保閘建橋的防護方案研究

姚云峰 謝瑞 于劍

摘 要：新建泰興市過船閘大橋緊鄰過船節(jié)制閘和過船港套閘，同時在閘上河道存在著一定面積的的深坑，橋梁的建設存在著是否影響過船閘安全，是否會對上游深坑造成影響的問題。針對這一問題，開展河道防護工程方案研究，通過一系列工程措施確保過船港節(jié)制閘和套閘安全運行及閘上河道河勢穩(wěn)定。

關鍵詞：保閘建橋;防護方案;河勢穩(wěn)定

中圖分類號：U448.19? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0141-03

1問題的提出

泰興市新建過船閘大橋如泰運河過船閘處跨越如泰運河，大橋分為南北兩部分，中間由路基段連接，南側部分為過船港套閘橋，北側部分為過船節(jié)制閘橋。由于橋梁緊鄰過船節(jié)制閘和過船港套閘，北側過船節(jié)制閘橋有兩組6個直徑1.5m的橋墩位于節(jié)制閘閘上消力池中，另外根據(jù)歷年地形觀測，在閘上60～170m范圍內(nèi)存在著底高程-11.0m，面積約100m2的深坑，因此橋梁的建設存在著是否影響過船閘安全，是否會對上游深坑造成影響的問題。針對這一問題，通過研究工程所在區(qū)域水流運動規(guī)律，確定適應該工況的河道防護工程方案，對指導橋梁建設工程實施、施工組織安排進而節(jié)省工程量與投資，并確保橋梁建設和后期運行期間過船節(jié)制閘和過船港套閘的工程安全以及閘上河道河勢穩(wěn)定具有重要的意義。

2河道防護工程方案

2.1過船節(jié)制閘側河道防護

該側河道主要是對節(jié)制閘上游總長約146m河段范圍進行防洪影響補償護砌。河道護砌包括橋下16m及上游30m段膜袋混凝土護砌，上游沖槽段100m拋填塊石護砌。膜袋混凝土護坡厚度20cm。沖槽段河底部分拋填塊石厚度按不小于1m控制，岸坡防護邊坡按不陡于1：2控制。

膜袋混凝土護坡標準斷面：設計河道底寬30m，底高程▽-3.0m。兩側邊坡河底至高程▽0.0m處為1：4，高程▽0.0m至▽3.5m處為1：3，頂高程▽3.5m。設計河道硬質(zhì)化護砌部分河口總寬75m。拋填塊石護砌斷面標準：設計河底拋填塊石厚度按不小于1m控制，底部高程按不低于▽-9.0m控制，岸坡頂高程▽3.0m，岸坡坡度不小于1：2控制。設計河道硬質(zhì)化護砌部分河口總寬75m。硬質(zhì)化護砌以上順接至現(xiàn)狀河岸并采用草皮護坡。如圖1。

2.2 過船港套閘側河道防護

該側河道對過船套閘上游總長約78m河段范圍進行防洪影響補償護砌。河道護砌主要分為橋下段28m及上游50m膜袋混凝土護坡。膜袋混凝土護坡護厚度20cm。

河道標準斷面：設計河道底高程▽-2.0m，底寬27m，兩側邊坡1：3，膜袋混凝土護坡頂高程▽3.5m，另橋下段按現(xiàn)狀河坡進行護砌。高程▽3.5m以上順接至現(xiàn)狀河岸并采用草皮護坡。如圖2。

3 防護工程方案研究

3.1 模型計算條件

為探究上述河道防護工程方案的可行性和實用性效果，基于MIKE21 FM建立了二維水流運動數(shù)學模型對方案開展計算研究。

模型的研究范圍上起如泰運河楊園閘口，下至如泰運河入江口，模型總長4km左右，模型采用三角形網(wǎng)格劃分，并對工程區(qū)局部加密，最小網(wǎng)格尺度約1m，以便重點反映工程局部變化情況。如表1。

3.2 結果與分析

（1）水位變化方面，兩種水文條件下，河道上下游水位工程前后基本沒有發(fā)生變化。過船節(jié)制閘閘下雖然在河道范圍內(nèi)布設有6個橋墩，但一是因為橋墩直徑不大且對齊布置，和水流方向垂直，因此阻水面積有限;二是防護工程實施時對河道進行了整治，河道過水斷面面積加大，不僅補償了橋墩產(chǎn)生的阻水面積，同時還有富余。因此橋梁及防護工程沒有引起過船節(jié)制閘側河道水位發(fā)生變化。過船港套閘側河道平時是作為如泰運河航道，排澇時打開閘門參與行洪排澇，從計算結果來看，相關工程的實施對其沒有影響。

（2）對于過船節(jié)制閘側河道，設計排澇流量時，節(jié)制閘閘上河道由于橋梁和防護工程的雙重影響，河道水流流速表現(xiàn)為流速增大，最大增速發(fā)生在原深槽處，增幅0.10m/s，其余增速基本在0.10m/s以下，下游河道基本沒有發(fā)生太大變化。引水流量下，河道水流方向由河口向上游方向流動，節(jié)制閘閘下流速基本沒有太大變化，閘上與排澇時一樣，最大流速增值也發(fā)生在原有深槽附近，但由于流量相對較小，引起的流速增幅在0.03m/s左右。如圖3、4。

過船港套閘相對于過船節(jié)制閘來說，無論是排澇還是引水均是承擔次要功能，因此兩種流量條件下，河道（航道）流速變化不大，其主要發(fā)生變化的是工程后的航道上游進口端，這是因為對比工程前，新建后的導航墻位置上移，船閘上游進口端流速有所增大，航道中心流速增大0.03～0.06m/s。如圖5。

綜合兩種水文條件下的流速變化態(tài)勢和數(shù)值，橋梁工程和防護設施工程的建設對河道（航道）影響不大，流速變幅較小，影響范圍僅在近閘100～200m范圍內(nèi)。

（3）設計排澇流量條件下，橋梁和防護工程建設后，過船節(jié)制閘側河道水流平順，未有對節(jié)制閘、橋梁不利的水流現(xiàn)象出現(xiàn)。當然，由于橋墩的存在，不可避免的在橋墩周邊產(chǎn)生紊流，但紊流強度不大，在0.30m/s以內(nèi)，影響范圍在橋墩周邊1.0m。同樣，引水時，河道水流平順，未見對相關工程設施不利的水流現(xiàn)象存在，橋墩周圍0.5m左右有不大于0.10m/s的紊流存在，但一是流速不大，二是范圍有限。過船港套閘工程前后水流較為平順，航道范圍內(nèi)沒有橫流等不利通航的現(xiàn)象。

4 結語

綜合考慮如泰運河過船港段地形條件、水流條件、過船節(jié)制閘、過船港套閘及新建過船港大橋等因素，提出了河道防護工程方案，并通過數(shù)學模型計算確定了該方案的可行性和實用性。本文提出的防護工程方案能有效保證過船閘大橋建設期和完工后，過船節(jié)制閘和過船港套閘所在河段的河勢穩(wěn)定，節(jié)制閘和套閘以及橋梁自身的安全運行，真正達成了保閘建橋的初衷，同時對于類似的工程具有一定的指導意義。

參考文獻：

[1]? GB50139-2004，內(nèi)河通航標準[S].

[2]? JTJ233-98，海岸與河口潮流泥沙模擬技術規(guī)程[S].

[3]? JTJ312-98，航道整治工程技術規(guī)范[S].