感潮河段圍墾工程對(duì)河勢(shì)及橋梁安全的影響分析

許力源 陳冬 曲紅玲

摘 要：新通海沙圍墾工程是長(zhǎng)江口綜合整治重要組合部分，本文根據(jù)1998-2015年的實(shí)測(cè)地形資料，分階段細(xì)致闡述了蘇通大橋橋區(qū)河段圍墾前后的河床演變過(guò)程，并在此基礎(chǔ)上分析了河段河床變化的影響因素及對(duì)蘇通大橋安全的影響。分析結(jié)果表明，新通海沙圍墾工程使橋區(qū)河床邊界條件發(fā)生了較大變化，主要對(duì)大橋北引橋墩及北側(cè)主墩沖刷產(chǎn)生影響，對(duì)南側(cè)主橋墩及南引橋墩影響有限。

關(guān)鍵詞：蘇通大橋;徐六涇河段;河床演變;橋梁安全

中圖分類(lèi)號(hào)：U698? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）09-0037-04

1 橋區(qū)圍墾工程概況

蘇通大橋位于長(zhǎng)江河口的徐六涇節(jié)點(diǎn)段[1]，于2008年5月建成通車(chē)。近年來(lái)，橋區(qū)北岸實(shí)施了新通海沙圍墾工程，該工程為長(zhǎng)江口綜合整治一部分，對(duì)鞏固徐六涇的節(jié)點(diǎn)功能、穩(wěn)定長(zhǎng)江口深水航道上游邊界條件起著重要作用。

新通海沙圍墾工程上起港德碼頭下游，下至海太汽渡下游側(cè)，長(zhǎng)約13km，最大圍灘寬2.4km。其中，東側(cè)新江海河閘～海太汽渡圍墾區(qū)、近鄰橋軸線(xiàn)下游側(cè)振華港機(jī)圍墾段于2007年實(shí)施完成;橋軸線(xiàn)上游側(cè)至通常汽渡段以及團(tuán)結(jié)閘下游1.5km至新江海河閘段圍墾于2011年實(shí)施完成;團(tuán)結(jié)閘下游側(cè)1km范圍內(nèi)圍墾于2013年實(shí)施完成。橋軸線(xiàn)上、下約2公里區(qū)域圍墾于2016年開(kāi)始實(shí)施。大橋所處河段河勢(shì)及圍墾工程實(shí)施序列見(jiàn)圖1。

新通海沙圍墾工程實(shí)施后，徐六涇節(jié)點(diǎn)段江面寬度由5.8km縮窄至4.5km，隨著束流功能的增強(qiáng)，橋區(qū)河勢(shì)將不可避免地受到影響[2]。因此，需要分析圍墾工程實(shí)施前后橋區(qū)河床的沖淤變化情況，在此基礎(chǔ)上，科學(xué)地判斷河勢(shì)的變化對(duì)蘇通大橋安全的影響。

2 橋區(qū)河床演變分析

2.1橋區(qū)河床平面沖淤變化分析

（1）2006-2010年：蘇通大橋下游側(cè)振華港機(jī)圍墾工程于2007年實(shí)施完成，從橋區(qū)河段2006-2010年等深線(xiàn)變化圖（圖2～圖4）及沖淤分布圖（圖5）可以看出，圍墾工程的實(shí)施對(duì)橋區(qū)河勢(shì)影響較明顯。圍墾區(qū)上游側(cè)，下泄泥沙受工程阻水作用落淤，同時(shí)該區(qū)域也是漲潮時(shí)工程掩護(hù)區(qū)，形成淤積環(huán)境，淤積幅度在5～10m。同時(shí)，由于河道局部斷面縮窄，在工程前沿線(xiàn)以南部分區(qū)域發(fā)生沖刷，幅度一般在5m左右，反映在工程前沿-5m等深線(xiàn)由于沖深而中斷，原團(tuán)結(jié)閘竄溝因淤積而逐步消失;北部-10m等深線(xiàn)由于沖刷而在工程區(qū)上游側(cè)產(chǎn)生夾槽。橋區(qū)-20m及-30m等深線(xiàn)變化幅度較小。

