跨河桥梁防洪影响评价指标体系研究

跨河桥梁防洪影响评价指标体系研究

0跨河桥梁防洪影响评价的内容和方法近年来，国家加强了基础设施建设，中央和地方出现了新的基础设施建设、新的铁路和公路扩建等交通工程的高潮。跨河桥梁是交通工程建设的重要渡河建筑物,桥梁一般跨越河流,侵占行洪面积,壅高上游水位,改变局部流态,给河道行洪和两岸堤防安全造成影响;洪水在桥墩及桥梁防护部位产生局部冲刷,危及桥梁自身安全。为保障河道行洪安全和桥梁安全运行,对跨河桥梁开展防洪影响评价,是论证桥梁建设是否可行的一个重要环节,是保证河道行洪和堤防安全以及桥梁安全运行的关键,也是水行政主管部门对桥梁建设审查的重点。目前评价单位掌握资料千差万别,编制水平参差不齐,编制的报告内容相差较多。如何建立一套跨河桥梁防洪影响评价的具体内容和指标体系,规范评价计算内容,有针对性的提出评价结论和建议,提高评价报告的质量和水平,更好地为桥梁设计提供依据,成为摆在研究和评价人员面前一道急需解决的课题,是跨河桥梁防洪影响评价的研究方向。目前水利学界对此尚缺乏系统的研究,笔者结合近年来的工程实践经验,通过建立跨河桥梁防洪影响评价的基本框架和指标体系,就跨河桥梁防洪影响的评价内容、评价指标、评价计算方法进行系统的分析,并给出常见的防治措施,与广大工程设计人员商榷,为今后开展评价工作提供参考。1防洪内容及评价指标1.1桥梁建设与防洪计划的关系以及实施对计划的影响1.1.1防洪规划的影响主要是采用防洪规划的成果评价桥梁设计方案采用的设计(校核)洪水标准、桥梁结构形式和具体布置是否满足防洪规划的总体要求和整治目标;评价其是否影响该河段防洪规划的实施,或者增加防洪规划实施的难度;评价其在规划实施后对河道行洪安全的影响;评价在桥梁使用期间对新一轮规划实施是否有影响,同时应评价桥梁建设对现状河道的影响;评价其是否符合地方水利部门的有关管理规定。1.1.2梁底高程和底高桥梁设计(校核)洪水标准是否达到规划(现状)标准以及相关规范的规定;桥梁长度是否保证泄洪断面宽度满足泄洪要求;梁底高程是否高于设计(规划)洪水位加波浪爬高及安全超高;梁底与规划(现状)堤顶之间净空高度是否满足规范要求;桥梁墩台是否位于堤身设计断面以外,是否影响日后堤防的加高,等等。1.2桥梁建设对河流洪水影响的评价1.2.1工程布置对河道洪水的影响主要评价桥梁建设对桥位河段河道的泄洪能力、滩槽分流比、主槽流速等造成的影响;评价桥梁占用河道过水断面的阻水比;评价桥梁设防标准、结构形式及工程布置对现状河道、防洪规划实施后河道乃至大桥运行期内新一轮防洪规划实施后河道泄洪的影响;根据施工组织设计评价工程施工期设防标准、施工临时工程、施工工艺以及工期安排对河道行洪的影响。1.2.2墩墩型、结构尺寸、桥墩跨布置情况桥梁轴线之法线(即桥墩走向)与河道水流夹角是否相同或控制在5°以内;桥墩墩型、结构尺寸、桥墩数及桥跨布置是否合理;壅水高度及壅水曲线长度是否满足行洪要求和规范超高要求,并保证堤防工程安全;施工期设防标准是否达标,施工临时工程是否影响行洪,工期是否尽量安排在非汛期,度汛方案是否合理等。1.3桥梁建设对河流稳定的评价1.3.1内回采过程分析目前评价主要靠现场观察、感性分析以及经验公式计算作出定性的河势稳定分析、评价现状河势是否稳定;评价桥梁走向、跨径、桥墩墩型及尺寸引起的河道局部流态紊乱、流速加大对河势产生的影响;预测今后河道演变的发展趋势。1.3.2内载荷指标设计计算河床纵向稳定系数,评价河床纵向稳定性;计算河流的综合稳定性指标,评价河流的游荡性;评价桥梁走向(即桥墩走向)与河道水流夹角对河势的影响;桥墩墩型、结构尺寸、桥墩数及桥跨布置是否引起河道局部流速加大,是否产生挑流,改变行洪方向,冲刷堤岸。1.4桥梁建设对水库保护和其他节水工程设施的影响评估1.4.1价桥梁墩台布置的期和影响评价桥梁建设导致水流流速和流向变化对堤脚或岸坡的冲刷影响;评价桥梁墩台布置在堤身断面内或临水侧堤脚对护岸和堤防工程的影响;分析桥梁建设期和运行期是否对上下游现有防洪工程、河道整治工程及其他水利工程设施产生影响;评价桥梁建设对附近排涝设施的影响。