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摘要：淮河特大桥是新建在阜六铁路的控制性工程，桥全长8368.71m，主跨基础位于淮河主河道内，基底水深14.97m。本文结合工程实际情况以及工期要求等因素，并参照类似工程的施工经验，对阜六铁路淮河特大桥工程的防洪影响设计进行探讨。
关键词：淮河；阜六铁路；淮河桥；防洪影响设计
Abstract: The Huaihe bridge is a new project control of Fu six railway, bridge a total length of 8368.71m, based in Huaihe, the main span of the main canal, the basement depth 14.97m. In this paper, combined with the actual situation of engineering and construction requirements and other factors, and the construction experience of similar projects, to explore the effect of flood control for Huaihe bridge engineering Fu six railway design.
Key words: Huaihe; Fu six railway; Huaihe bridge; influence of flood control design
中图分类号：TU2
1.淮河桥工程建设概况
1.1工程概况
阜阳至六安铁路淮河特大桥采用连续梁方案跨越淮河及其左、右堤，桥梁全长8368.71m,起讫里程为DK30+657.73～DK39+026.44,全桥中心里程DK34+842.085，跨淮河主跨中心里程为DK32+055.20，跨淮河左堤DK31+347.30，跨淮河右堤中心里程为DK33+755.30。阜阳至六安铁路淮河特大桥防洪影响处理工程内容包括桥位处堤身堤基防渗、岸坡防护、行洪断面补偿等。
1.2工程地质
淮河特大桥区域为第四系晚更新世冲积层，部分区域中、新生代地壳活动剧烈，但自更新世后期，特别是全新世以来本区地壳活动已趋于基本稳定，未发现场地断裂。流域内表层土为粘土，以下各层为粉质壤土、粉沙土、淤泥质粉土等，色质为黄色、黄褐色，地基承载力在90～220kpa之间不等。据以往区域水文地质资料揭示，场地地下水PH值为7～8，地下水化学类型为弱碱性HCO3～Ca型，对混凝土无侵蚀性。地表水受大气降水、垂直蒸发和径流排泄影响，地表水水位随季节的不同而变化。
2.淮河特大桥防洪影响处理工程
2.1防渗处理
桥墩基础采用灌注桩施工工艺，破坏了堤防的正常的土压力平衡，桥墩建成后，由于上部桥梁动荷载通过桥墩对桥墩附近堤身产生扰动作用，形成堤防与桩体的空隙，减少了堤防的渗径长度，并且易产生类似接触性冲刷等渗透破坏，从堤防安全防渗稳定安全考虑，需进行堤防渗流稳定计算。
2.1.1计算参数确定
与堤身及堤基渗流稳定计算有关的主要参数有：各土层的渗透系数、土层厚度等。由于中铁上海设计院集团有限公司的《新建铁路阜阳至六安线初测工程地质勘测报告》中未提供土层的渗透系数，计算断面各土层渗透系数依据土质特性和工程经验，按常规选定。由于桩基施工，扰动附近土体，所以将桥墩附近近似看作透水性较好的土层，渗透系数取桩体穿透所在土层10倍。
2.1.2渗流计算结果
采用“水工结构分析系统”（AUTOBANK）软件，对北副坝在100年一遇洪水位29.72m，相应背水侧无水工况下进行稳定渗流计算，最大水力坡降为0.67m。根据《水闸设计规范》粘土允许坡降为0.6～0.7，计算最大坡降大于规范下限，小于规范上限。从流网图和流速矢量图上可以看出，由于上部动荷载对堤身和堤脚产生扰动作用，渗透破坏最有可能發生在背水侧堤基与桩体的接触部分，堤防和桩体间的空隙易产生类似接触性破坏，最大流速也发生在桥墩出口处，故需对临淮岗北副坝进行防渗处理，以便阻断渗流通道、增加渗径，降低堤后的渗流水头和水力坡降。