（2）2010-2015年：新通海沙圍墾工程在2013年底完成了除橋區(qū)上、下游外的全部作業(yè)，新通海沙自通常汽渡至立新河閘區(qū)段由原先的凹岸段轉(zhuǎn)變成順直的導(dǎo)流岸壁，河道邊界條件的進(jìn)一步調(diào)整也帶來(lái)了沖淤環(huán)境的變化。從橋區(qū)河段2010～2015年等深線(xiàn)變化圖（圖7～圖8）及沖淤分布圖（圖9）可以看出，地形變化主要表現(xiàn)為：圍墾工程前沿繼續(xù)沖刷，在拐角處局部出現(xiàn)沖刷坑;在橋軸線(xiàn)處由于斷面展寬，泥沙部分落淤。從等深線(xiàn)變化來(lái)看，-5m等深線(xiàn)與未圍墾區(qū)上下游圍墾前沿線(xiàn)一致，原南壓的-5m等深線(xiàn)由于沖刷而消失;橋軸線(xiàn)上游側(cè)-10m等深線(xiàn)北移，原-10m等深線(xiàn)夾槽因河道展寬處泥沙落淤而逐漸萎縮;-20m及-30m等深線(xiàn)變化較小。

2.2橋區(qū)河床斷面沖淤變化分析

為分析工程區(qū)河床斷面變化，在蘇通大橋上下游選取5個(gè)斷面（斷面位置圖見(jiàn)圖10）分析其歷年來(lái)的水深變化。

圖11～圖13分別為斷面的沖淤變化圖，斷面1#、4#、5#深槽呈“V”形分布，斷面3#、4#深槽呈“U”形分布。通過(guò)1998-2015年斷面變化對(duì)比可以看出，新通海沙圍墾工程實(shí)施前，河床變化主要表現(xiàn)在新通海沙沙體小幅淤積及橋軸線(xiàn)上游1#斷面左側(cè)淺灘淤積;在圍墾工程實(shí)施后，左側(cè)淺灘處于沖刷狀態(tài)，沖刷幅度在5m以下，1#斷面沖刷相對(duì)明顯;圍堤前沿存在局部沖刷坑，最大沖刷深度在10m左右。河道深槽1998-2006年大幅刷深拓寬后，深槽右移，但幅度總體較小;工程對(duì)橋區(qū)-20m、-30m深槽影響較小。

綜上，結(jié)合平面及斷面沖淤變化分析，橋區(qū)河道南岸多年來(lái)河床地形穩(wěn)定，水下地形變化較小，新通海沙圍墾工程的實(shí)施主要對(duì)河道北岸產(chǎn)生影響。圍墾工程實(shí)施前，新通海沙沙體中部向南淤長(zhǎng)，圍墾工程實(shí)施后，河道縮窄，圍墾工程前沿發(fā)生沖刷，沖刷影響范圍寬度約為1km左右，橋軸線(xiàn)上游北部淺灘區(qū)域沖刷較明顯，-5m、-10m等高線(xiàn)更加靠近圍堤前沿。

3 圍墾對(duì)橋梁安全影響分析

橋墩沖刷對(duì)橋墩承載力及橋梁整體穩(wěn)定影響重大[3]，本文即以蘇通大橋設(shè)計(jì)單位提供的各橋墩設(shè)計(jì)最大沖刷深度為基礎(chǔ)，對(duì)橋區(qū)圍墾工程實(shí)施對(duì)蘇通大橋橋墩沖刷安全性影響進(jìn)行分析。

