齐河黄河公路大桥建设防洪影响及补救措施分析

沙元杰，陈 彬

（山东黄河河务局供水局，250011，济南）

齐河黄河公路大桥是截至目前黄河上跨度最大的双塔斜拉桥，大桥全长3 767.9 m。桥位处于黄河下游济南段，该段河道狭窄弯曲，主槽变化多。大桥建成后，河道内桥墩的修建缩窄了过流面积，改变了河势，导致上游产生壅水，降低了设防标准，下游水流加快，冲刷加大，加剧了根石走失，极易造成坝身失稳甚至整体垮坝的险情，一旦此段河道失事，将严重危及省会济南的安全。因此，对大桥建设开展防洪影响评价并进行涉河工程防渗、加固处理十分必要。

一、大桥跨越处黄河防洪工程现状

齐河黄河公路大桥位于山东省济南市北店子至泺口铁路桥20 km内的黄河窄河段上首，在河道内布置1跨、2个桥墩，主槽内无桥墩，桥跨形式为180 m+410 m+180 m，主跨跨度为410 m，河道内2个桥墩墩型相同，为长方形墩，迎水方向宽18.2 m，顺水方向宽29.2 m，承台间距为5 m。

表1 桥位跨越河段险工、控导工程统计表

大桥跨越处河段河道长23.1 km，该河段黄河大堤堤距0.6～1.3 km，河槽宽0.3～0.8 km，比降约为万分之一，河道内滩地横比降为1/600左右。两岸险工毗连，遥相对峙，为河防工程控制严密的弯曲性河道。其中桥位处左岸为王庄险工，其上接南坦险工；右岸为北店子险工，下游1 km处为曹家圈险工（见表1）。王庄险工与曹家圈险工最窄处只有465 m。

表2 渗流稳定计算成果表

二、大桥建设对黄河防洪影响

齐河黄河公路大桥位于山东黄河大庞险工—李家岸险工河段内，该段河道为1855年（清咸丰五年）黄河在河南省兰考县铜瓦厢决口，夺大清河改道后形成的。经过多年的治理，该河段现已成为人工控制的弯曲性河段，两岸由险工、控导工程控制河势，河湾难以自由发展，中水河槽相对稳定。

1.大桥建设对河势影响

大桥建设对河势的影响主要体现在桥梁走向、跨径、桥墩形状等。桥墩轴线方向与中小水主溜线基本平行，与大水主溜线斜交角度6度，河槽摆动范围内有2个桥墩，在设防11 000 m3/s流量条件下，断面面积少了181.37 m2，相应流速增大 0.24 m/s。桥梁建成后，桥墩的挑溜作用使附近河段的河势发生变化，主流溜势左移，次坝靠溜变为主坝，正冲王庄险工#17坝头；受#17坝头影响，主溜线折向右岸，河势下挫，曹家圈险工#9～#21坝附近靠溜，大水时会造成曹家圈险工上首各个坝头吃溜过重，受冲部位的根石蛰动或走失，造成根石边坡变陡，使着溜险工稳定性降低，达不到稳定河势、控导主溜的目的，给防洪安全带来隐患。

2.大桥建设对防洪工程的影响

桥梁建成后，位于河道内的桥墩占据了部分行洪断面，缩窄了河道过水面积，将造成大桥上游一定范围内的水位壅高，壅水高度将影响两岸防洪工程的安全。为此，在桥位断面处按11 000 m3/s流量对因大桥建设造成的最大壅水高度和壅水长度参照 《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30—2002）推荐的公式进行分析计算。

通过计算分析，大桥建设在设防流量条件下，壅水高度为0.27 m，壅水范围5 400 m，工程桥位上游水位壅高，漫滩水量增加，降低设防标准；工程桥位下游流速有所增加，对堤防工程的局部冲刷增大，出险概率增加。

桥墩施工产生的震动、扰动会对大堤造成一定的破坏，模拟桥墩周围1m的松动土层采用沙壤土代替原土层，渗透系数取1.0E-03，进行渗流稳定分析计算，确定桥墩施工对堤身的渗透破坏程度。计算采用北京理正软件设计研究所编制的《渗流分析软件版》（有限单元法），典型断面渗流参数取用地质勘查报告中的建议值，根据《堤防工程设计规范》允许渗透坡降安全系数取2.5，计算结果详见表2。

通过计算分析，大桥建设后相应出逸点高度、出逸比降、渗流量相应均有所增加，验证了大堤临河堤脚、背河淤区桥墩的施工，能够破坏黄河堤防地质结构、缩短渗径，降低了黄河堤防抗洪强度，同时，承载桩埋置深度较大，破坏地基的相对不透水层，大水时易导致渗水管涌等险情，对大堤造成安全隐患。

表3 桥位处冲刷计算结果表

3.大桥建设对河道整治工程的影响

主槽冲刷深度的大小，取决于来水来沙条件、断面形态及附近河段河势变化情况，根据河道断面统测资料、河道工程处的根石探摸资料和历史大洪水资料对主槽和滩地进行计算分析确定。建桥后的总冲刷=自然演变冲刷+一般冲刷+局部冲刷。一般冲刷和局部冲刷的计算采用 《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30—2002）提供的相关公式计算，计算结果详见表3。

根据冲刷计算，因水流受桥墩的挤压壅堵作用，河槽单宽流量增加，局部水面比降加大，设防流量11 000 m3/s时局部流速由2.38 m/s增加到2.62 m/s，导致河床产生一定的冲刷。由于桥墩附近加大了的水面比降和流速，要经过一段距离的重新调整才能逐步恢复过渡到下游河流的自然形态。同时桥墩缩窄河槽，同流量流速加大，导致桥下游的王庄险工、北店子险工和曹家圈险工坝头冲刷加大，根石走失加重。