2.2防渗加固处理
2.2.1堤防防渗加固
为了有效降低桥墩处堤身和堤基强透水层的孔隙率、阻断渗流通道，提高堤身、堤基密实度和降低渗透性，减少渗透量，消除堤身的内部隐患，确保堤防安全，应对临淮岗北副坝、临王段桥位处堤防进行防渗加固处理。
2.2.2桥墩局部防护
近堤桥墩灌注桩和承台施工不可避免地对堤基产生扰动，这很可能会引起局部渗透变形，对堤防安全构成威胁，故应对位于堤防安全保护范围内的桥墩基础（承台）作局部防渗处理，一般不透水堤基堤防安全保护范围为堤脚内外各100m。根据《防洪评价报告》冲刷分析计算知，滩地局部冲刷深度可达2.03m。为防止近堤脚的桥梁基础形成局部冲刷，影响堤防和桥梁安全，对基础周边地面采用护砌保护，并结合防渗需要，采取必要的防渗措施。根据桥梁布置情况，本次近堤脚基础局部防护处理主要涉及临淮岗北副坝背水侧16～20#、迎水侧21～25#；临王段背水侧87～90#，迎水侧83～86#共18个桥墩。
2.3行洪断面补偿
由于桥墩阻水，减少了河道有效行洪断面面积，降低了河道行洪能力，形成壅水。工程所在河段平面形态呈弧形微弯，曲率半径约2500m。桥址处右岸临王段大堤历史上曾两次退建，故现状堤距较大，滩地较宽，实测两岸堤距2400m，主槽宽约370m，左岸滩地宽510m，右岸滩地宽1520m，河道主泓线位于主槽中偏右侧，最深处河底高程约9.8m。由于滩地较宽，河道中桥墩布置较多，计算阻水面积较大，根据《防洪评价报告》，阜阳至六安铁路淮河特大桥100年一遇洪水时总阻水面积1477 m2，其中主槽347 m2，滩地1130 m2，计算壅水高度达2.5cm，必须采取工程措施减少其影响。
2.4堤岸防护
由于桥墩束水，河道单宽流量增加，局部水面比降和流速加大，引起河床、岸坡冲刷，同时在桥墩附近形成复杂的水流形态，导致桥墩周围出现局部冲刷。因此须对桥轴线上、下游影响范围内的堤防及河岸进行防护。
2.4.1护坡
根据现场调查，桥址处临王段大堤迎水坡已全部做过混凝土或干砌块石护坡，且基本完好，故本次影响处理设计不再考虑；北副坝迎水坡高速公路桥轴线上游150m、下游200m已做过混凝土预制块护坡，该护坡末端距下游西园涵上干砌块石护坡之间有约170m长坡面未防护，鉴于上述主槽疏浚加右岸切滩增加断面面积尚不能完全满足河道行洪断面补偿需要，水流冲刷能力仍偏大，本次设计对该170m长坡面采用混凝土预制块防护，使该段护坡连续。
2.4.2护岸
为保护河道岸坡稳定，左岸对疏浚后的边坡进行防护，采用水上干砌块石护坎，水下抛石护岸，原阜六高速公路淮河特大桥影响处理工程沿桥轴线上、下游200m岸坡水上已做过干砌块石护坡，本次影响处理根据断面补偿河道疏浚边坡增设水下抛石护岸，同时向下游顺延160m防护。右岸考虑深泓近岸增设水下抛石防护，同时将原高速公路影响处理水上干砌块石护坎向下游顺延60m。
3.淮河阜六铁路淮河桥的防洪影响设计
3.1堤防防渗加固设计
渗流控制的目标是提高堤防的抗渗稳定性，使它满足规范要求的安全系数，达到除险目标。本着前堵后导的原则，渗流控制的措施有：在堤前增加防渗铺盖、垂直铺塑、高压喷射截渗墙，在堤后设置降压井、导渗盲沟、加透水盖重等。
3.2桥墩防护设计
桥墩基础灌注桩和承台施工对堤基上部覆盖层的穿刺并对周围土体产生扰动，容易使土体孔隙贯穿形成接触渗流，因此须对影响堤防安全范围内的桥墩进行局部防渗处理，其设计原则：迎水侧采用截渗处理，从源头堵截渗流通道；背水侧采用导渗处理，将渗水安全导出降压，保护基土不随渗水流失而产生堤基渗流破坏。本次防渗处理选用现行技术较为成熟、安全性较高的土工织物技术，即对迎水侧桥墩承台的原基坑开挖扰动部位用复合土工膜作防渗处理，复合土工膜选用二布一膜,土工膜上部采用5cm粗砂保护层，其上再回填20cm厚的粘土封闭层，最上面用30cm厚干砌块石护面作为保护层，并起到防冲作用；对背水侧桥墩承台的原基坑开挖扰动部位用土工布作反滤保护处理，土工布上部亦采用干砌块石护面作为保护层。
