上海地区跨河桥梁涉河防汛论证要点分析

张 云，崔 冬，高晨晨

(1.上海市水利工程设计研究院有限公司，上海 200061；2.上海滩涂海岸工程技术研究中心，上海 200061)

上海地处长江三角洲东缘、长江和太湖流域最下游，三面滨江临海，容易受到风、暴、潮、洪四大灾害的袭击。上海境内共有河道(湖泊)共有47332条(个)[1]，是保障上海城乡防汛安全、服务区域经济社会发展、支撑内河航运、改善城市生态环境的重要基础设施。为加强河道管理，保障防汛安全，规范河道管理范围内建设项目，上海发布实施了《上海市河道管理条例》《上海市防汛条例》及《上海市跨、穿、沿河构筑物河道管理技术规定(试行)》 等相关法规。

河道管理范围内建设项目包括桥梁、码头、道路、渡口、管道等多种类型。随着经济社会的快速发展，城市道路建设不断加快，跨河桥梁作为道路建设的重要涉河构筑物数量不断攀升。由于跨河桥梁会缩窄部分河道断面，可能会造成一定防汛风险，需要开展专项涉河防汛论证。针对跨河桥梁的防汛论证问题，国内学者展开了诸多研究。李伦等[2]从选址、布置方式、控制参数等方面提出广东省主要河道管理范围内桥梁工程的防洪影响评价技术审查要点；李梦成[3]等以湖南省近几年已建涉河桥梁为论述基础，分析了其对防洪的综合影响，统计、计算了相关水利参数，提出了建桥应符合水利管理的水利技术参数和要求；赵旭东[4]等针对上海地区不承担航道任务的中小河道上跨河桥梁的梁底高程选取进行探讨。但针对上海地区跨河桥梁的防汛论证，上述研究仍缺乏针对性和系统性。

本文根据相关法规要求，结合上海地区多个跨河桥梁防汛论证实践经验，提出了上海地区跨河桥梁涉河论证要点，并以临港新片区芦潮港桥项目为例进一步阐述论证要点及方法，可为上海地区类似跨河桥梁涉河防汛论证工作提供参考[5]。

1 上海地区河网水系概况

1.1 全市河道总体情况

上海地处长江三角洲东缘，长江和太湖流域最下游，区域内河网密布，地势平缓，水力坡降小，水动力较差，自净能力偏弱，属于典型的平原感潮河网地区。

根据《2019上海市河道(湖泊)报告》，2019年，全市共有河道(湖泊)47332条(个)，河道(湖泊)面积共632.7938km2，河湖水面率9.98%(比2016年提高0.26%，增加河湖面积16.27km2)；其中河道46392条，长度29862.14km，河网密度4.71km/km2。两涨两落的潮汐周期，使大部分河流呈现往复流态[6]，水体流动较为复杂。

1.2 水利片概况

按照上海市水利总体布局，全市大陆区域内以黄浦江、苏州河、薀藻浜、淀浦河、太浦河、拦路港—泖河—斜塘、红旗塘—大蒸塘—园泄泾、胥浦塘—掘石港—大泖港、淀山湖、元荡等河道、湖泊及部分区界为界划分为11个水利片，崇明岛、长兴岛、横沙岛3个独立水系形成另外3个水利片，全市共划分为14个水利片，合计面积为6158.62km2，占全市陆域总面积(6340.5km2)的97.1%，如图1所示。

图1 2019年各水利片内河道(湖泊)面积及河湖水面率统计

水利片之间的河道(湖泊)统称为片界河道(湖泊)，一般无工程控制，水位直接受潮汐影响。2019年全市主要片界河道共8条，片界湖泊6个。水利片内河道(湖泊)不受外潮位直接影响，水位可以通过工程控制。2019年，各水利片内河道(湖泊)面积及河湖水面率统计情况，如图2所示。

