桥梁工程施工对堤防安全的影响评价

黄华倡

(福建省融汇水利设计有限公司，福建 泉州 362000)

我国地处亚洲东部，大部分地区属于亚热带季风气候，因此每年都会因暴雨、台风等不良气候条件，使得洪水发生概率增加，对附近居民生产生活造成困扰。本文以泉州市某处桥梁为研究对象，通过对其地理位置、桥梁面积、结构、阻水性能等建设因素做出分析，探讨该桥梁在施工中的各项控制要点，并根据数据，对河道堤防工程的安全性做出有效评价。随雨季到来，防洪安全的相关要求逐渐增高，桥梁工程应不断优化建设施工技术，提高其防洪安全影响的综合评价指标，在此基础上，保持河道安全，维护居民利益。

1 桥梁概况

泉州市某桥梁项目，位处泉州市区的中心区域，该项桥梁工程作为为泉州市内通往博物馆的主要通道之一，在其建设中，要严格控制其建造、使用安全，保护居民安全，提高满意指数。该桥梁跨越了北渠，旧桥采用制式为1～16 m矩形板架梁桥，桥面总宽度为8.5 m，其断面型式为净-5 m的行车道路和2个1.75 m的人行道[1]。该桥梁工程跨越了下方渠道，其渠道底部宽度为7.1 m，顶面宽度为11.8 m。该项目工程秉承了河道管理条例，将建设工程目标定位于方便行人、车辆通行，且保障河渠道路通畅，能满足该条河道行洪指标。

2 场地地下水评价

拟建场地地下水类型主要为上层滞水、孔隙承压水和基岩裂隙承压水，杂填土①和中细砂③为透水层；淤泥②为相对隔水层；粉质粘土④、残积砂质粘性土⑤和全风化花岗岩⑥为弱透水层；砂土状强风化花岗岩⑦-1、碎块状强风化花岗岩⑦-2和中风化花岗岩⑧为弱～中等透水层。场地中地下水主要地下水类型主要为：

(1)赋存和运移于杂填土①孔隙和空隙中的上层滞水，并与邻近地表水体呈互补关系，接受大气降水及地下水侧向迳流补给，并通过蒸发及地下侧向迳流等方式排泄。杂填土①为透水层，且与地表水水体相通，该层地下水水量丰富，但季节变化明显。

(2)赋存和运移于中细砂③层土体孔隙中的孔隙承压水，主要接受地下水的侧向迳流补给或越流补给，并通过侧向迳流等方式排泄。属中～强透水层，水量很丰富，该层地下水水量较大，为主要含水段。

(3)赋存和运移于砂土状强风化花岗岩⑦-1、碎块状强风化花岗岩⑦-2和中风化花岗岩⑧层中的基岩裂隙承压水，该部渗透性主要受裂隙性质及发育程度控制，从揭示情况看，大部分地段虽然裂隙很发育，但多属压性闭合裂隙，渗透性差、水量不大，另有少部分地段张性裂隙发育，水量丰富。主要接受地下水的侧向迳流补给或越流补给，并通过侧向迳流等方式排泄。

根据该区域的水文地质资料及拟建场地的地质情况，经踏勘时了解场地周边及临近场地的地质资料，不同季节和条件地下水位将有所升降，预计近3～5 a地下水水位变化幅度为1.0 m左右，近3～5 a的地下最高水位标高约为3.76 m，场地地下水历史最高水位标高为4.06 m，河水抗冲刷线标高为-1.24 m。