3.3断面补偿设计
断面补偿设计既要满足河道有效行洪断面面积，恢复其行洪能力，又要使河道水流衔接尽量平顺，保持河势相对稳定，不致在今后使用中出现严重冲刷或回淤，同时还要兼顾考虑影响范围内其他工程安全运用。综合该段河势、河道断面及上游临近阜六高速公路桥墩承台布置情况，断面补偿设计采取主槽疏浚结合局部降低右岸滩地高程方案，以主槽疏浚为主。
主槽疏浚选择在左侧河床，兼顾施工条件，设计疏浚底高程13.0m，鉴于阜六高速公路淮河特大桥已建成，受其安全限制，疏浚范围从高速公路桥下缘（桩号53+222）开始向下游至桩号52+922，总疏浚长度300m，将下游150m处阻水严重的突嘴一举切除，使该段河道水流更加平顺。岸线布置考虑平顺连接，沿现有高速公路桥护岸向下游顺延至谷河口。根据设计，桥位上游疏浚长度50m，下游疏浚长度250m，水下开挖边坡1:4，桥位处疏浚断面面积449.1m2，最大疏浚断面面积801.1 m2，设计疏浚总土方14.62万m3。
3.4岸坡防护结构设计
3.4.1砼预制块护坡
护坡面层采用12cm厚C20砼预制块，砌块平面形状设计成自锁形，为利于排水下设10cm厚瓜子片垫层，考虑堤身土质较差，为保护坡面基土渗流稳定，垫层下铺设一层150g/m2土工布作反滤。护坡顶高程取设计洪水位以上1.0m，护坡底高程平或略高于堤脚地面，坡比原则按现有堤防坡比，要求平顺少削坡。坡面每间隔50m设置一道条埂，封顶、勒脚及条埂均为C20现浇混凝土结构，截面尺寸为0.4×0.6m（宽×深）。封顶以上至堤顶间坡面结合水土保持拟采用草皮生物护坡。
3.4.2干砌块石护岸
干砌块石护岸顶高程与滩地持平或略低，以便排除滩地来水；勒脚顶高程考虑临淮岗洪水控制工程坝上正常控制水位选择20.0m。干砌块石护岸面层厚0.3m，下设5～15 mm级配碎石垫层厚0.10m，右岸边坡结合切滩为1：4，左岸为原始坡比。顺水流方向每50m设一道顺坡向条埂，坡长大于10m时，沿垂直水流方向每隔10m设置一道纵向条梗。条埂、勒脚、封顶、封边为M10砂浆浆砌石结构，封顶、封边、条埂尺寸为0.4×0.6m（宽×深，下同），勒脚尺寸为0.6×0.8m。
3.4.3抛石护坎设计
抛石护坎采用平顺抛护方式，顶高程20.0m，一般抛石厚度按0.6m控制，为增强稳定性，底部设5m长平抛段，厚度增大到0.8m。抛石护坎自护岸勒脚高程下始抛至河床深泓或岸坡小于1：4的緩坡段，其中左岸护坎底部高程结合河道断面补偿疏浚确定为13.0m。
结论
阜阳至六安铁路淮河大桥的建设给桥址上下游一定范围内的流速和流态带来影响和改变，受到桥墩束水和桥墩挑流作用，两岸堤防附近的流速均有所加大，对桥址两岸堤防安全和河势稳定带来一定影响，通过对两岸堤防采取一定的工程和非工程防护和补救措施，可以减小桥梁建设对行洪及堤防安全的影响，确保防洪安全。
关键词：淮河；阜六铁路；淮河桥；防洪影响设计
Abstract: The Huaihe bridge is a new project control of Fu six railway, bridge a total length of 8368.71m, based in Huaihe, the main span of the main canal, the basement depth 14.97m. In this paper, combined with the actual situation of engineering and construction requirements and other factors, and the construction experience of similar projects, to explore the effect of flood control for Huaihe bridge engineering Fu six railway design.
