石马河流域阻水桥梁防洪评价分析

王燕 李艳

摘 要：石马河流域内樟木头镇现有8座旧桥不能满足防洪要求，需对现有桥梁进行改扩建。该研究以圣罗兰桥为例，从阻水桥梁对石马河流域的壅水、河势影响、堤防稳定和河道冲淤方面的影响进行了系统分析，并根据旧桥阻水严重的情况及工程建設对河道的影响，提出了合理的安全防护措施。

关键词：防洪评价;阻水;河势影响

中图分类号 U442.3+3 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）05-0159-03

Abstract： The existing 8 old bridges in Zhangmutou town of the Shima river basin can′t meet the flood control requirements， existing bridges need to be renovated and extended. This study takes the Saint Laurent Bridge as an example， based on the analysis of the influence of blocked bridges on the stability of embankments and river erosion and silting in Shima River Basin， reasonable safety protection measures are put forward according to the serious water blocking situation of old Bridges and the influence of engineering construction on river.

Key words： Flood control evaluation; Water blocking; River situation impact

在河道管理范围内开展工程建设活动，往往会导致河道水流形态变化，不利于河道维持冲淤平衡，甚至有的工程会影响河道水质和河势稳定，对水利工程管理和防汛抢险有着较大影响[1]。根据《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》的相关要求，对于在河道管理范围内新建、扩建、改建的工程，编制防洪影响评价报告是取得主管部门行政许可的一项关键工作[2，3]。跨河桥梁的建设因在河道管理范围内设置墩台，将对河道防洪安全产生影响，主要表现为：形成新的渗流通道，影响堤身渗流稳定;占用河道过流面积，影响行洪和防洪;可能占用防汛通道，影响抢险和日常维护;桥梁施工，对行洪和河道水质可能产生影响等[4]。因此，对桥梁工程进行防洪影响评价，不仅是保障工程安全的样重大任务，也是水行政主管部门审查的重点[5]。

目前，我国对于桥梁工程的防洪评价的探讨范围包括洪水演算、洪水灾害、壅水计算和河道管理等[6]。本研究以圣罗兰桥为例，从阻水桥梁对石马河流域的壅水、河势影响、堤防稳定和河道冲淤方面的影响进行了系统分析，为相似类型项目的研究提供参照。针对防洪影响评价结论，分析工程建设可能出现的隐患，提出合理的安全防护措施，为工程的建设提供技术支撑。

1 项目基本情况

石马河位于广东省南部，自深圳市流经东莞市，汇入东江。目前，流域综合整治工程正在逐步实施，设计防洪标准为50年一遇。根据设计水面线成果，现状樟木头镇部分沿线桥梁共10座，其中8座不满足河道防洪要求，成为河道范围内严重阻碍行洪的建筑物。

圣罗兰桥为石马河8座阻水桥梁中的1座，本研究以该处桥梁为例，对石马河流域阻水桥梁防洪影响评价的主要技术内容，分析关键节点。该桥梁行政区划属樟木头镇圩镇社区，河道桩号SMH17+500处，是东城路和西城路的分界点，属改扩建项目。圣罗兰桥改扩建后跨径175m（7m×25m），与河道正交布置，桥宽38.5m，上部结构采用后张法预应力小箱梁，下部结构采用柱式墩、桩基础，桥台采用U型台接桩基础。

2 防洪影响评价

2.1 壅水 研究表明，桥梁阻水主要是由于河道内桥墩、桥梁跨径等的作用引起的[7]。由于大范围一维网河水流数学模型建立在较为成熟的数值计算方法、较完整的地形测量和水文测验资料的基础上，且在防洪影响评价中得到了较为广泛的应用，本研究采用一维网河数学模型的计算结果进行工程壅水的影响分析。控制方程如下：

研究的边界条件为：计算范围内从河道拟建工程处往上推算，河道总长约1.2km，概化为8个断面。将桥梁工程概化为闸与堰的水工组合建筑物，水位低的时候，水流过闸或过涵，当水位较高时，变为闸孔出流或者涵的有压流，同时出现堰流。糙率取0.026～0.028。结果表明，上游水位下降最大约0.03m，随着断面与拟建工程距离的增加，水位变化值逐渐减小（见图2）。

2.2 河势影响 本研究采用二维平面模型模拟石马河流场的变化情况，其基本方程由水流连续性方程和运动方程组成：

在工程上、下游共布置41个采样点，模型计算时，采用封堵网格法对拟改扩建桥梁工程的桥墩进行概化，桥墩网格采用0.3×0.3m正方形网格，糙率取0.026～0.028。通过分析和比较拟建工程兴建前、后采样点处流向、流速变化，判断工程建设对河势的影响。

2.2.1 流向变化 工程所在石马河在桥址附近洪水期间主流方向约42°。拟改扩建圣罗兰桥桥墩轴线与河道主流一致，工程实施后，因桥墩的阻水束流作用，改变了桥墩附近的水流流态，流态改变显著的区域集中在桥墩周围。通过采样点流向变化分析，改扩建工程建成后，河道中除新建桥墩周围及拆除现状圣罗兰桥桥墩周围外，河道的整体水流流态变化较小。其中，位于桥墩周围的6#采样点流向变化最大，流向变化为4.02°，所有采样点流向变化均在均5°之内。现状圣罗兰桥和管线桥拆除后，河道水流将顺畅。

