蕰藻浜閘外段航道疏浚工程對(duì)現(xiàn)有防汛墻影響分析及控制

歐陽(yáng)龍山

摘 要：本文介紹了蕰藻浜閘外段的航道現(xiàn)狀及航道淤積的原因，揭示了實(shí)際維護(hù)疏浚過(guò)程中存在航道浚深拓寬和與防汛墻安全之間的矛盾。在多年的維護(hù)疏浚工程中總結(jié)出事前、事中和事后聯(lián)合安全控制方法，實(shí)現(xiàn)保障防汛墻安全前提下盡可能滿足航運(yùn)要求的目的，可為類似維護(hù)工程提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：航道疏浚工程；防汛墻安全；安全控制；蕰藻浜閘外段

中圖分類號(hào)：U616+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）9-0035-03

1 航道概況

蕰藻浜，位于上海市嘉定區(qū)南部，寶山區(qū)中部。其西起蘇州河（吳淞江），東至黃浦江（吳淞口），全長(zhǎng)33.46km。其中，蕰東閘至吳淞大橋，位于寶山區(qū)南部，全長(zhǎng)11.16km，屬于黃浦江支流，是閘外感潮航段，潮汐呈不規(guī)則半日潮型。

蕰藻浜航道屬于上海市“一環(huán)十射”中的高等級(jí)航道網(wǎng)組成部分，同時(shí)也是長(zhǎng)三角的高等級(jí)航道網(wǎng)的組成部分，全段規(guī)劃等級(jí)為Ⅲ級(jí)。其中蕰藻浜閘外段（蕰東閘～寶鋼支線鐵路橋）航段現(xiàn)狀為Ⅵ級(jí)航道，蕰藻浜（寶鋼支線鐵路橋～吳淞大橋）航段現(xiàn)狀為Ⅲ級(jí)航道。

蕰藻浜承擔(dān)十分重要航運(yùn)的功能，既是上海市市內(nèi)大部分生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)的主要水上通道，涉及城市安全運(yùn)行，也是寶鋼等上海北部地區(qū)重要企業(yè)生產(chǎn)原材料和產(chǎn)品、居民生活必需品的水上運(yùn)輸主通道。通航船舶主要是來(lái)自于長(zhǎng)江三角洲地區(qū)江蘇、浙江、安徽等省的內(nèi)河運(yùn)輸船及承擔(dān)江海聯(lián)運(yùn)的海船。蕰藻浜閘內(nèi)航段主要通航300t～500t級(jí)船舶，閘外航段主要通航500t～1000t級(jí)船舶。營(yíng)運(yùn)組織方式以機(jī)動(dòng)駁單船運(yùn)輸為主，現(xiàn)有泊位超過(guò)140個(gè)，運(yùn)輸貨種主要為礦石、建材、鋼材、水泥渣土等，2017年總吞吐量近2000萬(wàn)噸。

由于蕰藻浜航道的運(yùn)量主要集中在閘外段，且碼頭密布，但航道淤積嚴(yán)重，根據(jù)內(nèi)河航道維護(hù)技術(shù)規(guī)范，本航道為一類維護(hù)，每隔2年都需對(duì)其進(jìn)行維護(hù)疏浚，其維護(hù)工程是上海市城市維護(hù)項(xiàng)目中的一部分。

2航道淤積原因分析

蕰藻浜閘外段面寬約60～100m，航道貨運(yùn)繁忙，但閘下航道淤積嚴(yán)重，分析其淤積原因，主要有以下幾點(diǎn)：

（1）上游下泄流量小。蕰藻浜上接太湖流域，在非汛期為了蓄水灌溉和滿足航運(yùn)水深的要求，閘門經(jīng)常關(guān)閉，下泄水量較小，是導(dǎo)致閘下淤積的原因之一；

（2）漲潮流的挾沙力大于落潮流的挾沙力。薀藻浜口門緊鄰長(zhǎng)江，長(zhǎng)江泥沙隨著漲潮進(jìn)入薀藻浜，受蕰東閘影響，漲潮流挾沙力大于落潮流挾沙力，是形成閘下河段淤積的主要原因之二；

（3）非自然因素。蕰藻浜閘外段兩岸基本建有防汛墻或碼頭，但地表植被相對(duì)較少，且沿線有大量砂石料碼頭和雨水排放口，泥沙可能會(huì)隨降雨徑流和雨水管進(jìn)入航道，這些非自然因素是導(dǎo)致航道淤淺的原因之三。

3 蕰藻浜閘外段航道維護(hù)疏浚工程的難點(diǎn)

為了解決蕰藻浜閘外段航道淤積問(wèn)題，最好的方式就是采用維護(hù)疏浚。但閘外段防汛墻的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)是百年一遇，堤防等級(jí)屬于一級(jí)，而由于蕰藻浜航道至今為止未進(jìn)行達(dá)標(biāo)整治，若以Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)（例如航道底寬、航道水深、邊坡比等）進(jìn)行疏浚，會(huì)對(duì)兩岸的防汛墻產(chǎn)生不利影響，如何在盡可能地滿足船舶安全通航和保證防汛墻安全兩者之間尋求平衡，是薀藻浜閘外段航道維護(hù)疏浚的難點(diǎn)。

