引江济淮工程某桥梁防洪影响分析

韩 露

（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司 合肥 230088）

1 引言

引江济淮工程从长江下游引水向淮河中游地区补水，是一项以城乡供水和发展江淮航运为主、结合灌溉补水和改善巢湖及淮河水生态环境的综合性战略水资源配置工程。桥梁建设会改变河道的行洪断面，对河道防洪和河势稳定产生影响。根据《中华人民共和国防洪法》规定，建设跨河、穿河、临河的工程设施，应当符合防洪标准、岸线规划及其他技术要求，不得危害堤防安全、影响河势稳定、妨碍行洪通畅。因此，对桥梁工程进行防洪影响分析显得十分必要。本文结合引江济淮工程某桥的实际情况，进行了防洪影响计算分析，并根据计算结果进行防洪影响综合评价，针对不良影响提出了相应的补救措施。

2 工程概况

引江济淮输水渠道工程利用、开挖现有长河河道，改变了河道两岸现有的交通体系，为恢复两岸交通，需在引江济巢段桩号6+150处建设一座管护道路桥梁。该段河道按Ⅲ级航道断面设计，设计输水流量150m3/s，设计渠底高程4.1m，设计底宽60m，坡比1∶4。引江济淮工程拟对该段长河裁弯取直，现状老长河约2.5km河道仍保留但不再承担防洪、排涝、输水任务。本桥梁位于该段老长河上，此处长河河道底宽50m，底高程3.1m，坡1∶2.5～1∶3。参考枞阳枢纽节制闸设计条件，设计排洪水位为14.48m，设计排洪流量1150m3/s，校核排洪水位14.88m，校核最大排洪流量1288m3/s。本桥梁下部结构在2019下半年施工，至2020年汛前完工，施工期水位受菜子湖影响及受枞阳闸控制，在8.1～10.0m之间。

3 防洪分析计算

3.1 壅水分析计算

根据该段河道2020年及2021年工程施工进度，考虑新、老河道参与泄流不同情况，此次壅水按两种工况进行计算分析：（1）2020年汛期，仅老河道泄流，按校核设计洪水流量1288m3/s，水位14.88m；（2）2021年汛期及以后年份，新、老河道共同泄流，按校核设计洪水流量1288m3/s，水位14.88m。

根据《公路桥位勘测设计规范》 （JTJ062-91）、《铁路工程水文勘测设计规范》（GB10017—99）和《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30—2002）可知，壅水计算公式如下所示。

式中：ΔZ为最大壅水高度，m；η1为系数，与水流进入桥孔的阻力有关，根据河流类型及河滩地过水能力查表确定为0.05；V为桥下断面平均流速，m/s；V0为桥前断面平均流速，m/s。

式中：ΔZ为最大壅水高度，m；η2为与桥墩形状有关的Henderson系数，矩形墩取0.35，圆形墩取0.18；V为桥下断面平均流速，m/s；V0为桥前断面平均流速，（m /s ； g ）为重力加速度。

式中：L为壅水曲线全长，m；I为桥址河段天然水面比降。

根据以上公式，可计算出桥前壅水高度。计算成果如表1所示。

表1 桥前壅水高度计算成果表

从计算结果看，两种工况计算结果有所差别。2020年汛期老河道泄流桥前洪水最大壅高2cm，壅水曲线长95.5m，桥址处河道断面属宽浅型断面，因此该桥建设期，在设计水位条件下壅水影响很小。2021年及以后年份新、老河道共同泄流桥前洪水最大壅水6mm，壅水长度27.5m，壅水影响极小。

3.2 冲刷分析计算

一般冲刷和局部冲刷的冲刷深度与过流条件、河道断面、河床土壤特性、阻水建筑物几何形状等因素有关。根据《铁路工程水文勘测设计规范》（TB10017-99）、《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2015）的规定，桥址处分别计算各工况下（计算工况同3.2节）的一般冲刷值和桥墩处局部冲刷值，从而得出桥址处的冲刷合计值。计算成果详见表2。

由表2冲刷深度计算分析可知，在2020年汛期由老河道泄流时，在校核排水工况下，桥址处河道主河槽总冲刷深度为2.033m，右边滩（梅林隔堤侧）总冲刷深度为0.837m。由此可知，施工期建桥后，在新输水渠道不具备通水条件且过校核流量时，主河槽内的桥墩处冲刷深度稍大，需采取可靠的防护措施以减小冲刷带来的危害。

表2 桥址冲刷计算成果表

在2021年及以后年份由新、老河道共同泄流时，桥址处河道一般冲刷深度均为0m，主河槽内的桥墩处局部冲刷深度为1.104m，右边滩（梅林隔堤侧）内的桥墩处局部冲刷深度为0.615m。由此可知，2021年及以后年份由新、老河道共同泄流时，仅桥墩存在局部冲刷，需采取防护措施以减小冲刷带来的危害。

3.3 堤防稳定复核计算

3.3.1 堤防抗滑稳定分析

按规范要求以及本工程总体布置，选取桥址处梅林隔堤堤防边坡进行抗滑稳定计算，计算分析为以下4种工况：①设计洪水位骤降期的临水坡；②稳定渗流期的背水坡；③桥梁施工期的临水坡。④地震期的临水坡及背水坡。