图2 2019年各区河道(湖泊)面积、河湖水面率统计

1.3 相关规划

根据《上海市防洪除涝规划(2019—2035年)》：到2035年，区域除涝基本维持14个水利分片综合治理的布局，建成226条骨干河道，河湖水面率达到10.5%，主城区等重要地区除涝标准为30a一遇，其他地区除涝标准为20a一遇。

2 跨河桥梁涉河论证要点分析

2.1 论证依据

2.1.1相关法规

论证依据的法规主要包括《中华人民共和国水法》《中华人民共和国防洪法》《中华人民共和国河道管理条例》《上海市防汛条例》《上海市河道管理条例》《上海市河道管理范围内建设项目管理暂行规定》《上海市跨、穿、沿河构筑物河道管理技术规定(试行)》等。

2.1.2相关技术标准

论证依据的技术标准一般包括《防洪标准》《水利水电工程等级划分及洪水标准》《洪水影响评价报告编制导则》《城市防洪工程设计规范》《堤防工程设计规范》《水利水电工程施工组织设计规范》《水利水电工程围堰设计规范》等。

2.1.3相关规划及基础资料

论证所需的相关规划主要包括地区总体规划、水利规划等。论证所需的相关基础资料主要包括建设项目的地勘报告、设计方案、施工组织设计等，以及涉及河道的地形资料、河道蓝线、河道原设计资料等。

2.2 论证范围

论证范围应大于等于建设项目的影响范围。跨河桥梁防汛论证范围一般为桥梁投影面及其上下游可能受到冲刷的范围[7]。实际操作过程中，如影响范围小于30m，论证范围则取30m。

2.3 论证内容及要点

2.3.1建设项目规模复核

建设项目规模复核主要包括桥梁规模复核、河道规模复核[8]。

(1) 桥梁规模复核，应重点关注跨河桥梁总体布置中的桥梁跨径、梁底标高及桥墩设置是否符合上海市关于跨河建筑物要求的相关规定。比如尽量考虑一跨过河，尤其是规划河口宽小于等于22m时，如规划河口宽度大于22m且一跨过河难度较大时，中跨大于规划河底宽且不应小于16m。梁底标高应不低于防洪(潮)水位加安全超高、不低于规划河道堤防(防汛墙)顶高程等[9]。

(2)河道规模复核，应重点关注工程涉及岸段河道蓝线的符合性，即工程影响范围内河道护岸岸线布置是否已满足规划河道蓝线要求，堤顶高程是否满足设防高程要求。对现状河道已达规划要求的岸段进行安全复核，如安全复核达标则做好监测及保护措施，如安全复核不达标则按规划河道蓝线实施建设；对现状河道未达规划要求的岸段宜按照规划河道蓝线实施建设。

2.3.2施工期防汛影响分析

跨河桥梁施工期涉河论证主要分析围堰等临时建筑物的对堤防、护岸等水利工程及河道防汛安全的影响，以及施工进度计划的合理性[10]。

(1)桥梁施工对堤防、护岸等水利工程影响。施工期荷载发生变化，易对堤防、护岸等水利工程产生不利影响，宜通过安全复核确定墙后限载等措施；若施工过程中引起防汛墙破坏，需进行防汛墙专项设计并通过计算确定其结构稳定。

(2)临时工程对防汛安全的影响。跨河桥梁常用的施工临时工程为围堰结构，围堰会缩窄水流，引起河道流速变化、水位局部壅高。因此，需在保障围堰自身安全的情况下，分析其对河道过流能力、水流流速、水位壅高的影响；若对防汛安全产生不利影响，应及时采取补救措施。

(3)施工进度计划的合理性。上海地区位于长江和太湖流域下游，汛期易受风、暴、潮、洪等影响，涉水工程尤其跨河桥梁受到的影响较大，因此应该合理安排施工进度，桥梁涉水部分的施工应当避开汛期；若无法避开，宜优化施工进度计划，尽量减少在汛期的施工。

