阜六铁路颍河桥对颍河防洪影响的防治与补救措施

2012-08-07梁小刚

治淮 2012年1期

梁小刚

新建阜阳至六安铁路设计从阜淮线袁寨站下行端引出，在阜阳市跨越颍上县境内的颍河，最后经宁西线引入六安站，全长约138km，总投资达42.6亿元。阜六铁路建成后，不仅将增强两淮地区煤炭外运能力，还有望成为华东铁路第三通道的一部分。

新建阜阳至六安铁路颍河特大桥自北（阜阳方向）向南（六安方向）依次跨越颍河左堤、颍河主河道和颍河右堤。沙颍河发源于河南省西部伏牛山脉，为淮河最大支流，河南省周口以上称沙河，周口以下统称颍河，沙颍河东南方向流经河南省鲁山、平顶山、漯河、周口，安徽省界首、太和、阜阳、颍上，于颍上沫河口入淮河，干流全长620km，其中安徽境内207km；流域面积39880km2，其中安徽境内4112km2。

根据《中华人民共和国防洪法》等有关法律、法规的规定：在洪泛区、蓄滞洪区内建设非防洪建设项目，应当编制洪水影响评价报告，并提出防御措施。为此，针对因阜六铁路颍河特大桥建设造成的影响颍河河道防洪、泄洪安全等方面的问题，很有必要采取补救措施。

一、跨河桥梁工程概况

阜六铁路颍河特大桥桥梁全长5540.16m，大桥孔数172孔，桥梁孔跨布置形式为：25-32m+1-24m+4-32m混凝土单线简支T梁（左堤内引桥）+（40+64+40）m双线混凝土连续梁（跨左堤引桥）+5-32m+2-24m+5-32m混凝土单线简支T梁（左堤外引桥）+（70+120+70）m双线混凝土连续梁（颍河主跨）+3-32m+1-24m+2-32m混凝土单线简支T梁（右堤外引桥）+（32+48+32）m双线混凝土连续梁（跨右堤引桥）+6-32m+2-24m+37-32m+33-24m+5-32m混凝土单线简支T梁+（40+64+40）m单线混凝土连续梁+27-32m混凝土单线简支T梁（右堤内引桥）。

桥梁共设桥墩桥台173个，0～31号布置在颍河左堤背水侧，32～45号布置在颍河左岸滩地上，其中36、37号跨越颍左生产圩堤，46和47号布设在颍河主槽之中，48～55号布设在颍河右岸滩地，其中48号位于颍河右岸生产圩堤背水侧，56～172号布设在颍河右堤背水侧。

二、防治与补救措施

1.堤身加固

根据沙颍河治理规划，淮北大堤颍左堤50年一遇规划堤防断面为：顶宽8m，迎水侧边坡1∶3，背水侧在堤顶以下3m处设2m宽平台，平台以上边坡1∶3，平台以下边坡1∶5，堤顶高程为设计洪水位加安全超高2m（即：31.97+2=33.97m）；颍河右堤50年一遇规划堤防断面为：顶宽6m，迎水侧、背水侧边坡均为1∶3，堤顶高程为设计洪水位加安全超高1.5m（即：31.97+1.5=33.47m）。

桥址处现状颍左堤堤顶高程33.36m，颍右堤32.86m，堤防现状断面达不到规划设计断面，为防止桥梁工程建设对以后的堤防加固施工产生影响，应在大桥施工的同时，先期对该跨越处堤防按照规划断面标注进行加高培厚。因两岸跨堤处大桥的桥墩均靠近堤防背水侧，而迎水侧桥墩与堤脚之间有一定的空间，因此，加固方法采用迎水面加培的原则，加固范自桥轴线上游25m至下游25m共50m长堤段（含过渡段）。

2.防渗处理

桥墩施工期间，采用灌注桩施工工艺，破坏了堤防的正常的土压力平衡，桥墩建成后，由于上部桥梁动荷载通过桥墩对桥墩附近堤身产生扰动作用，形成堤防与桩体间的空隙，缩短了堤防的渗径，并且易产生类似接触性冲刷等渗透破坏，从堤防安全防渗稳定安全考虑，需进行堤防渗流稳定计算。