蘇通大橋涉水橋墩包括19#～80#橋墩，其中19#～64#為北引橋墩，65#～72#為主橋墩，73#～80#為南引橋墩，蘇通大橋各橋墩設(shè)計(jì)最大沖刷線(xiàn)及局部最深點(diǎn)高程如圖23所示。蘇通大橋建成以來(lái)，北引橋19#～37#橋墩基礎(chǔ)受?chē)鷫üこ萄谧o(hù)影響，橋墩基礎(chǔ)河床逐年淤積;38#～67#橋墩基礎(chǔ)河床相比于原始河床面有明顯沖刷。大橋建成初期，靠近江側(cè)的51#～67#橋墩沖刷深度較大，51#～64#引橋墩最大沖刷深度在10m左右，65#～67#（主1#～主3#）橋墩最大沖刷深度在13～15m;2010年后，隨著上、下游圍墾工程的實(shí)施，岸側(cè)44#～50#橋墩沖刷深度逐漸加大。

由于圍墾工程位于大橋47#橋墩以北，因此這里僅對(duì)47#～80#橋墩安全進(jìn)行影響分析。表1為蘇通大橋各橋墩實(shí)測(cè)最大局部沖刷深度表，北引橋47#～64#橋墩自2008年6月通車(chē)以來(lái)沖刷明顯，實(shí)測(cè)最深點(diǎn)高程范圍為-7.7m～-20.2m，其中，49#、51#、52#及64#橋墩一度突破最大沖刷線(xiàn)高程，超出量分別為2.1m、1.7m、0.3m以及1.5m;53#、63#橋墩實(shí)測(cè)最深點(diǎn)高程僅高于最大沖刷線(xiàn)高程1m以?xún)?nèi);42#、46#、48#、50#、55#、56#、58#、59#及60#橋墩實(shí)測(cè)最深點(diǎn)高程僅高于最大沖刷線(xiàn)高程2m以?xún)?nèi)。

65#～67#（主1#～主3#）橋墩歷史上最大沖刷深度距離最大沖刷線(xiàn)高程僅0.87m～4.87m;68#-72#（主4#～主8#）墩最大沖刷深度距離最大沖刷線(xiàn)高程尚有比較大的距離，較為安全。

73#～80#南引橋墩除73#、77#外，歷史上最大沖刷深度距離其最大沖刷線(xiàn)深度均有一定安全距離。

總體而言，由于新通海沙圍墾工程的實(shí)施，改變了橋區(qū)河床邊界條件，主要對(duì)大橋北引橋墩及北側(cè)主墩沖刷產(chǎn)生影響。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，47#～67#橋墩實(shí)測(cè)最深點(diǎn)高程超過(guò)或接近其最大沖刷線(xiàn)高程，需采取措施保障橋墩安全。圍墾工程對(duì)南側(cè)主墩及南引橋墩影響有限。

4 小結(jié)

新通海沙圍墾工程實(shí)施前，橋區(qū)河道北岸新通海沙沙體中部向南淤長(zhǎng)，-5m、-10m等深線(xiàn)南壓。蘇通大橋上、下游圍墾工程的實(shí)施使得圍堤前沿水流動(dòng)力條件更加順直，圍堤前沿及橋軸線(xiàn)上游北部淺灘區(qū)域沖刷明顯，平均幅度在5m左右，-5m、-10m等深線(xiàn)更加靠近圍堤前沿。新通海沙圍墾工程對(duì)橋區(qū)-20m主深槽的影響還未顯現(xiàn)。圍墾工程主要對(duì)大橋北引橋墩及北側(cè)主墩沖刷產(chǎn)生影響，47#～67#橋墩實(shí)測(cè)最深點(diǎn)高程超過(guò)或接近其最大沖刷線(xiàn)高程，圍墾工程對(duì)南側(cè)主墩及南引橋墩影響有限。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐照明，陳前海.徐六涇節(jié)點(diǎn)及白茆沙河段整治方案研究.人民長(zhǎng)江，2009，40（13）.

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[3]粱楷，方理剛，段靚靚.沖刷對(duì)橋墩穩(wěn)定性影響的有限元分析.巖土力學(xué)，2006，27（9）.