Key words: Huaihe; Fu six railway; Huaihe bridge; influence of flood control design
中图分类号：TU2
1.淮河桥工程建设概况
1.1工程概况
阜阳至六安铁路淮河特大桥采用连续梁方案跨越淮河及其左、右堤，桥梁全长8368.71m,起讫里程为DK30+657.73～DK39+026.44,全桥中心里程DK34+842.085，跨淮河主跨中心里程为DK32+055.20，跨淮河左堤DK31+347.30，跨淮河右堤中心里程为DK33+755.30。阜阳至六安铁路淮河特大桥防洪影响处理工程内容包括桥位处堤身堤基防渗、岸坡防护、行洪断面补偿等。
1.2工程地质
淮河特大桥区域为第四系晚更新世冲积层，部分区域中、新生代地壳活动剧烈，但自更新世后期，特别是全新世以来本区地壳活动已趋于基本稳定，未发现场地断裂。流域内表层土为粘土，以下各层为粉质壤土、粉沙土、淤泥质粉土等，色质为黄色、黄褐色，地基承载力在90～220kpa之间不等。据以往区域水文地质资料揭示，场地地下水PH值为7～8，地下水化学类型为弱碱性HCO3～Ca型，对混凝土无侵蚀性。地表水受大气降水、垂直蒸发和径流排泄影响，地表水水位随季节的不同而变化。
2.淮河特大桥防洪影响处理工程
2.1防渗处理
桥墩基础采用灌注桩施工工艺，破坏了堤防的正常的土压力平衡，桥墩建成后，由于上部桥梁动荷载通过桥墩对桥墩附近堤身产生扰动作用，形成堤防与桩体的空隙，减少了堤防的渗径长度，并且易产生类似接触性冲刷等渗透破坏，从堤防安全防渗稳定安全考虑，需进行堤防渗流稳定计算。
2.1.1计算参数确定
与堤身及堤基渗流稳定计算有关的主要参数有：各土层的渗透系数、土层厚度等。由于中铁上海设计院集团有限公司的《新建铁路阜阳至六安线初测工程地质勘测报告》中未提供土层的渗透系数，计算断面各土层渗透系数依据土质特性和工程经验，按常规选定。由于桩基施工，扰动附近土体，所以将桥墩附近近似看作透水性较好的土层，渗透系数取桩体穿透所在土层10倍。
2.1.2渗流计算结果
采用“水工结构分析系统”（AUTOBANK）软件，对北副坝在100年一遇洪水位29.72m，相应背水侧无水工况下进行稳定渗流计算，最大水力坡降为0.67m。根据《水闸设计规范》粘土允许坡降为0.6～0.7，计算最大坡降大于规范下限，小于规范上限。从流网图和流速矢量图上可以看出，由于上部动荷载对堤身和堤脚产生扰动作用，渗透破坏最有可能發生在背水侧堤基与桩体的接触部分，堤防和桩体间的空隙易产生类似接触性破坏，最大流速也发生在桥墩出口处，故需对临淮岗北副坝进行防渗处理，以便阻断渗流通道、增加渗径，降低堤后的渗流水头和水力坡降。
2.2防渗加固处理
2.2.1堤防防渗加固
为了有效降低桥墩处堤身和堤基强透水层的孔隙率、阻断渗流通道，提高堤身、堤基密实度和降低渗透性，减少渗透量，消除堤身的内部隐患，确保堤防安全，应对临淮岗北副坝、临王段桥位处堤防进行防渗加固处理。
2.2.2桥墩局部防护