（1）渗透稳定计算

①计算参数选取：与堤身及堤基渗流稳定计算有关的主要参数有土层分布、各土层的渗透系数及土层厚度等。计算断面各土层渗透系数参照《淮北大堤加固工程初步设计》中提供的各土层渗透系数，根据土层的地质特性，通过工程类比选定，桥墩附近可近似看作透水性较好的土层，渗透系数取桩体穿透所在土层10倍。

②桥墩位置：根据桥梁工程布置，31号桥墩布置在颍左堤背水坡堤脚处；32号桥墩布置在颍左堤迎水侧，其承台边缘距离堤脚9.74m；55号桥墩布置在颍右堤迎水侧，其桥墩距离堤脚4.3m，56号桥墩布置在颍右堤背水侧堤脚，占用了部分堤身断面。

③计算结果：采用“水工结构分析系统”（AUTOBANK）对颍左、右堤在50年一遇洪水位31.97m，相应背水侧无水工况下进行渗流稳定计算，结果为颍左堤最大水力坡降为0.37，颍右堤为0.54。根据《水闸设计规范》，堤身处粉土的允许坡降为0.4～0.5，颍左堤规划断面在设计洪水条件下其渗流是稳定的；颍右堤大于规范允许值，需进行防渗处理。

（2）防渗处理措施

①堤防防渗处理：通过渗流计算，颍右堤水力坡降大于规范允许值，为了有效降低桥墩处堤身和堤基强透水层的孔隙率，阻断渗流通道，提高堤身、堤基密实度，减小渗透量，对颍右堤桥位处堤防采取高压摆喷截渗墙处理，截渗墙布置在颍右堤迎水侧堤肩1.0m处，墙底深入相对不透水层1.0m，墙底平均高程为13.4m，墙顶高程为堤防加固后顶高程33.47m，截渗墙平均深20.07m。

②桥墩局部防护：近堤桥墩基础施工，不可避免地会对堤基产生扰动，可能引起局部渗透变形，对堤防安全构成威胁，故应对位于堤防安全保护范围内的桥墩基础（承台）作局部防渗处理。一般不透水堤基堤防安全保护范围为堤脚内外各100m，本次局部防护主要涉及颍左堤背水侧28～31号、迎水侧32～39号共12个桥墩；颍右堤迎水侧48～49号、54～55号、背水侧56～58号共7个桥墩。

防渗处理原则为：迎水侧采用截渗处理，从源头堵截渗流通道；背水侧采用导渗处理，将渗水安全导出降压，保护基土不随渗水流失而产生堤基渗流破坏。按此原则，对迎水侧桥墩承台的原基坑开挖扰动部位用复合土工膜作防渗处理，复合土工膜选用二布一膜,土工膜上部采用5cm粗砂保护层后，上部再回填夯实20cm的粘土封闭层，最上面用20cm干砌块石护面作为保护层，并起到防冲作用；对背水侧桥墩承台的原基坑开挖扰动部位用土工布作反滤保护处理，土工布上部亦采用干砌块石护面作为保护层。

3.行洪断面补偿

（1）阻水断面面积

由于桥墩阻水，减少了河道有效行洪断面面积，形成壅水，降低了河道行洪能力。根据本桥梁工程防洪评价报告，50年一遇洪水时，桥墩阻水面积272m2，占原有过水断面的6.2%，造成的桥前最大壅水高度为0.76cm，壅水曲线全长318.8m，。需进行河道断面补偿，以减小本工程对泄洪的影响。

（2）占用面积补偿

根据《中华人民共和国河道管理条例》等有关规定，建设跨河、穿河、临河项目应符合防洪规划，其占用的河道有效行洪断面应以补偿。补偿标准应不小于桥墩阻水面积的1.2倍，本桥补偿面积为272m2×1.2＝326m2。