3 桥梁工程对堤防安全的影响

3.1 堤防稳定

该桥梁横跨了北渠，左岸边为浆砌制式挡墙，右岸为块石护坡，其堤防安全工程项目需要针对挡墙、护坡结构进行分析，确保在行洪期间的堤岸结构保持绝对稳定。该桥梁在建设期间未占用河道的行洪断面，因此并不会对河道产生较大影响，也不会对北渠的河势有所阻碍。由此可知，堤防工程的稳定性保持，需要从对桥梁的堤身断面做出影响性分析，如果占用断面，则可能在建设中对渗流的稳定保持有一定影响，造成顺堤冲刷危害。另外，由于桥梁工程施工中，将紧邻堤防河滩位置上建造桥墩结构，则也有几率产生渗流问题，如在此建设中，不慎破坏堤外透水层，则将形成渗漏区域，造成流土破坏现象发生。图1为渠道截面图。

图1 该桥梁下方渠道截面图

3.2 河道防洪

该桥梁在建设中，避免桥墩结构过多压缩河道，使得河道正常运行中的过水断面受到影响，而产生桥梁建筑稳定、堤防不够安全等问题。另外良好建设中的桥梁工程，可在河道防洪中取得巨大应用优势，避免同一河道内的桥梁数量过多，或是相距较近，这将会在力学结构中，影响到相邻建筑构筑物的力学承载力表达，相互作用下，桥梁建设反而更加不够安全。当采用数学模型对该桥梁进行计算时，务必要将河道及其周边河道的行洪水位做以参考，比如桥梁工程在对河道壅水|产生作用时，该过程是叠加效应，应确保单一桥梁工程的作用可达到建设预期目的，因为全部桥梁涉水工程所能产生的综合影响，远比单一工程数据应用效果大。另外需注意的是，河道防洪工程在对河道壅水产生影响时，其作用效果随工程距离增大而减小，因此为了增强河道壅水效果，应注意该条河道内的桥梁间距密度。

4 河道堤防安全影响因素分析

4.1 河道行洪影响因素

河道行洪时，是对桥梁建设工程的一项最终考验，桥梁能否承受得住来自于行洪时的压力，并且保障该桥梁两岸堤防安全，是其最大检测目标。桥梁工程对河道行洪的性能体现，主要取决于桥墩的阻水比值、与水流所成夹角、具体型式等条件。

(1)对桥墩阻水比值的分析，河道堤防在平常中的安全隐患较低，但在行洪或是较大地质变动时，则会有较高安全工程隐患发生，因此在特殊情况下，需将桥墩结构对堤防安全的影响进行讨论。桥墩、桥台等结构是桥梁工程中会直接与河道流水进行接触的构筑物，其面积过大将会影响断面过流面积，由此使得水流经过桥梁期间，将会加大通过阻力，而且阻力越大，形成的水位壅高现象便越明显，所以为增加桥梁建设安全性保持时长，应将桥墩阻水数值在设计施工中减少。

(2)需要对桥墩和水流的夹角做出分析，将流水动力减轻，维护堤防安全。由数据可知，当夹角增大，桥墩阻水作用将会更大，与夹角为0时相比，当夹角为30°时，其阻水数值相当于将桥墩宽度增加了一倍，因此在桥梁工程的设计施工中减少夹角数值，将会对堤防安全产生一定安全保障。桥墩对水流的影响相对复杂，因为有众多影响因素，而夹角存在时，将会对水流的分散作用更大，不利于堤防安全。

(3)桥墩的自身型式也将会对堤防安全造成影响，其体现因素是在对防洪水位时的应用分析。使用物理模型，作桥墩型式不同对桥墩阻水数值的影响研究，在模型设置中，做出两种桥墩型式，分别为圆头和圆角，分析其水流冲击下的阻水情况。当流水途径桥墩时，可在墩头两侧形成流水绕流现象，并在桥墩两侧生成回流区域，当该区域宽度增加，则阻水数值由此增加，因此可判断，良好的桥墩型式使回流区域宽度减小，则堤防安全程度越高。模型实验结果是圆头桥墩的回流区域更小，证明流线型桥墩的防洪影响较小，利于堤防安全。图2为墩头绕流现象的示意图。

