桥管跨河工程防洪影响分析及防治措施

林天宇，臧振涛，衡阳，吴阳锋

(1.中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014；2.浙江水院勘测设计研究有限公司，浙江 杭州 310018；3.浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心，浙江 杭州 310012)

1 工程概况

1.1 工程建设项目概况

城北水厂及城乡供水管网配套工程主要建设内容包括水厂和配水管道、供水管道和泵站等。其中部分输配水管管径介于DN600 ～ DN1400之间，管线先后穿过浦阳东江、浦阳江西江、渎溪江、浦阳江、洪浦江、开化江等河道，穿越河道方式主要包括大开挖、桥管、牵引管等。

1.2 桥管跨河段基本情况

工程中涉及桥管跨越河道施工的管线主要包括街亭镇的璜山江、开化江以及三环西线的冠山溪、渎溪江等河道。桥管布设时，其标高原则上按不高于三环线桥顶面标高考虑，桥管采用桩基支撑，施工流程主要包括：①施工准备；②钻孔灌注桩；③承台及支墩的浇筑；④焊接管道；⑤安装管道吊装。

2 桥管跨河工程防洪评价计算

2.1 桥涵水位壅高计算

结合工程实际情况，在进行淹没范围进行估算时，需对桥涵壅水水面沿河段的高度以及水面曲线进行计算。目前，河道水面曲线的常用计算方法主要包括试算法、迭代法和图解法。文章结合工程实际情况，利用桥涵的上下游有效断面流速水头差，采用试算法对壅水高度进行计算。

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2.2 河床冲刷计算

2.2.1 一般冲刷计算公式

针对中黏性土河床的一般冲刷问题，根据《公路桥位勘测设计规范(JTJ 062-91)》中的有关公式进行计算。

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式(4)中：hfp是桥下断面一般冲刷后最大水深；A是单宽流量集中系数，A=1.00～1.20；Bc是桥下河槽部分桥孔过水净宽；hc桥下河槽平均水深；Q2建桥后河槽部分通过的设计流量；μ是桥墩水流侧向压缩系数；hmc是桥下河槽最大水深；qm是桥下断面最大单宽流量；IL是冲刷坑范围内黏性土液性指数，在该公式中IL的范围是0.16～1.19。

2.2.2 局部冲刷计算公式

针对工程中重要大桥黏性土河床的局部冲刷深度问题，根据《公路桥位勘测设计规范(JTJ 062-91)》有关公式进行计算。

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2.3 防洪影响分析计算结果

根据上述计算方法，桥管建设前后河道过水断面面积、壅水、冲刷和占用河道水域面积计算成果见表1。

表1 桥管跨河防洪影响分析计算成果表

根据《浙江省涉河桥梁水利技术规定(试行)》规定：“跨越Ⅲ级及以下堤防以及无堤防河道的桥梁的阻水面积百分比≤6%，不得超过8%”。表1中数据显示，桥管跨河工程实施后，跨河桥管附近的阻水面积百分比为3.95%～5.33%，小于规定要求6%。

3 防洪综合评价

此工程桥管实施后，由于水流过桩后流态发生变化，水体受桩墩阻碍影响，流态会转变为下移螺旋流、侧向绕流，使得桩墩两侧区域产生冲刷现象，当冲刷时间久、冲刷力度大时，便会对桩墩周围床面造成冲刷破坏。而对于水体中的马蹄形漩涡，当其作用至防洪堤底脚时，会对其产生冲刷破坏，导致堤脚的防冲设施产生破坏，最终使得堤身迎水侧斜坡发生决裂，防洪堤遭到破坏。

同时，璜山江桥管、渎溪江桥管桥墩位于防洪堤堤身范围内，桥墩桩基施工及桩基局部冲刷均对防洪堤安全运行产生不利影响，因此建议调整管桥布跨，桥墩避开堤身布置。

4 桥管跨河工程施工影响的防治措施

4.1 加固补救措施

遭遇20年一遇洪水冲刷时，璜山江桥管、开化江桥管、冠山溪桥管、渎溪江桥管桥墩附近河床最大冲刷深度分别为0.83、0.75、2.30、0.69 m，桥墩冲刷坑破坏原有防洪堤底脚防冲结构，危及堤防安全运行。建议桥墩采用顺水流方向布置，并采取相应补救措施，各河道加固措施具体为：

①璜山江左岸涉河桥墩上下游各20 m范围内抛填大块石水平防冲保护，抛石宽度20 m，抛石厚度1 m；右岸涉河桥墩避开堤身布置。②开化江左右两岸涉河边墩采用抛填大块石水平防冲保护，抛石范围为桥墩上下游各15 m，抛石宽度10 m，抛石厚度1 m。③为保证冠山溪桥管桥墩运行安全，建议调整桥墩桩基钢筋混凝土基座埋设位置，基座顶部覆土厚度≥2.50 m。同时，在桥墩上下游各20 m范围内抛填大块石水平防冲保护，抛石宽度10 m，抛石厚度1 m。④调整渎溪江管桥布跨，桥墩尽量远离防洪堤，以减轻桥墩冲刷坑对防洪堤的危害。若桥墩必须布置在堤身时，应做好两岸堤防的防护措施，确保两岸堤防的安全。

4.2 桥管施工期防治措施

跨河桥管施工期，在河道范围内堆放施工器材、工具、修筑施工围堰等临时设施均会降低河道行洪能力。建议施工单位结合工程的地理位置，有针对性地编制施工方案；方案中的建筑料堆放场远离河道设置；同时，合理安排施工期，尽量避免汛期施工；汛期前，应排查、清除河道中的阻水设施，保证河道的过水能力；若需汛期施工，则施工单位应及时编写汛期施工方案，并报主管单位批准；汛期施工时，需加强雨情、水情监测和洪水预报，加强工地巡视检查，发现险情应及时上报，并立即采取抢险措施。主要措施如下：

①项目法人、施工单位应结合工程需求，成立切合实际的防汛组织机构，明确主要负责人的职责。②汛期施工，需按已批准的汛期施工方案进行施工。③加强天气雨情预报，关注上游水情预报。④施工弃渣(含临时堆放)不得弃于河滩等行洪通道中。⑤确保施工单位的人员、财产的安全，上、下游人民生命财产的安全。

5 结论

文章结合城北水厂及城乡供水管网配套工程建设，对工程中桥管跨河工程进行防洪影响评价，并结合工程实际情况，提出相应的防治措施，主要结论如下：

①工程区域河道遭遇设计洪水冲刷时，桥管所在河道水位壅高0.04～0.07 m，建桥前后过水断面面积减小3.95%～5.33%，河道水位及过水断面面积变化的幅度均较小，满足规范要求。②桥管施工期桥墩阻水对行洪影响较大，若阻水的临时设施不能在汛前拆除，建议有关部门做好桥管施工组织设计，制订度汛方案对策，并上报水行政主管部门批准，以确保河道防洪安全和桥管施工安全。