2.3.3建成后防汛影响分析

跨河桥梁运行期涉河论证主要分析建成后对河道防汛安全以及对防汛抢险的影响。

(1)对河道防汛安全的影响。跨河桥梁的建设，由于桥墩、桥台等结构存在，致使河道水面缩窄，流速、流态发生变化，桥墩处水位壅高，可采用理论公式或数学模型[11]的手段对阻水面积、水流流速、壅水高度及范围等进行复核计算。

(2)对河道防汛抢险的影响。河道两岸防汛通道距离跨河桥梁的梁底应该满足相关净空要求，减小对河道管理养护及防汛抢险的不利影响；部分中小桥梁受限于两侧接坡等因素无法满足净空的要求，宜在满足防洪安全的前提下采用桥头放坡或辅道绕行的方式减小对防汛抢险的影响。

2.3.4提出预防和减轻涉河工程对防汛设施安全影响的措施

一般可从施工措施、预防措施、监测措施、应急预案等方面提出具有实际指导意义的对策，保障跨河桥梁施工安全，有效预防和减轻跨河桥梁对防汛设施的影响，降低防汛风险。

3 临港新片区芦潮港桥项目实例分析

3.1 涉河工程概况

3.1.1涉河工程建设方案

芦潮港桥位于上海临港新片区芦潮港水闸引河段与河道的圆弧挡墙处，由西向东跨越芦潮港，是连接芦潮港地区及洋山特殊综合保税区的联络通道。道路等级为城市主干路；汽车荷载为城-A级；抗震设防烈度为7度；桥梁中跨>45m，梁底标高≥12.2m；桥梁设计安全等级为一级。

拟建芦潮港桥总平面布置，如图3所示。采用高架桥型式，涉及河道部分共计8跨，布置为3×25+46+2×25+30+35=236m，涉水桥墩采用桩柱式结构；桥梁下部结构总宽25m，桥梁与河道斜交角度为10°；桥梁中跨梁底标高为12.5m。桥墩采用盖梁、立柱、承台、桩相结合的钢筋砼桥墩；盖梁、承台均为矩形截面，立柱考虑对水流影响小的圆形；桥台采用埋置式桥台，设置浆砌块石护坡。

图3 芦潮港桥平面布置(单位：mm)

3.1.2涉河工程施工方案

芦潮港桥施工对河道产生影响的主要为临时钢栈桥及围堰。

(1)临时钢栈桥。根据施工组织设计方案，芦潮港临时钢栈桥全长约200m左右，桥面净宽6m，标准跨径为12m，每五跨设置一个制动墩。标准墩的结构形式为单排3根φ530mm×10mm钢管桩；制动墩的结构形式为双排6根φ530mm×10mm钢管桩。如图4所示。

图4 芦潮港临时钢栈桥平面布置(单位：mm)

(2)施工围堰。本工程芦潮港桥主墩承台位于河道中，施工时均需先施工临时围堰方能施工桩基承台。其中，19#～22#墩均采用双排 FSP-Ⅳ拉森钢板桩作为围护结构，如图5所示。

图5 19#～22#墩施工围堰布置(单位：mm)

23#墩距离芦潮港闸内引河圆弧浆砌石挡墙仅1m距离，考虑此处影响范围内挡墙拆除恢复重建与桥梁工程同步实施，采用筑土围堰，如图6所示。

图6 23#墩施工围堰布置图

3.1.3涉河工程施工进度计划

根据施工组织设计方案：2020年11月7日完成19#桥墩水下部分工作，2020年11月9日完成20#桥墩水下部分工作，2020年11月16日完成21#桥墩水下部分工作，2020年11月20日完成22#桥墩水下部分工作，2020年11月26日完成23#桥墩及水下部分及拆建挡墙工作，2020年11月29日完成24#桥墩水下部分工作。

3.2 工程周边防汛设施情况

3.2.1临港地区河网水系

临港地区现有水系是自然长期演变加人工改造的结果。整体上骨干河网基本成型主要河道有环绕北部的大治河，以及南北向的泐马河、白龙港、芦潮港、五尺沟、黄沙港等，东西向的芦潮引河、赤风港、团芦港、石皮泐港等。但现状河道分布不均，老成陆区多、新成陆区少、农村区域密、城市化区域少的特点。