2.2.2 流速变化 工程建设后，桥墩的阻水束流作用，会引起工程附近流速大小的改变，流速变化较大的区域局限在桥轴线上下游附近。设计防洪标准50年一遇时，工程后桥轴线位置流速变化较大，位于桥墩周围的11#采样点流速减小值最大，流速变化为-1.09m/s，7#采样点流速增加值最大，流速变化为1.33m/s ，随着采样点与桥梁的距离增加，流速变幅逐渐减小。受桥墩的阻水作用，桥墩轴线上下游各采样点流速均有所减小，位于河道主槽的桥墩上下游流速减小的范围在上下游30m内，其流速变化均小于0.5m/s，随着采样点与桥梁的距离增加，流速变幅逐渐减小（见图3）。

模拟分析结果表明，受拆除桥梁及建设新桥的影响，工程建设前后流速变幅相对较大，但由于新建桥墩顺水流方向，工程建成后有利于河道的流态。因此，工程建成后对石马河的河势无明显的不利影响。

2.3 堤防稳定性 本研究结合工程实际，选取桩号14+800右岸、16+200右堤2个典型断面，分别计1#断面，2#断面。采用瑞典圆弧滑动法，正常运用条件设计洪水位骤降期的临水侧堤坡和非常运用条件Ⅰ施工期的临水侧堤坡情况下，分别计工况1、工况2，对2种工况下典型断面的抗滑安全系数进行计算。设计参数地面超载取Q=18kN/m2，2级堤防土堤正常运用条件抗滑安全系数1.25，非常运用条件抗滑安全系数1.15。1#断面工况1、工况2的加抗滑稳定安全系数分别为1.455、1.166，2#断面工况1、工况2的加抗滑稳定安全系数分别为1.275、1.160，堤防整体稳定满足规范的要求。

2.4 河道冲淤 河床形态处在不断的冲淤变化过程中，河道桥梁的建设，破坏了河道原有的动力平衡，由于桥墩对过水断面的束窄，在桥下产生冲刷，其冲刷深度为河床演变、一般冲刷和局部冲刷深度的综合[8]。采用《河道管理范圍内建设项目技术规程》（DB44/T1661-2015）和《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30—2015），分别对桥梁的一般冲刷和桥墩局部冲刷进行计算。工程P=2%设计洪水流量为2801m3/s，拟改扩建工程处河宽约168m，通过计算，圣罗兰桥一般冲刷深度为0.36m，桥墩附近局部冲刷坑深度为0.58m，冲止流速1.61m/s。拟改扩建工程桥墩直接连接桩基础，未设置承台，且河道的冲、淤在洪、枯期间交替发生，河道的冲刷不会对行洪产生明显不利影响。

3 结论与建议

3.1 结论 圣罗兰桥桥墩轴线与石马河流向一致，阻水严重。根据圣罗兰桥改扩建方案，工程建成后河道行洪断面阻水比为5.11%，50年一遇设计水位为15.44m，跨河桥梁梁底最低处高程16.346m，能够满足防洪水位要求。工程有6组桥墩落在行洪河道断面中，有一定的阻水束流作用，但桥墩轴线布置基本与岸线平行，且桥墩形状为圆形，工程的建设对水流流态的影响较小，也不会改变原有的河道岸线布局。石马河为山区河道，50年一遇洪水时，设计河道条件下，工程建设引起水位略下降，能够满足规范的壅水控制要求。

3.2 建议 桥梁下部结构施工安排在非汛期进行，并做好交通疏导和汛期施工防洪应急预案。施工过程中，协调工程建设与周边管线之间的关系，妥善处理建筑垃圾。施工结束后，及时清理施工平台等阻碍行洪的障碍物，并清淤至设计河底高程。

参考文献

[1]董胜男.跨河桥梁对河道防洪影响评价问题的研究[D].济南：山东大学，2010：3-8.

[2]王鹏全，吴元梅.跨河桥梁工程防洪评价关键技术框架与应用[J].中国农村水利水电.2020（10）：41-53.

[3]罗少彤.河道管理范围内建设项目防洪评价报告的编制[J].广东水利水电，2007（6）：36-37.

[4]李伦，张庭荣，郑国栋，黄东，岑栋浩.跨河桥梁工程防洪影响评价技术审查要点浅析[J].广东水利水电，2015（7）：36-37，47.

[5]王旭，张凤华，马松根.桥梁工程防洪影响评价需要注意的几个问题[J].河南水利与南水北调，2012（15）：39-41.

[6]何彬.库区河道桥梁防洪评价研究——以兰州至永靖快速通道为例[D].兰州：兰州大学，2013：2-4.

[7]丁伟，唐洪武，戴文鸿，等.涉河桥梁阻水影响因素研究[J].水利水运工程学报，2011（4）：52-56.

[8]胡敏.浅谈跨河桥梁工程防洪影响评价[J].安徽建筑，2013（5）：355-356.

（责编：张宏民）