1.4.2桥梁墩台及堤身的波动计算桥梁轴线之法线(即桥墩走向)与河道水流夹角导致流速和流向变化对堤脚或岸坡的冲刷值;桥梁墩台不允许布置在堤身断面内,特别是堤防临水侧及堤顶,若不得已布置在堤防背水侧必须满足抗滑和渗透稳定要求;计算桥梁建设壅水高度及壅水曲线长度;复核影响范围内的水利工程的泄流能力及抗渗、抗滑稳定性等;对受影响的排涝设施进行排涝分析。1.5桥梁建设对防洪、民防、设计管理的影响1.5.1工导工程施工影响评价桥梁建设是否影响防汛抢险车辆、物资和人员的正常通行;评价施工导流工程、施工平面布置、施工工艺和施工工期安排对防汛抢险工作的影响;评价其是否影响防汛设施安全,是否影响堤防工程的管理工作;评价桥梁墩台布置在堤身断面以内对日常维护检查和防汛交通的影响。1.5.2顶之间的净高度桥梁墩台是否布置在堤顶或堤脚防汛道路上影响防汛交通;梁底与堤顶之间的净空高度是否≥4.5m;施工导流工程、施工平面布置、施工工艺和施工工期安排是否影响防汛抢险工作展开,是否影响防汛设施安全;桥梁布置是否影响堤防工程的日常维护检查等管理工作。1.6桥梁建设的其他影响1.6.1评估内容评价桥梁建设对第三法人水事权益的影响;评价工程施工对水环境的影响;以及其他不可预见的影响。1.6.2评估指标对上下游左右岸合法、合理的取水、排水设施取水、排水的影响,施工造成的污染物指标是否满足相关规定要求。1.7洪水对桥梁施工的影响评价1.7.1开发建设防洪的影响评价跨河桥梁的防洪、除涝设防标准是否得当;评价设计洪水对桥梁主梁、桥面的影响;评价泄洪期水流对桥墩局部的冲刷影响;评价泄洪期水流对堤岸防护工程的影响,特别是边孔对岸坡坡脚的冲刷;评价跨河桥梁的防护措施是否得当;评价施工期洪水对桥梁建设的影响;评价新一轮防洪规划的实施、流域防洪标准的进一步提高,梁底高程和设计洪水位之间的净空高度是否满足规范要求;是否影响对河道两岸实施有效控制,是否影响堤防加高加固;评价河道采砂对桥梁安全的影响。1.7.2洪水对桥梁的影响分析分析跨河桥梁的设防标准与现状设防标准、规划设防标准之间的关系;评价现状洪水位、规划洪水位与桥面高程、梁底高程之间的关系;计算洪水在桥墩部位的一般冲刷和局部冲刷深度,评价桥梁墩台基底埋深是否满足规范要求;复核防护工程设计是否满足抗冲要求;根据施工导流流量计算施工期洪水位及流速,分析洪水对桥梁建设的影响;分析河道采砂对桥梁安全的影响。1.8建筑部门的自行安排和防洪赔偿措施从防洪安全角度出发,对建设单位自行安排的防洪措施进行评价,并从水利专业角度提出合理的建议。2文水计算分析防洪评价目前主要有3种计算方法:理论计算、数学模型计算和物理模型试验研究。跨河桥梁所在河段有重要防洪任务,较为重要的和对河道防洪有较大影响的跨河桥梁建设宜进行专题研究,采用数学模型计算或物理模型试验研究;目前评价单位多不具备进行定量分析的条件,对于河段无重要防洪任务的跨河桥梁一般多采用理论计算方法。现介绍如下:2.1水文计算桥梁防洪评价计算一般应采用所在河段的现状防洪除涝标准,若现状河道尚未整治,但已有防洪规划,则应采用防洪规划中的设防标准,同时采用现状河道断面资料及规划河道断面资料,展开相关评价计算,根据计算结果对防洪影响予以评价;若所在河段既未治理,又无规划,则应采用经水文部门认可的最新水文资料(实测暴雨资料、暴雨等值线图、水文图集等),结合流域、地形、土壤、植被和相关河道实测纵、横断面情况,推求不同设计标准的洪水;计算中应考虑上游水库的调蓄错峰作用,并对不同方法的计算成果进行合理性分析,选择代表性较好、可信度较高的成果。2.2水力学计算天然河道行洪状态下水流一般可视为恒定非均匀渐变流,计算时应根据不同设计标准洪峰流量,采用实测纵、横断面资料,合理确定河槽糙率,利用天然河道水面线计算方法——分段求和法进行计算,起始水深根据河道纵比降及建筑物布置情况确定在河段的上游端或下游端,试算桥位断面不同设计标准的洪水位及水流流速。2.3壅水计算目前,设计单位多根据桥梁的结构形式及河道边界条件采用规范推荐的多年来常用的经验公式计算壅水高度,采用近似公式计算壅水曲线长度;由于桥位河段一般洪水涨落急骤,历时短促,根据经验山区和山前河流桥下壅水高度取为桥前壅高,河床质松软的平原河流桥下壅水高度不计,其他河流取为桥前壅高的1/2;同时根据工程施工临时性建筑物占用河道断面情况,推求工程施工期壅水曲线,确定壅水位。