图2 墩头绕流现象示意

4.2 堤防安全影响因素

该桥梁工程的管桩施工过程，将产生挤土、振动等效应，对堤防结构稳定产生影响，挤土效应使得土的水平应力增大，超空隙水压力急剧变化，破坏堤防土体原有的结构[2]。而管桩施工是动态过程，现将动态施工过程中的施工荷载简化，用静力代替施工荷载，均匀施加到各土层中，求得施工过程中堤防的稳定系数。计算工况如下：

工况一：设计洪水5%左、右两岸堤防抗滑稳定安全复核。

工况二：设计洪水5%骤降至常水位左、右两岸堤防抗滑稳定安全复核。

堤防安全的影响因素包括：桥面荷载振动、桥梁结构和堤防工程距离过近、破坏不透水层、桥墩阻水数值过大等。因此在桥梁工程施工过程中，应保障施工技术的相应控制技巧，确保影响因素被有效避免，增大堤防安全。

5 桥梁工程施工技术控制要点

5.1 防洪标准控制

桥梁建设中，应参考该处的防洪标准，这是在桥梁工程开始前，必做的一项重点工作，只有根据堤防安全规划下的标准进行该桥梁的设计，才是对堤防工作的最大负责。当桥梁工程建设需要跨堤施工，则该位置下的河段防洪标准应取得上级部门的有效批复文件，再进行相关制定，若没有取得到及时的批复结果，则该位置下的防洪标准应按照历年防洪措施办法中的数据，进行具体分析、具体确定，而且标准制定不宜过低，以免造成堤防安全事故。

5.2 桥位选择控制

桥梁位置选择应遵循河道管理条例相关规定，该桥梁选择是在泉州市内博物馆前，该处河道位置相对顺直，且左右两岸原有结构相对稳定，因此选择该处有理论基础依据。另外北渠的河床性质体现较好，地质层稳定，其河槽深度达到了该桥梁建设要求，能在河道行洪期间进行大流量的输送。桥梁位置选择还应考虑河段影响，避免弯道、沙洲、汇合区域等位置，这是因为桥梁建设中，应保持对河流流速的控制，流速过大位置将会对桥墩结构造成巨大冲击力，选择不良河段，将使桥梁建成后的安全性能得不到保障，以此增加了堤防的不安全隐患。

5.3 桥墩布置控制

桥梁的桥跨布设应顺应河势，桥墩布设应避开主槽，在主槽摆动剧烈的河段，应根据主槽摆动范围布设桥孔，尽可能使主槽在桥孔内。当桥墩需要布置在堤身背水坡时，必须满足堤身抗滑和渗流稳定的要求。边墩离堤脚距离宜为边墩宽度(直径)的3～4倍，以减少桥墩冲刷坑对堤防稳定的影响。桥梁墩台顺水流方向的轴线与洪水主流流向宜小于5°，以避免对河势稳定产生不利影响[3]。

5.4 梁底标高控制

桥梁结构的设计过程，应考虑到堤防规划措施进行，为维护当地河道行洪时的最大便利，应提供较合理、科学桥梁梁底高度，充分满足防汛抢险需要。在梁底标高的确定中，需要将防汛通道位置进行提前预留，应满足净高度达到抢险时的车辆通行标准。另外需要考虑的是，当桥梁建设中，不能足够预留出车辆通行高度，可在堤防工程中的背水坡处，进行紧急防汛通道增设，或者采用上下堤通行的交通坡道形式，为桥梁运行减轻负担。

6 结语

综上，堤防安全工程的良好落实，有赖于桥梁施工中的技术应用情况，因此在桥梁工程建设中，应确保其对河道安全的有效控制，保障行洪安全。在桥梁工程技术的相关施工指标中，应着重关注防洪标准、桥位选择、桥墩布置、梁底标高等因素的管理控制，将桥梁建设工程立于民生角度上，持续开发当地堤防工程安全化的应用措施，保护河道行洪绝对安全，提高居民满意比例。