堤防抗滑稳定采用瑞典圆弧滑动法计算。不考虑桩基抗滑作用时的堤防稳定计算结果见表3。

表3 堤防抗滑稳定计算成果表

由计算结果知，梅林隔堤堤防在各工况下均满足抗滑稳定安全要求，若考虑桥梁桩基作用对堤防稳定安全更有利。

3.3.2 堤防渗流稳定分析

分别计算排洪设计水位14.88m、长河100年一遇洪水位16.35m条件下建桥前、建桥后梅林堤身渗流稳定情况；建桥后考虑桥桩与土体之间有孔隙，考虑桥台侧填土的防渗作用，梅林隔堤渗流稳定计算结果见表4。

表4 梅林隔堤渗流稳定计算成果表

梅林隔堤堤后表层为中、重粉质壤土，地质报告允许渗透比降建议值为0.35，计算结果显示堤后出逸坡降满足规范允许的渗透坡降要求。建桥后对原堤防渗流安全基本无影响。

3.3.3 堤基抗浮稳定分析

根据地质条件，对堤后覆盖层的抗浮稳定进行复核，计算按照《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）相关规定，分别计算排洪设计水位14.88m、长河100年一遇洪水位16.35m条件下堤基抗浮稳定系数。抗浮稳定计算成果如表5所示。经计算，堤基抗浮满足稳定要求。

表5 梅林隔堤堤基抗浮稳定计算成果表

3.4 河势影响分析

河床演变的基本原理是输沙平衡的破坏，其影响因素主要有来水来沙变化、出口控制高程变化、河床周界条件变化等。本工程只是改变了河床周界条件，对来水来沙均未改变，在河中设置桥墩，束窄河道，必然使上游产生壅水，下游流速增大，产生冲刷，造成水沙平衡破坏，但由于河流的自动调节作用，又会达到新的平衡状态。壅水计算结果表明，桥梁的建设对河势影响很小。

根据冲刷分析计算结果，2020年汛期由老河道泄流，若发生较大洪水才产生一般冲刷，冲刷以桥墩局部冲刷为主。由于冲刷作用，桥址处附近河床面易形成淘刷，且由于水流流态的改变，有效过水断面减少，桥下流速及近岸流速增大，对桥址处的岸坡稳定不利，建桥对河势稳定有一定的影响。2021年及以后年份由新、老河道共同泄流，流速降低，对桥址处的岸坡稳定无影响，对河势稳定无影响。

3.5 排涝影响分析

桥梁建成后，在2020年汛期仅由老河道泄流时，产生的壅水距离有限，壅水高度很小，上游沟口涵闸均在壅水影响范围线以外，对排洪基本无影响。2021年及以后年份由新、老河道共同泄流，极大地增加了过水面积，阻水面积可忽略不计，引江济淮输水渠道建成后对长河泄洪更有利，对梅林隔堤安全更有利。

4 防洪综合评价

（1）本桥梁是引江济淮工程的渠系交叉建筑物工程，是引江济淮工程交通体系的恢复措施，对广济圩梅林隔堤影响很小，符合安庆市城市防洪规划相关要求。因此本工程建设与现有水利规划是相协调。

（2）桥墩造成的桥前壅水作用，将会对桥位河段河道过流能力、滩槽分流比、水流流速等造成一定的影响。待新开输水渠道工程通水后，该段河道行洪断面将明显扩大，壅水影响基本消除。

（3）由于一般冲刷和局部冲刷的作用，对桥址附近河床形成淘刷，而水流流态的改变，有效过水面积的减少，桥址处流速的增大，对桥址附近岸坡及堤身也将产生冲刷。因此，桥梁的建设对河势的稳定和堤防的安全有一定不利影响，对河槽岸坡和堤防稳定不利。新开输水渠道工程投入使用后，该段河道行洪断面将明显扩大，桥梁建设对河岸和堤防的冲刷影响将大大降低。

（4）堤身是堤防工程稳定和管理运用的主要部位，在堤身布置桥墩，桥墩与堤防的连接处缩短了渗透路径，增加了堤防发生渗漏、管涌的可能性。拟建桥梁右（南）岸桥台占压梅林隔堤迎水侧堤脚，通过增强堤身断面防渗、岸坡防护等措施，能够消除桥墩布置对堤防的不利影响。

（5）桥梁北岸接新建引江济淮输水渠道右岸堤防，南岸接梅林隔堤，属于路系恢复工程，工程建成后，贯通了河道沿线交通道路，有利于汛期防汛通道畅通。工程建设期间未影响原有交通体系，对防汛抢险没有影响。

5 结语

跨河桥梁工程会改变原有河道水流形态，对河道排涝和河势稳定造成影响。结合引江济淮工程某桥梁的实际情况，从多方面对该工程防洪影响进行分析计算，根据计算结果进行防洪综合影响分析，并提出了相应的防治和补救措施，为其他相似工程的防洪评价提供了良好的借鉴