2.4冲刷计算一般河道无相关水文实测资料,河道自然冲刷受多种因素制约,边界条件复杂,在实际应用中只能做近似计算。冲刷计算分为一般冲刷计算和局部冲刷计算,多采用上世纪60年代铁路和公路两大系统协作制定的冲刷公式;根据河床土质条件冲刷公式分为非黏性土河床的桥下冲刷公式和黏性土河床的桥下冲刷公式,计算中应根据实际情况进行选用。桥梁墩台基底埋设应在局部冲刷线以下,并满足规范规定的安全值。由于受冲刷和淤积影响,河床地层条件较复杂,合理地进行冲刷分析和选用冲刷计算公式是计算的关键,使用中应注意各种公式的适用条件,计算结果应根据工程经验或工程类比分析确定,这对保证河道行洪和桥梁安全均有重要意义。2.5河势影响分析计算河道演变是水流(包括泥砂)与河床相互作用的过程,河床演变的根本原因是输砂不平衡。影响河床演变的因素与该流域的地质、地貌、土壤及植被等都有密切联系。其主要影响作用通常有4项:流量大小及其变化过程;流域来砂及其组成;河道比降;河床物质组成情况。河道演变是一个三维问题,因河流边界条件极其复杂多变,现阶段还不可能从理论上进行精确求解,一般只能借助于定性的描述、逻辑推理和经验公式的方法进行分析研究。评价时首先应从河段的整体情况对桥梁建设对河势影响进行定性分析,分析桥梁建设引起的河道主槽变迁、滩槽变化以及桥墩附近水流流态的变化,这些变化引起一定程度上水砂平衡状态破坏,导致河道局部冲刷和淤积。计算中一般采用河床纵向稳定系数公式分析河床纵向稳定性;采用河流综合稳定性指标公式评价河流综合稳定性;并由泥砂运动分析河床稳定性。3整体布置,补救措施评价应根据具体的影响内容和范围,通过调整桥梁的施工组织设计、桥梁的结构形式及尺寸、桥梁的整体布置乃至设防标准及建设规模等来减轻或消除对河道防洪和桥梁运行安全地影响;对桥梁建设的负面影响进行防治,采取补救措施是《中华人民共和国水法》规定由建设单位承担的义务;补救措施应明确防治范围,设计方案应安全可行,投资应经济,同时应对设计方案的工程量及工程投资作出估算。3.1防洪效果的结论防洪评价应根据本文第一节的评价内容及指标给出具体明确评价结论。3.2桥梁墩台防护桥梁的设防标准达不到所在河段的规划整治(现状)标准时应通过调整桥梁的设防标准、工程建设规模满足河道行洪要求;桥梁结构形式、桥梁长度和梁底高程不满足现状(规划)及规范标准时应通过调整桥梁的结构形式、增加桥梁长度和抬高梁底高程来满足河道行洪要求。桥梁轴线之法线与水流主流方向夹角较大时,应调整桥梁走向尽可能与水流方向垂直,桥梁轴线之法线与水流主流方向夹角≤5°(防止水流产生挑流,改变行洪方向,冲刷堤岸及现有防护工程,影响河势),同时应加强堤岸防护。尽可能控制桥墩数,跨河桥梁的桥墩宜采用流线型桥墩,阻水比宜控制在5%以内,超过7%对河道行洪影响较大。若桥前壅水高度及壅水曲线长度影响行洪及堤防安全,应适当加高培厚堤防保证行洪安全。依据规范,桥梁墩台不允许布置在堤身断面内,特别是堤防临水侧及堤顶,一般应采取增大桥梁跨度,改变桥墩位置,若不得已布置在堤防背水侧,应采取防渗措施加以解决,必须满足抗滑和渗透稳定要求;施工中应避免振动过大而影响堤防安全;若桥墩布置靠近临水坡堤脚,则应采取可靠防护措施,满足抗冲要求;如桥墩布置在防汛道路上则应将墩台移出;桥梁墩台基底埋设应在计算的局部冲刷线以下,并满足规范规定的安全值要求。工程施工宜避开汛期,安排在非汛期,施工设备及材料应布置在河道行洪断面以外,汛期施工时应编制切实可行的防汛预案,同时时刻关注雨情、汛情变化,做好防汛度汛工作,确保河道行洪和工程建设安全,工程竣工后要及时拆除施工临时设施,将弃渣运出河道,恢复河道原貌,杜绝工程隐患。通过调整工程布置、结构形式及施工组织设计,来减轻或消除对其他水利工程和设施的影响,以及对第三法人合法水事权益的影响。工程运行期应划定工程保护范围,限制河道采砂。4设计跨河桥梁洪水影响评价报告通过对建立跨河桥梁防洪影响评价基本框架和指标体系的研