跨河橋梁防洪影響評價指標體系研究

跨河橋梁防洪影響評價指標體系研究

0跨河橋梁防洪影響評價的內(nèi)容和方法近年來，國家加強了基礎設施建設，中央和地方出現(xiàn)了新的基礎設施建設、新的鐵路和公路擴建等交通工程的高潮?？绾訕蛄菏墙煌üこ探ㄔO的重要渡河建筑物,橋梁一般跨越河流,侵占行洪面積,壅高上游水位,改變局部流態(tài),給河道行洪和兩岸堤防安全造成影響;洪水在橋墩及橋梁防護部位產(chǎn)生局部沖刷,危及橋梁自身安全。為保障河道行洪安全和橋梁安全運行,對跨河橋梁開展防洪影響評價,是論證橋梁建設是否可行的一個重要環(huán)節(jié),是保證河道行洪和堤防安全以及橋梁安全運行的關鍵,也是水行政主管部門對橋梁建設審查的重點。目前評價單位掌握資料千差萬別,編制水平參差不齊,編制的報告內(nèi)容相差較多。如何建立一套跨河橋梁防洪影響評價的具體內(nèi)容和指標體系,規(guī)范評價計算內(nèi)容,有針對性的提出評價結論和建議,提高評價報告的質量和水平,更好地為橋梁設計提供依據(jù),成為擺在研究和評價人員面前一道急需解決的課題,是跨河橋梁防洪影響評價的研究方向。目前水利學界對此尚缺乏系統(tǒng)的研究,筆者結合近年來的工程實踐經(jīng)驗,通過建立跨河橋梁防洪影響評價的基本框架和指標體系,就跨河橋梁防洪影響的評價內(nèi)容、評價指標、評價計算方法進行系統(tǒng)的分析,并給出常見的防治措施,與廣大工程設計人員商榷,為今后開展評價工作提供參考。1防洪內(nèi)容及評價指標1.1橋梁建設與防洪計劃的關系以及實施對計劃的影響1.1.1防洪規(guī)劃的影響主要是采用防洪規(guī)劃的成果評價橋梁設計方案采用的設計(校核)洪水標準、橋梁結構形式和具體布置是否滿足防洪規(guī)劃的總體要求和整治目標;評價其是否影響該河段防洪規(guī)劃的實施,或者增加防洪規(guī)劃實施的難度;評價其在規(guī)劃實施后對河道行洪安全的影響;評價在橋梁使用期間對新一輪規(guī)劃實施是否有影響,同時應評價橋梁建設對現(xiàn)狀河道的影響;評價其是否符合地方水利部門的有關管理規(guī)定。1.1.2梁底高程和底高橋梁設計(校核)洪水標準是否達到規(guī)劃(現(xiàn)狀)標準以及相關規(guī)范的規(guī)定;橋梁長度是否保證泄洪斷面寬度滿足泄洪要求;梁底高程是否高于設計(規(guī)劃)洪水位加波浪爬高及安全超高;梁底與規(guī)劃(現(xiàn)狀)堤頂之間凈空高度是否滿足規(guī)范要求;橋梁墩臺是否位于堤身設計斷面以外,是否影響日后堤防的加高,等等。1.2橋梁建設對河流洪水影響的評價1.2.1工程布置對河道洪水的影響主要評價橋梁建設對橋位河段河道的泄洪能力、灘槽分流比、主槽流速等造成的影響;評價橋梁占用河道過水斷面的阻水比;評價橋梁設防標準、結構形式及工程布置對現(xiàn)狀河道、防洪規(guī)劃實施后河道乃至大橋運行期內(nèi)新一輪防洪規(guī)劃實施后河道泄洪的影響;根據(jù)施工組織設計評價工程施工期設防標準、施工臨時工程、施工工藝以及工期安排對河道行洪的影響。1.2.2墩墩型、結構尺寸、橋墩跨布置情況橋梁軸線之法線(即橋墩走向)與河道水流夾角是否相同或控制在5°以內(nèi);橋墩墩型、結構尺寸、橋墩數(shù)及橋跨布置是否合理;壅水高度及壅水曲線長度是否滿足行洪要求和規(guī)范超高要求,并保證堤防工程安全;施工期設防標準是否達標,施工臨時工程是否影響行洪,工期是否盡量安排在非汛期,度汛方案是否合理等。