近堤桥墩灌注桩和承台施工不可避免地对堤基产生扰动，这很可能会引起局部渗透变形，对堤防安全构成威胁，故应对位于堤防安全保护范围内的桥墩基础（承台）作局部防渗处理，一般不透水堤基堤防安全保护范围为堤脚内外各100m。根据《防洪评价报告》冲刷分析计算知，滩地局部冲刷深度可达2.03m。为防止近堤脚的桥梁基础形成局部冲刷，影响堤防和桥梁安全，对基础周边地面采用护砌保护，并结合防渗需要，采取必要的防渗措施。根据桥梁布置情况，本次近堤脚基础局部防护处理主要涉及临淮岗北副坝背水侧16～20#、迎水侧21～25#；临王段背水侧87～90#，迎水侧83～86#共18个桥墩。
2.3行洪断面补偿
由于桥墩阻水，减少了河道有效行洪断面面积，降低了河道行洪能力，形成壅水。工程所在河段平面形态呈弧形微弯，曲率半径约2500m。桥址处右岸临王段大堤历史上曾两次退建，故现状堤距较大，滩地较宽，实测两岸堤距2400m，主槽宽约370m，左岸滩地宽510m，右岸滩地宽1520m，河道主泓线位于主槽中偏右侧，最深处河底高程约9.8m。由于滩地较宽，河道中桥墩布置较多，计算阻水面积较大，根据《防洪评价报告》，阜阳至六安铁路淮河特大桥100年一遇洪水时总阻水面积1477 m2，其中主槽347 m2，滩地1130 m2，计算壅水高度达2.5cm，必须采取工程措施减少其影响。
2.4堤岸防护
由于桥墩束水，河道单宽流量增加，局部水面比降和流速加大，引起河床、岸坡冲刷，同时在桥墩附近形成复杂的水流形态，导致桥墩周围出现局部冲刷。因此须对桥轴线上、下游影响范围内的堤防及河岸进行防护。
2.4.1护坡
根据现场调查，桥址处临王段大堤迎水坡已全部做过混凝土或干砌块石护坡，且基本完好，故本次影响处理设计不再考虑；北副坝迎水坡高速公路桥轴线上游150m、下游200m已做过混凝土预制块护坡，该护坡末端距下游西园涵上干砌块石护坡之间有约170m长坡面未防护，鉴于上述主槽疏浚加右岸切滩增加断面面积尚不能完全满足河道行洪断面补偿需要，水流冲刷能力仍偏大，本次设计对该170m长坡面采用混凝土预制块防护，使该段护坡连续。
2.4.2护岸
为保护河道岸坡稳定，左岸对疏浚后的边坡进行防护，采用水上干砌块石护坎，水下抛石护岸，原阜六高速公路淮河特大桥影响处理工程沿桥轴线上、下游200m岸坡水上已做过干砌块石护坡，本次影响处理根据断面补偿河道疏浚边坡增设水下抛石护岸，同时向下游顺延160m防护。右岸考虑深泓近岸增设水下抛石防护，同时将原高速公路影响处理水上干砌块石护坎向下游顺延60m。
3.淮河阜六铁路淮河桥的防洪影响设计
3.1堤防防渗加固设计
渗流控制的目标是提高堤防的抗渗稳定性，使它满足规范要求的安全系数，达到除险目标。本着前堵后导的原则，渗流控制的措施有：在堤前增加防渗铺盖、垂直铺塑、高压喷射截渗墙，在堤后设置降压井、导渗盲沟、加透水盖重等。
3.2桥墩防护设计
桥墩基础灌注桩和承台施工对堤基上部覆盖层的穿刺并对周围土体产生扰动，容易使土体孔隙贯穿形成接触渗流，因此须对影响堤防安全范围内的桥墩进行局部防渗处理，其设计原则：迎水侧采用截渗处理，从源头堵截渗流通道；背水侧采用导渗处理，将渗水安全导出降压，保护基土不随渗水流失而产生堤基渗流破坏。本次防渗处理选用现行技术较为成熟、安全性较高的土工织物技术，即对迎水侧桥墩承台的原基坑开挖扰动部位用复合土工膜作防渗处理，复合土工膜选用二布一膜,土工膜上部采用5cm粗砂保护层，其上再回填20cm厚的粘土封闭层，最上面用30cm厚干砌块石护面作为保护层，并起到防冲作用；对背水侧桥墩承台的原基坑开挖扰动部位用土工布作反滤保护处理，土工布上部亦采用干砌块石护面作为保护层。