3.2.2工程影响范围河道

芦潮港属于浦东新区规划次干河道，北起老团芦港，南至杭州湾，全长3.41km，规划口宽60m，底宽30m，底高程-1.0m，河道两岸各控制15m的陆域控制范围，属于规划Ⅶ级航道。芦潮港桥南侧为水闸引河段，河道口宽为65m，为浆砌石挡墙且采用灌砌块石进行了全断面护砌；桥梁北侧为芦潮港河道，河道口宽约99.4～175.4m，为生态护坡。

3.2.3芦潮港水闸

拟建芦潮港桥南侧约180m位置为芦潮港水闸，是沿杭州湾的重要排涝口门。水闸总净宽36.0m，分3孔，单孔净宽12.0m，闸室总宽41.6m；建成于2017年，投入使用约3a，至今运行良好。

3.3 项目建设方案规模复核

3.3.1桥梁规模复核

芦潮港桥为高架桥，涉及河道部分跨径为236m，大于规划口宽60m；中跨跨径为46m，大于规划底宽30m；中跨梁底标高为12.2m，大于4.80m；涉水桥墩为圆柱形且顺河道水流方向布置。桥梁总体布置符合河道管理的相关规定。

3.3.2河道规模复核

芦潮港桥影响范围内河道均满足蓝线规划要求。23#桥墩紧邻现状挡墙，建议考虑拆除约30m挡墙并结合桥梁工程同步设计、同步建设；其余岸段河道护岸做好监测措施；如遇险情应及时采取补救措施，减小桥梁建设对河道的影响。

3.4 芦潮港桥施工期防汛影响分析

3.4.1施工对堤防、护岸等水利工程影响分析

芦潮港桥施工期间施工机械及车辆可能会导致堤防、护岸后荷载增大。结合项目实际情况，经安全复核，提出施工期岸后限载为：10m范围内严禁堆载，10m范围内荷载5kN/m2，10m以外荷载20kN/m2。芦潮港桥23#桥墩距离河道护岸过近，可能会引起河道护岸坍塌等破坏，对影响范围内约30m护岸进行拆除重建设计：挡墙墙身拆除后，原桩基压入底板以下，新建挡墙采用灌注桩并避开原桩位，墙身采用直立钢筋砼结构。根据《堤防工程设计规范》对挡墙整体稳定及桩基承载力进行复核，经复核其结构满足安全要求。

3.4.2施工对防汛安全影响分析

本节采用二维潮流数学模型进行计算分析[12]。模型范围上至芦潮港桥以北约900m，下至芦潮港桥以南约300m，计算河段全长约1.2km；采用无结构三角形网格进行离散，桥墩附近最小网格边长为0.5m。模型上游边界采用芦潮港闸全开的流量570m3/s控制，下游边界按芦潮港潮位站平均低潮位0.23m控制。

(1)芦潮港桥施工引起流速变化分析。围堰及钢栈桥上游50m至闸前范围约20m范围内流速均有所增大，如图7所示。主槽最大流速约2.2m/s，且最大流速位置产生偏移；水闸前20m至闸门位置流态稍有变化，且相同位置处流速均增大约0.4m/s；闸门位置流速及流态未发生明显变化。根据计算，建议对流速大于0.8m/s且未设置护砌的范围采取保护措施；在对常用的护底措施对比分析后，推荐采用抗冲刷能力强、柔性好且水下施工方便的模袋砼护底结构。

图7 临时建筑物施工前后芦潮港水流流速及流态(单位：m/s)

(2)芦潮港桥施工引起的水位壅高分析。芦潮港桥围堰束窄河床，引起水位局部壅高，最大壅高值约0.11m，影响范围最大约50m，如图8所示。由于芦潮港两侧西侧道路高程约5.50m，东侧道路高程约8.30m，围堰顶高程约4.45m，因此桥梁施工引起的水位壅高对防汛影响较小。