4.大桥建设对防汛抢险的影响

大桥建设期间，桥基础为水下工程，由于桥位附近河道窄、施工围堰等工程会缩窄行洪、过凌宽度和面积，对河道大洪水行洪、防凌带来一定影响，河道两岸河边堆积的一些施工物料、施工弃渣等也会影响洪水、冰凌顺利下泄。此外施工期间，过往的大型车辆会对堤顶道路造成一定程度的破坏，影响防汛抢险车辆的通行。

三、补救措施分析

综合以上河势变化和计算成果分析，需对大堤进行防渗加固处理，确保大堤防洪安全。主要工程内容包括：堤防加高工程、锥探灌浆工程、黏土环工程、险工加固工程。

1.黄河堤防加高加固

（1）黄河大堤加高

按照壅水高度和壅水长度的计算分析结果，在大桥建设位置处上沿5.4 km的范围对大堤进行加高帮宽。加高高度为30 cm，保持原堤顶宽度不变，背河需帮宽180 cm，确定工程实施土方量。但考虑堤顶已修建堤防道路，加高、帮宽土方暂放至左岸大堤淤背区，备编织土工布袋，如遇流量8 000 m3/s以上洪峰，根据工情、汛情适时在堤顶填土堆叠防洪。

（2）黄河大堤防渗加固

目前，针对大桥施工产生的扰动、渗漏问题，主要以截渗墙方式、锥探灌浆方式、设置黏土环方式进行处理。

①截渗墙方案。采用截渗墙方式加固具有消除堤身、堤基渗水等优点，尤其是可解决堤基强透水层漏水问题。在堤身和堤基设置截渗墙到相对不透水层，截断渗流途径，达到降低渗透流速、渗透坡降和出逸比降的目的，从而防止堤防发生管涌、流土滑坡等渗透破坏。该方案造价较高，且需要专业队伍施工。但由于工程量较小，调用专业队伍困难。

②锥探灌浆方案。锥探灌浆是在大堤上填充部分堤身空洞、缝隙等，可有效解决由基层土受到扰动引起的堤身裂缝。在黄河堤防加固中采用此方案较多，但只能解决堤身裂缝、孔洞问题，对于解决堤身土质不均、堤基渗漏等问题效果相对较差。

③黏土环防渗设计方案。黏土环方案是在淤背区内的桥墩桩基四周采用黏土进行防渗处理，能够有效解决因施工引起桥墩桩基四周土质松动造成的漏水问题，但该方案不能有效防止地基强透水层渗漏和因施工造成的空洞、裂隙等问题。

通过渗流稳定计算分析，现状堤身及工程实施后出逸比降均满足要求，大桥建成后堤身存在的主要问题是施工过程中震动、扰动对堤身的破坏，造成堤身出现空洞、缝隙及桥墩桩基四周渗漏现象。综合分析三种方案的特点，并根据工程实际情况选取锥探灌浆方案、黏土环防渗设计方案相结合的方式进行防渗加固处理。

黄河大堤灌浆孔按梅花形布置在两侧堤肩，各布置两排，纵向孔距为2.0 m，横向孔距为2.0 m。灌浆孔造孔深度为临、背河堤脚连线以下0.5 m。两岸临黄堤淤背区内的桥墩桩基四周采用黏土环防渗处理，宽2 m，高2.5 m。根据工程桥墩的布设情况，左岸淤区为4处、右岸淤区为3处。

2.河道整治工程加固

综合考虑冲刷计算结果、桥墩对河势的影响及下游段黄河复杂性及不确定性，对桥位下游王庄险工顶冲坝头进行加高加固；王庄险工、北店子险工、曹家圈险工部分坝头、坝岸进行根石加固。

图1 险工加固标准断面图

王庄险工北店子顶冲坝头加固采用沿黄大堤险工标准断面（图1）实施。坦石顶高程为现状高程+壅水高度，顶宽采用水平宽度1.0 m。外边坡放缓至1∶1.5，内坡按 1∶1.3。 坝体顶宽采用 10 m，非裹护部分边坡采用 1∶2.0，裹护部分边坡1∶1.5。坝体和坦石之间设水平宽1 m的黏土胎，根石台顶宽考虑坝体稳定及抢险需要定为2.0 m，根石坡度根据稳定分析成果结合目前实际情况定为 1∶1.5。

根据根石探测资料分析，王庄险工、北店子险工、曹家圈险工部分坝头、坝岸外边坡在 1∶1.2～1:8 之间，根据“有一补一”的原则，综合大桥对河势的影响，确定根石加固外边坡坡比为1∶1.5。根石台高度为6 m，宽度为2 m。

3.抢险道路修补

大桥施工期间，原则上不允许施工车辆通过，考虑大桥建设的必要性及工程实施的特殊性，允许施工车辆通过必要的堤顶道路，但要求建设单位根据工程实际情况，对因机械车辆通行而破坏的两岸大堤路面进行恢复。恢复标准为清理原路面，铺设黏层，路面面层为沥青混凝土路面，厚5 cm。

四、结 语

齐河黄河公路大桥建设推动了地方经济发展，也给河道行洪带来一定安全隐患。通过对大桥跨越进行防洪影响评价分析，开展工程补救措施是非常必要的。该截渗加固项目设计质量及技术标准满足《黄河涉河建设项目防洪补偿工程建设管理规定（试行）》要求，于 2016年5月开始施工建设，2017年9月竣工并通过验收。工程实施后，该段黄河大堤结构安全可靠，外表整洁美观，有效解决了建桥引起的水位壅高、冲刷加大等问题，为黄河防洪安全及大桥的顺利建设提供了有力保障。