广东某桥梁工程对河岸堤防的影响分析

李辉云

（广东省源天工程有限公司珠海水电分公司，广东 珠海 519000）

1 工程概况

广东某特大桥位于汕头市龙湖区，全长约1.40km。桥梁工程投运后，将极大完善地方交通建设，完善片区路网并解决对外交通通道的需求，带动片区经济发展。建成通车后，两岸的行车时间将极大缩短，对地区经济社会发展有积极促进作用。

本实例桥梁工程的建设施工与运行将占用所在河道，并影响河道正常过流。本文通过查阅和总结文献[1-5]，了解桥梁工程对河道行洪、排涝、防汛等方面产生的不利影响，通过该桥梁工程在建设期、运行期对河岸堤防稳定的影响进行分析，以期为河岸长期安全运行提供参考。

2 对河岸堤防的影响分析

分析主要考虑该永久桥梁工程对河岸堤防渗流稳定的影响。堤防稳定计算采用简化毕肖普法，此方法适用于计算各种均质、非均质斜坡的抗滑稳定性或建筑物地基稳定性。此次计算考虑渗流作用影响。研究区处于地震基本烈度Ⅶ度区，地震动峰值加速度为0.10 g，根据堤防等级及堤防高度，大桥建设期可不考虑地震对抗滑稳定的影响。

2.1 计算方法

2.1.1 稳定渗流期有效应力计算方法

对于稳定渗流期的有效应力法计算示意图参见图1，计算公式见式（1）。

图1 稳定渗流期圆弧滑动条分法计算示意图

式中：K—土坡抗滑稳定系数；

W—土条自重，kN；

V—垂直地震力，kN；

α—土条滑动面的法线与竖直线的夹角；

u—作用于土条底边上的孔隙水压力，kN；

b—土条宽度，m；

c’—土的有效凝聚力，kN/m2；

R—滑动圆弧的半径，m；

Mc—土条中心至滑动圆心的垂直距离，m。

式（1）的孔隙水压力和土条自重分别按式（2）、（3）计算。

式中：u—孔隙水压力，kN；

rw—土体饱和容重，kN/m3；

H—条块底部中点至浸润线的距离，m；

Z—条块底部中点至坡外水位的距离，m；

W—土条自重，kN；

W1—浸润线以上的土块湿重，kN；

W2—浸润线和外水位之间的饱和容重，kN；

W3—外水位以下的浮容重，kN。

2.1.2 水位骤降期有效应力计算方法

水位下降有水位骤降和水位缓降两种情况。水位骤降，一般指水位迅速降落，没有显著的水量从土中排出，土体仍处于饱和状态，边坡内浸润线基本保持不变。水位缓降，自由面有显著下降。通过查阅边坡稳定性分析文献[6-8]，相关研究表明水位下降时，边坡的最不利情况为水位骤降引起的滑坡。其主要原因是，由于内部超孔隙水压力增加，土体有效应力降低。对于水位骤降期的有效应力计算示意图参见图2。为安全考虑，假定浸润线的位置没有随水位下降而改变。

图2 水位骤降下边坡稳定计算方法示意图

（2）式的孔隙水压力表示为：

式中：H—条块底部中点至骤降前浸润线的距离，m；

Z—条块底部中点至骤降后坡外水位的距离，m。

对于（1）式中土条自重W 表示为：

式中：W1、W2和W3含义与式（3）相同；

W4—降水位前，浸润线以上的土块湿重，kN。

将式（4）、（5）、（6）代入式（1）可求得水位骤降下的抗滑稳定系数。

2.2 计算工况及水位组合

根据《堤防工程设计规范》GB 50286-2013[9]，本文选取多种不利的水力边界条件（见表1）进行拟建工程堤防的抗滑稳定分析。

表1 堤防稳定性计算工况

2.3 典型计算剖面

根据桥梁工程布置图，选取两侧岸堤典型、具有代表性剖面。选取的桥位堤防稳定复核计算剖面见图3。

图3 桥位堤防标准剖面图

2.4 堤防稳定计算成果

根据勘测设计单位提供的勘察成果，获取了堤防计算所需的物理力学参数，见表2。

表2 土层主要物理力学参数取值

该堤防所在河段的防洪标准为50年一遇洪水标准，依据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）的要求，土堤抗滑稳定安全系数取值标准如表3 所示。基于此，各工况下堤防边坡稳定计算成果及其与规范标准的要求比较结果见表4。典型计算剖面见图4。

表3 土堤抗滑稳定安全系数

表4 堤防边坡稳定计算成果表

图4 典型计算剖面图（工况1）

从表4 计算结果可看出，在各工况下，拟建桥梁工程堤防抗滑稳定安全系数均满足规范要求，但两岸堤防迎水坡在个别工况下的安全系数偏低，安全裕度较小。为保障堤防安全，建议对堤脚处采取抛石挤淤措施进行防护处理。此外，桥位处堤防考虑适当的加固防护措施。

2.5 钢板桩强度及稳定性分析

由于桥梁左幅桥5 号桥墩承台位于一八围背水坡后平台，且承台一角已侵入坡脚最大0.7 m，施工期采用钢板桩围堰，将整体挖进堤脚位置接近3 m，对堤防造成破坏，可能影响堤防的安全稳定。根据设计院分析成果，5 号墩承台施工为陆地基坑，采用IIIW 钢板桩，共设置一层支撑，封底厚0.5 m。基坑安全等级为三级，支护结构构件按承载能力极限状态设计时，其结构重要性系数为1.0，作用基本组合的分项系数1.25。按安装一层支撑后围堰内开挖至基坑底为不利工况，计算得第一层支撑处反力为52.9 kN，最大弯矩145.3 kN·m，弯曲应力58.7 MPa，钢板桩最大位移20.7 mm。5 号承台围堰一层围檩采用HW400*400 型钢，内支撑采用直径529*8 钢管，计算围檩内支撑最大组合应力215 MPa，最大剪应力125 MPa，围檩最大变形1.96 mm。从结果汇总可知，钢板桩的强度及稳定性满足规范要求。

综合考虑，施工期和运行期拟建工程基坑开挖、围堰施工不致造成堤防的稳定破坏，但工程施工扰动堤防结构，会对堤防渗流安全和边坡稳定产生一定影响。建议先对钢板桩上游侧进行灌浆处理，经检验合格后方可进行下一步的打桩和开挖施工，施工过程中应严密观测堤防渗流和变形。此外，桥墩施工完成后再对桥墩及承台、桩基周围采取注浆加固措施。

3 结论及建议

根据计算结果，拟建桥梁工程河段堤防稳定性在各工况条件下均符合规范稳定标准，工程基坑开挖、围堰施工不致造成堤防的稳定破坏。在施工过程中，应加强堤防稳定监测，尽可能减少机械施工对堤围的振动造成的破坏，如出现变形和破坏情况，需及时修复和加固堤防，以确保堤防稳定。