1.3橋梁建設對河流穩(wěn)定的評價1.3.1內(nèi)回采過程分析目前評價主要靠現(xiàn)場觀察、感性分析以及經(jīng)驗公式計算作出定性的河勢穩(wěn)定分析、評價現(xiàn)狀河勢是否穩(wěn)定;評價橋梁走向、跨徑、橋墩墩型及尺寸引起的河道局部流態(tài)紊亂、流速加大對河勢產(chǎn)生的影響;預測今后河道演變的發(fā)展趨勢。1.3.2內(nèi)載荷指標設計計算河床縱向穩(wěn)定系數(shù),評價河床縱向穩(wěn)定性;計算河流的綜合穩(wěn)定性指標,評價河流的游蕩性;評價橋梁走向(即橋墩走向)與河道水流夾角對河勢的影響;橋墩墩型、結構尺寸、橋墩數(shù)及橋跨布置是否引起河道局部流速加大,是否產(chǎn)生挑流,改變行洪方向,沖刷堤岸。1.4橋梁建設對水庫保護和其他節(jié)水工程設施的影響評估1.4.1價橋梁墩臺布置的期和影響評價橋梁建設導致水流流速和流向變化對堤腳或岸坡的沖刷影響;評價橋梁墩臺布置在堤身斷面內(nèi)或臨水側堤腳對護岸和堤防工程的影響;分析橋梁建設期和運行期是否對上下游現(xiàn)有防洪工程、河道整治工程及其他水利工程設施產(chǎn)生影響;評價橋梁建設對附近排澇設施的影響。1.4.2橋梁墩臺及堤身的波動計算橋梁軸線之法線(即橋墩走向)與河道水流夾角導致流速和流向變化對堤腳或岸坡的沖刷值;橋梁墩臺不允許布置在堤身斷面內(nèi),特別是堤防臨水側及堤頂,若不得已布置在堤防背水側必須滿足抗滑和滲透穩(wěn)定要求;計算橋梁建設壅水高度及壅水曲線長度;復核影響范圍內(nèi)的水利工程的泄流能力及抗?jié)B、抗滑穩(wěn)定性等;對受影響的排澇設施進行排澇分析。1.5橋梁建設對防洪、民防、設計管理的影響1.5.1工導工程施工影響評價橋梁建設是否影響防汛搶險車輛、物資和人員的正常通行;評價施工導流工程、施工平面布置、施工工藝和施工工期安排對防汛搶險工作的影響;評價其是否影響防汛設施安全,是否影響堤防工程的管理工作;評價橋梁墩臺布置在堤身斷面以內(nèi)對日常維護檢查和防汛交通的影響。1.5.2頂之間的凈高度橋梁墩臺是否布置在堤頂或堤腳防汛道路上影響防汛交通;梁底與堤頂之間的凈空高度是否≥4.5m;施工導流工程、施工平面布置、施工工藝和施工工期安排是否影響防汛搶險工作展開,是否影響防汛設施安全;橋梁布置是否影響堤防工程的日常維護檢查等管理工作。1.6橋梁建設的其他影響1.6.1評估內(nèi)容評價橋梁建設對第三法人水事權益的影響;評價工程施工對水環(huán)境的影響;以及其他不可預見的影響。1.6.2評估指標對上下游左右岸合法、合理的取水、排水設施取水、排水的影響,施工造成的污染物指標是否滿足相關規(guī)定要求。1.7洪水對橋梁施工的影響評價1.7.1開發(fā)建設防洪的影響評價跨河橋梁的防洪、除澇設防標準是否得當;評價設計洪水對橋梁主梁、橋面的影響;評價泄洪期水流對橋墩局部的沖刷影響;評價泄洪期水流對堤岸防護工程的影響,特別是邊孔對岸坡坡腳的沖刷;評價跨河橋梁的防護措施是否得當;評價施工期洪水對橋梁建設的影響;評價新一輪防洪規(guī)劃的實施、流域防洪標準的進一步提高,梁底高程和設計洪水位之間的凈空高度是否滿足規(guī)范要求;是否影響對河道兩岸實施有效控制,是否影響堤防加高加固;評價河道采砂對橋梁安全的影響。