ａ——河底高程； ∈——风切应力经验系数； Ｖ ——风速； —— 比较，保证补救措施的简单有效、切实 的竖向地震惯性力；ｕ＿＿一土条底部中点的孔 为保证工程补救措施切实可行， 隙水应力（包括渗流和地震引起的超 充分征求了相关水利部门及工程设计 孔隙水应力在内）； 单位等的意见，并对多种方案进行了 Ｍ 一水平向地震惯性力 风向夹角； ∞——地球自转角速度； ７ Ｉ【水文水资源】ｌ 沂河流量测验的落差指数法分新 李明武’王勇成。唐文学。 一、概述 码头拦河闸，洪水期间该站主要受码 水位）下，流经该断面的流量与顺直河段 沂河发源于沂蒙山区的鲁山，骆 头闸闸门调节影响。 上下游落差的Ｂ（需要假设和优选）次方 马湖以上流域面积１ １２４２ ｋｍ２．从河源 二、现状分析 之比为一常数，不同水位时，它是水位的 至骆马湖全长３３３ｋｍ。沂河干流省界以 近年来，江苏水文正向自动测报 ｎ 单值函数，可表示为ｑ＝■ －ｆ（ｚ），ｑ 上有北社、斜午、葛沟、茶山、临沂小埠 方向发展，而堪上水文站目前还主要 【△Ｚ Ｊ 东、李庄、土山、码头８座拦河闸坝。 依靠桥测以及电动缆道悬吊流速仪法 称为校正流量因数，由实测资料建立Ｚ—ｑ 塔上水文站位于邳州市港上镇港 Ｄ 测流，这两种测验方法需要耗费大量 关系曲线，再根据公式Ｑ＝ｑ×（△ｚ） 推 西村西约７５０ｍ的沂河上，该站建于 的人力、物力，测得的水位流量关系线 算流量。 １９６３年，是沂河洪水从山东进入江苏 也因为水情的不同而不同。由于洪水 ３．落差指数法分析步骤 的第一站。设站以来，实测最高水位 附加比降的影响，使得中、高水时水位 （１）资料搜集：本次落差指数法分析 ３５．５９ ｍ（冻结基面），实测最大流量 流量关系线成逆时针绳套，因此，水位 采用堪上水文站２００８年７—８月与２００９ ６３８０ｍ３／ｓ，最大年径流量４１．４２亿ｍ，。 流量关系的单值化处理成了解决塔上 年７～８月实测流量资料６４份，测验资 该站测验河段顺直长度１１００多ｍ，中 站流量自动测报问题的关键所在。 料的水位为２９．０２—３２．６７ｍ，流量为 泓偏左岸，河宽８１０ ｍ。基本水尺断面 三、落差指数法及应用 ３７４～３５４０ｍ３／ｓ。 上游顺直河段长度在７００ｍ左右，下 １．落差指数法分析的目的：减少 （２）落差指数１３的优选：根据同步 游顺直河段长度在４００ｍ左右，在这 劳动强度，为中、高水位时流量的自动 的流速仪实测流量数据与测验河段上下 １１００ｍ的河段内河道较为整齐，断面 测报提供数据支持。 游落差数据，假设落差指数Ｂ，使用公式 也比较均匀，这为塔上水文站进行落 ２．落差指数法原理：在某个带有 ｑ＝— 计算出Ｂ对应的一系列ｑ 差指数法分析提供了较好的客观条 比降的顺直测验河段内，同一水位（通 【△Ｚ） 件。塔上水文站上游约２０ｋｍ处建有 常指河段内某处的测站基本水尺断面 值，并建立Ｚ—ｑ关系曲线，根据不同的Ｂ ——计算河道所处纬度。 全流域的相关规划及其数据，并对河 （三）提出合理可行的补就措施，与 ２．数值求解方法 道各种不同的工况进行分别计算分 入海水道二期规划相适应 采用基于Ｇａｌｅｒｋｉｎ加权余量法 析，方能对建设项目作出全面合理的 由于人海水道二期工程国家尚未批 的有限元方法求解。采用三角形单 防洪评价。 复，而建设项目需先行实施，防洪评价中 元，速度用二次函数插值，水深用线 （二）需对多种桥跨方案进行分析 应根据二期工程规划数据，按照最不利 性函数插值。空间上运用Ｇａｕｓｓ求积 比较，方能以最优方案获得最大效益 原则对建设项目进行评价，提出合理可 法积分，时间上采用非线性有限差分 桥跨布置既是决定工程投资的主 行的补救措施，如桥下净高按照小开挖 法计算。 要方面之一，又是影响河道行洪能力 方案确定，河道行洪断面按照大开往方 五、结论与建议 的关键因素，确定最优的桥跨方案亦 案确定，并将河道按照规划方案先行实 （一）翔实的资料是防洪影响评价 成为防洪影响评价及工程设计的重点 施到位等，保证项目建设与入海水道二 的基础 研究内容。防洪评价工作应在满足河 期工程规划相适应■ 防洪影响评价虽是对某个具体涉 道防洪要求的前提下，与工程设计单 （作者单位：１．淮安市中里运河管理 水工程进行防洪影响评价，但往往需 位共同对桥跨布置进行多方案比选， 处２２３３００ ２．江苏省灌溉总渠管理处 要对河道所在的整个流域进行分析计 以确定最优的桥跨布置方案，获得最 ２２３３００） 算，掌握详细的水文、气象资料，了解 大的效益。 （专栏编辑：张帆） ●■