图8 芦潮港桥围堰引起的水位壅高变化(单位：m)

3.4.3芦潮港桥施工进度计划分析

根据现场实际情况，芦潮港桥施工需跨越汛期，19#～22#墩围堰需度汛。施工单位编制了详细的防汛应急预案，配备了足够的防汛抢险人员、机具、材料，一旦出现险情应能够立即采取应急措施；同时优化了施工进度计划，保障其能在下一个汛期前完成涉水工程的施工，避免芦潮港桥施工跨越两个汛期。

3.5 芦潮港建成后防汛影响分析

3.5.1芦潮港桥建成后对河道防汛安全的影响

本节采用二维潮流数学模型进行计算分析，模型设置同3.4节。

(1)芦潮港桥建成后引起的流速变化分析。芦潮港桥桥墩占河道断面比例约为7.21%～7.29%，桥下平均流速增加值为0.2m/s，如图9所示。由于施工期对该部分河道采取了模袋砼保护措施，基本不会引起河道的冲刷；桥梁建设对闸内流速流态影响不大，水闸及闸前约30m范围内流速和流态基本不变；闸前约30m往北至桥位附近水流流速大小基本不变，但水流流向略产生偏移，建议加强对河道及水闸的监测与保护，避免冲刷引起不利影响[13]。

图9 芦潮港桥建设前后闸前水流流速、流态(单位：m/s)

(2)芦潮港桥建成后引起的水位壅高分析。建桥后受桥墩阻水影响，墩前水位有所壅高，最大壅高值约8cm，如图10所示。但壅高值随距桥墩的距离迅速衰减，在5m范围以外河道水位已基本不受桥墩影响，因此桥梁建设引起的水位壅高影响较小。

图10 芦潮港桥桥墩引起的水位壅高计算结果(单位：m)

3.5.2芦潮港桥建成后对防汛抢险的影响分析

芦潮港桥西岸为芦潮港围堤、东岸为世纪塘西侧堤，可兼作防汛通道。芦潮港围堤顶高程为5.50m，堤顶上方净空约7m；世纪塘西侧堤路面高程为8.3m，堤顶上方净空约5.3m。因此，芦潮港桥与堤顶防汛通道之间留有足够的净空，基本不会对防汛抢险产生不利影响。

3.6 预防和减轻涉河工程对防汛设施安全影响的措施

芦潮港桥建设对防汛设施的影响主要在施工期，重点是桥梁与护岸建设、河道护底建设以及现有防汛设施保护[15]，提出从如下几个方面预防及减轻其影响：①编制详细的施工组织设计方案，对现场防汛设施进一步探明核实；②做好防汛预案，配备充足的防汛抢险物资和器材，组织好抢险队伍，如遇险情可立即开展抢险工作；③委托第三方监测，内容包括河道挡墙监测、水闸监测、闸前水下地形、闸下冲淤监测等，监测数据能以最短的时间得到传递、反馈，以便调整参数、及时验证、补充完善，确保施工安全和工程质量。

4 结语

本文根据相关法规，结合上海地区跨河桥梁防汛论证经验，并以临港新片区芦潮港桥项目为例，提出并阐述了上海地区跨河桥梁涉河论证要点：①跨河桥梁规模复核应重点关注跨河桥梁跨径、梁底标高及桥墩设置等是否符合相关规定；②河道规模复核应重点关注桥梁涉及岸段河道蓝线的符合性；③跨河桥梁施工期应重点论证围堰等临时建筑物的对堤防、护岸等水利工程及河道防汛安全的影响，及施工进度计划的合理性；④跨河桥梁运行期应重点论证桥梁建成后对河道防汛安全以及防汛抢险的影响；⑤可从施工措施、预防措施、监测措施、应急预案等方面提出具有实际指导意义的对策，降低防汛风险。