1.7.2洪水對橋梁的影響分析分析跨河橋梁的設防標準與現(xiàn)狀設防標準、規(guī)劃設防標準之間的關系;評價現(xiàn)狀洪水位、規(guī)劃洪水位與橋面高程、梁底高程之間的關系;計算洪水在橋墩部位的一般沖刷和局部沖刷深度,評價橋梁墩臺基底埋深是否滿足規(guī)范要求;復核防護工程設計是否滿足抗沖要求;根據(jù)施工導流流量計算施工期洪水位及流速,分析洪水對橋梁建設的影響;分析河道采砂對橋梁安全的影響。1.8建筑部門的自行安排和防洪賠償措施從防洪安全角度出發(fā),對建設單位自行安排的防洪措施進行評價,并從水利專業(yè)角度提出合理的建議。2文水計算分析防洪評價目前主要有3種計算方法:理論計算、數(shù)學模型計算和物理模型試驗研究?？绾訕蛄核诤佣斡兄匾篮槿蝿?較為重要的和對河道防洪有較大影響的跨河橋梁建設宜進行專題研究,采用數(shù)學模型計算或物理模型試驗研究;目前評價單位多不具備進行定量分析的條件,對于河段無重要防洪任務的跨河橋梁一般多采用理論計算方法?，F(xiàn)介紹如下:2.1水文計算橋梁防洪評價計算一般應采用所在河段的現(xiàn)狀防洪除澇標準,若現(xiàn)狀河道尚未整治,但已有防洪規(guī)劃,則應采用防洪規(guī)劃中的設防標準,同時采用現(xiàn)狀河道斷面資料及規(guī)劃河道斷面資料,展開相關評價計算,根據(jù)計算結果對防洪影響予以評價;若所在河段既未治理,又無規(guī)劃,則應采用經(jīng)水文部門認可的最新水文資料(實測暴雨資料、暴雨等值線圖、水文圖集等),結合流域、地形、土壤、植被和相關河道實測縱、橫斷面情況,推求不同設計標準的洪水;計算中應考慮上游水庫的調(diào)蓄錯峰作用,并對不同方法的計算成果進行合理性分析,選擇代表性較好、可信度較高的成果。2.2水力學計算天然河道行洪狀態(tài)下水流一般可視為恒定非均勻漸變流,計算時應根據(jù)不同設計標準洪峰流量,采用實測縱、橫斷面資料,合理確定河槽糙率,利用天然河道水面線計算方法——分段求和法進行計算,起始水深根據(jù)河道縱比降及建筑物布置情況確定在河段的上游端或下游端,試算橋位斷面不同設計標準的洪水位及水流流速。2.3壅水計算目前,設計單位多根據(jù)橋梁的結構形式及河道邊界條件采用規(guī)范推薦的多年來常用的經(jīng)驗公式計算壅水高度,采用近似公式計算壅水曲線長度;由于橋位河段一般洪水漲落急驟,歷時短促,根據(jù)經(jīng)驗山區(qū)和山前河流橋下壅水高度取為橋前壅高,河床質松軟的平原河流橋下壅水高度不計,其他河流取為橋前壅高的1/2;同時根據(jù)工程施工臨時性建筑物占用河道斷面情況,推求工程施工期壅水曲線,確定壅水位。2.4沖刷計算一般河道無相關水文實測資料,河道自然沖刷受多種因素制約,邊界條件復雜,在實際應用中只能做近似計算。沖刷計算分為一般沖刷計算和局部沖刷計算,多采用上世紀60年代鐵路和公路兩大系統(tǒng)協(xié)作制定的沖刷公式;根據(jù)河床土質條件沖刷公式分為非黏性土河床的橋下沖刷公式和黏性土河床的橋下沖刷公式,計算中應根據(jù)實際情況進行選用。橋梁墩臺基底埋設應在局部沖刷線以下,并滿足規(guī)范規(guī)定的安全值。由于受沖刷和淤積影響,河床地層條件較復雜,合理地進行沖刷分析和選用沖刷計算公式是計算的關鍵,使用中應注意各種公式的適用條件,計算結果應根據(jù)工程經(jīng)驗或工程類比分析確定,這對保證河道行洪和橋梁安全均有重要意義。2.5河勢影響分析計算河道演變是水流(包括泥砂)與河床相互作用的過程,河床演變的根本原因是輸砂不平衡。