颍河特大桥位于上下游两个正反弯道中间，跨越处河道相对较为顺直，主流线略贴近右岸，但右岸岸线已接近生产圩堤堤脚，无切滩余地，根据河势结合现状河道断面，拟采用于左岸切滩方案，以扩大主槽宽度，达到断面占用补偿、提高过流能力、改善水流条件的作用。

断面补偿切滩底部高程15.0～18.0m，开挖边坡1∶3，水上切滩最大宽度21.8m，补偿面积331m2，切滩范围为桥轴线上游150m至下游150m，为使水流进出平顺，上下游各设100m衔接段。

根据工程防洪评价报告中的冲刷计算，50年一遇洪水时，主槽局部冲刷线深度为2.28m，河槽局部冲刷对桥墩基础稳固性会产生一定影响。46和47号桥墩位于本次防洪影响处理设计的断面补偿切滩范围内，暴露在切滩线上，将来不仅阻水，且不利桥梁安全运用，应降至断面疏浚后冲刷线以下0.5m，建议值见表1。

4.岸坡防护

根据工程的防洪评价报告，由于桥墩束水作用，水流受桥墩的阻壅，河道水流流速增加，局部水面比降和流速加大，必将引起河槽及岸坡冲刷，高水位时还会波及堤防迎水坡，危及岸坡稳定和堤防安全，因此需对桥轴线上、下游影响范围内的堤防及河岸进行防护。

（1）护岸

根据桥梁平面布置图，桥址处于颍河上下游两个正反弯道之间，局部河势基本顺直，水流深泓线稍偏向右岸，受河势及弯道环流影响右岸有所冲刷，根据实测断面，桥址处左岸平均岸坡比1∶2.4，右岸1∶1.7，较陡，为保护岸坡稳定，对桥位轴线上游250m至下游250m（上下游各含100m长过渡段）范围内的颍河左岸，结合行洪断面补偿对切滩后的岸坡做水上干砌块石结合水下抛石固脚防护，护岸总长为500m。右岸因临河现有一道生产圩堤，且滩唇线距离生产圩堤不足7m，也应沿原始坡比进行防护，防护范围沿大桥轴线上下游各150m，总长300m。

干砌块石护岸顶高程平或略低于滩地高程，其中颍河左岸在切滩后滩地高程约30.34m，右岸现状滩地高程28.70m；勒脚高程按颍上闸上多年非汛期平均水位控制取24.0m；左岸边坡结合切滩为1∶3，右岸为原始坡比。顺水流方向每50m设一道顺坡向浆砌石条埂，坡长大于8m时，沿垂直水流方向每隔8m设置一道纵向条梗，条埂截面尺寸为0.4m×0.6m（宽×深，下同），勒脚、封顶、封边为M10的浆砌石，尺寸勒脚为0.6m×0.8m，其余为0.4m×0.6m；水下抛石左岸底高程结合切滩取15.0～18.0m，右岸取18.40m，坡比左岸为1∶3，右岸沿原始坡比防护。抛石护岸采用平顺抛护方式，一般抛石厚度按0.6m控制，为增强稳定性，底部设5m长平抛段，厚度增大到0.8m。

（2）护坡

为保证堤防安全，分别对桥轴线上下游各150m范围内的颍左堤、颍右堤的迎水坡做干砌预制混凝土砌块护坡，为连接平顺，上下游各增加30m长过渡段，护坡总长为720m。护砌顶高程为设计洪水位以上1.0m，即32.97m；护砌底高程根据滩地地形确定：颍左堤为28.15～28.69m；颍右堤为 26.50～27.31m，坡比均为1∶3。砌块护坡面层厚度0.12m，下设0.10m厚的碎石垫层，垫层与土基结合面铺设一层土工布，沿水流方向每20m设一道混凝土条梗，底部勒脚、上部封顶及条梗均采用C25现浇混凝土，截面尺寸为0.4m×0.6m，封顶及勒脚每隔20m设一分缝，缝内夹20mm厚闭孔板。