3.3断面补偿设计
断面补偿设计既要满足河道有效行洪断面面积，恢复其行洪能力，又要使河道水流衔接尽量平顺，保持河势相对稳定，不致在今后使用中出现严重冲刷或回淤，同时还要兼顾考虑影响范围内其他工程安全运用。综合该段河势、河道断面及上游临近阜六高速公路桥墩承台布置情况，断面补偿设计采取主槽疏浚结合局部降低右岸滩地高程方案，以主槽疏浚为主。
主槽疏浚选择在左侧河床，兼顾施工条件，设计疏浚底高程13.0m，鉴于阜六高速公路淮河特大桥已建成，受其安全限制，疏浚范围从高速公路桥下缘（桩号53+222）开始向下游至桩号52+922，总疏浚长度300m，将下游150m处阻水严重的突嘴一举切除，使该段河道水流更加平顺。岸线布置考虑平顺连接，沿现有高速公路桥护岸向下游顺延至谷河口。根据设计，桥位上游疏浚长度50m，下游疏浚长度250m，水下开挖边坡1:4，桥位处疏浚断面面积449.1m2，最大疏浚断面面积801.1 m2，设计疏浚总土方14.62万m3。
3.4岸坡防护结构设计
3.4.1砼预制块护坡
护坡面层采用12cm厚C20砼预制块，砌块平面形状设计成自锁形，为利于排水下设10cm厚瓜子片垫层，考虑堤身土质较差，为保护坡面基土渗流稳定，垫层下铺设一层150g/m2土工布作反滤。护坡顶高程取设计洪水位以上1.0m，护坡底高程平或略高于堤脚地面，坡比原则按现有堤防坡比，要求平顺少削坡。坡面每间隔50m设置一道条埂，封顶、勒脚及条埂均为C20现浇混凝土结构，截面尺寸为0.4×0.6m（宽×深）。封顶以上至堤顶间坡面结合水土保持拟采用草皮生物护坡。
3.4.2干砌块石护岸
干砌块石护岸顶高程与滩地持平或略低，以便排除滩地来水；勒脚顶高程考虑临淮岗洪水控制工程坝上正常控制水位选择20.0m。干砌块石护岸面层厚0.3m，下设5～15 mm级配碎石垫层厚0.10m，右岸边坡结合切滩为1：4，左岸为原始坡比。顺水流方向每50m设一道顺坡向条埂，坡长大于10m时，沿垂直水流方向每隔10m设置一道纵向条梗。条埂、勒脚、封顶、封边为M10砂浆浆砌石结构，封顶、封边、条埂尺寸为0.4×0.6m（宽×深，下同），勒脚尺寸为0.6×0.8m。
3.4.3抛石护坎设计
抛石护坎采用平顺抛护方式，顶高程20.0m，一般抛石厚度按0.6m控制，为增强稳定性，底部设5m长平抛段，厚度增大到0.8m。抛石护坎自护岸勒脚高程下始抛至河床深泓或岸坡小于1：4的緩坡段，其中左岸护坎底部高程结合河道断面补偿疏浚确定为13.0m。
结论
阜阳至六安铁路淮河大桥的建设给桥址上下游一定范围内的流速和流态带来影响和改变，受到桥墩束水和桥墩挑流作用，两岸堤防附近的流速均有所加大，对桥址两岸堤防安全和河势稳定带来一定影响，通过对两岸堤防采取一定的工程和非工程防护和补救措施，可以减小桥梁建设对行洪及堤防安全的影响，确保防洪安全。