影響河床演變的因素與該流域的地質、地貌、土壤及植被等都有密切聯(lián)系。其主要影響作用通常有4項:流量大小及其變化過程;流域來砂及其組成;河道比降;河床物質組成情況。河道演變是一個三維問題,因河流邊界條件極其復雜多變,現(xiàn)階段還不可能從理論上進行精確求解,一般只能借助于定性的描述、邏輯推理和經(jīng)驗公式的方法進行分析研究。評價時首先應從河段的整體情況對橋梁建設對河勢影響進行定性分析,分析橋梁建設引起的河道主槽變遷、灘槽變化以及橋墩附近水流流態(tài)的變化,這些變化引起一定程度上水砂平衡狀態(tài)破壞,導致河道局部沖刷和淤積。計算中一般采用河床縱向穩(wěn)定系數(shù)公式分析河床縱向穩(wěn)定性;采用河流綜合穩(wěn)定性指標公式評價河流綜合穩(wěn)定性;并由泥砂運動分析河床穩(wěn)定性。3整體布置,補救措施評價應根據(jù)具體的影響內(nèi)容和范圍,通過調(diào)整橋梁的施工組織設計、橋梁的結構形式及尺寸、橋梁的整體布置乃至設防標準及建設規(guī)模等來減輕或消除對河道防洪和橋梁運行安全地影響;對橋梁建設的負面影響進行防治,采取補救措施是《中華人民共和國水法》規(guī)定由建設單位承擔的義務;補救措施應明確防治范圍,設計方案應安全可行,投資應經(jīng)濟,同時應對設計方案的工程量及工程投資作出估算。3.1防洪效果的結論防洪評價應根據(jù)本文第一節(jié)的評價內(nèi)容及指標給出具體明確評價結論。3.2橋梁墩臺防護橋梁的設防標準達不到所在河段的規(guī)劃整治(現(xiàn)狀)標準時應通過調(diào)整橋梁的設防標準、工程建設規(guī)模滿足河道行洪要求;橋梁結構形式、橋梁長度和梁底高程不滿足現(xiàn)狀(規(guī)劃)及規(guī)范標準時應通過調(diào)整橋梁的結構形式、增加橋梁長度和抬高梁底高程來滿足河道行洪要求。橋梁軸線之法線與水流主流方向夾角較大時,應調(diào)整橋梁走向盡可能與水流方向垂直,橋梁軸線之法線與水流主流方向夾角≤5°(防止水流產(chǎn)生挑流,改變行洪方向,沖刷堤岸及現(xiàn)有防護工程,影響河勢),同時應加強堤岸防護。盡可能控制橋墩數(shù),跨河橋梁的橋墩宜采用流線型橋墩,阻水比宜控制在5%以內(nèi),超過7%對河道行洪影響較大。若橋前壅水高度及壅水曲線長度影響行洪及堤防安全,應適當加高培厚堤防保證行洪安全。依據(jù)規(guī)范,橋梁墩臺不允許布置在堤身斷面內(nèi),特別是堤防臨水側及堤頂,一般應采取增大橋梁跨度,改變橋墩位置,若不得已布置在堤防背水側,應采取防滲措施加以解決,必須滿足抗滑和滲透穩(wěn)定要求;施工中應避免振動過大而影響堤防安全;若橋墩布置靠近臨水坡堤腳,則應采取可靠防護措施,滿足抗沖要求;如橋墩布置在防汛道路上則應將墩臺移出;橋梁墩臺基底埋設應在計算的局部沖刷線以下,并滿足規(guī)范規(guī)定的安全值要求。工程施工宜避開汛期,安排在非汛期,施工設備及材料應布置在河道行洪斷面以外,汛期施工時應編制切實可行的防汛預案,同時時刻關注雨情、汛情變化,做好防汛度汛工作,確保河道行洪和工程建設安全,工程竣工后要及時拆除施工臨時設施,將棄渣運出河道,恢復河道原貌,杜絕工程隱患。通過調(diào)整工程布置、結構形式及施工組織設計,來減輕或消除對其他水利工程和設施的影響,以及對第三法人合法水事權益的影響。工程運行期應劃定工程保護范圍,限制河道采砂。4設計跨河橋梁洪水影響評價報告通過對建立跨河橋梁防洪影響評價基本框架和指標體系的研