4 蕰藻浜道疏浚工程對(duì)現(xiàn)有防汛墻影響控制方法

薀藻浜維護(hù)疏浚每2年進(jìn)行一次，以往每次維護(hù)疏浚前，水務(wù)部門高度重視防汛墻安全，疏浚工程對(duì)防汛墻的影響分析需要請(qǐng)第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行專題論證，并請(qǐng)專家評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)才允許開(kāi)工。經(jīng)過(guò)多年維護(hù)疏浚工作的研究總結(jié)，采用事前、事中和事后的安全控制方法，實(shí)現(xiàn)保障防汛墻安全前提下盡可能滿足航運(yùn)要求的目的。

4.1事前控制——平面和斷面合理確定

在疏浚工程中的防汛墻的安全控制主要體現(xiàn)在疏浚工程平面和斷面的合理確定。平面設(shè)計(jì)要點(diǎn)：結(jié)合航道現(xiàn)狀和河勢(shì)變化，基本以航道現(xiàn)有的中心線為疏浚中心線，盡量減少對(duì)兩岸防汛墻的影響。斷面設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：為保證安全通航，根據(jù)設(shè)計(jì)船型合理確定設(shè)計(jì)水深、確定航道底高程，并根據(jù)地質(zhì)情況確定開(kāi)挖邊坡，但航道底寬的確定是斷面設(shè)計(jì)的核心和關(guān)鍵，通過(guò)安全距離控制法和整體穩(wěn)定計(jì)算法確定，具體做法如下：

4.1.1 抗傾抗滑安全距離控制法

盡管在設(shè)計(jì)之前可以收集到一些碼頭、防汛墻資料，但由于碼頭、防汛墻建設(shè)或改建年代久遠(yuǎn)，得到的資料往往與實(shí)際的情況不太相符。為滿足防汛墻抗傾、抗滑安全要求，主要采用全距離控制法，即以不擾動(dòng)現(xiàn)有墻前土方，保障被動(dòng)土壓力充分發(fā)揮作用為原則，控制疏浚邊線距現(xiàn)狀護(hù)岸滿足一定的距離。根據(jù)薀藻浜被動(dòng)土壓力的內(nèi)摩擦角值、灘面高程，結(jié)合工程實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)得出薀藻浜航道抗傾抗滑的安全距離為不小于5m。

以往設(shè)計(jì)過(guò)程中，開(kāi)挖的邊線與現(xiàn)狀岸線的距離，是通過(guò)航道斷面逐個(gè)檢查，近年設(shè)計(jì)單位開(kāi)始用BIM進(jìn)行斷面設(shè)計(jì)，在平面圖上非常清晰顯示開(kāi)挖的邊線與現(xiàn)有岸線的距離，能快速有效判別是否滿足安全距離。

4.1.2整體穩(wěn)定計(jì)算法

由于疏浚工程將改變?cè)泻哟矓嗝?，為保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，需根據(jù)收集到的蕰藻浜閘外段防汛墻或碼頭結(jié)構(gòu)的地質(zhì)資料，進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算。

①設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：蕰藻浜閘外段防汛墻工程現(xiàn)狀為Ⅱ等工程，干河堤防、護(hù)岸為2級(jí)建筑物，地震設(shè)防烈度為7度。

②現(xiàn)狀防汛墻

根據(jù)蕰藻浜航道的現(xiàn)有測(cè)量資料，分析得出本航道穩(wěn)定的邊坡至少為1∶3，考慮本航道船流密度大、船型尺度也較大的因素，施工后在船行波的作用下，邊坡還將有坍塌的可能，為確保兩側(cè)防汛墻或碼頭的穩(wěn)定，確定蕰藻浜復(fù)核的穩(wěn)定邊坡為1∶5。

薀藻浜現(xiàn)狀碼頭和防汛墻結(jié)構(gòu)主要分三大類：第一類是高樁式梁板式碼頭，此類高樁梁板式碼頭后側(cè)為板樁式護(hù)岸（含防汛墻），碼頭前沿設(shè)計(jì)水深均為-1.0m左右。高樁式梁板式碼頭示意圖如圖1所示。

第二類是斜坡式或重力式防汛墻，此類斜坡式防汛墻墻前有漿砌塊石護(hù)坡，并在鎮(zhèn)腳處設(shè)置導(dǎo)梁，其下方基本都有板樁防沖刷，重力式防汛墻下部為漿砌塊石或鋼砼承臺(tái)。示意圖如圖2所示。

第三類是板樁式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)狀蕰藻浜兩岸其余碼頭岸線以此類結(jié)構(gòu)居多。此結(jié)構(gòu)主要分為前排樁后拉錨結(jié)構(gòu)、或前板樁后方樁結(jié)構(gòu)，部分修補(bǔ)型的結(jié)構(gòu)甚至有兩排板樁的情況，碼頭墻前泥面設(shè)計(jì)標(biāo)高主要為1.0～-1.0m。示意圖如圖3所示。

③工況組合

疏浚維護(hù)施工期與使用期航道內(nèi)水位工況一致，因此，計(jì)算工況有三種：持久組合、短暫組合、地震組合，各荷載和水位組合工況詳見(jiàn)表1。

④計(jì)算方法及結(jié)果判斷

整體穩(wěn)定性采用簡(jiǎn)化畢肖普?qǐng)A弧搜索法，應(yīng)用軟件工具（slide計(jì)算程序）進(jìn)行驗(yàn)算。復(fù)核根據(jù)河道堤防斷面、墻前泥面高程、土層分布等因素綜合考慮，選取各段不利典型斷面作為代表斷面計(jì)算。持久組合安全系數(shù)大于1.3，短暫組合和地震組合安全系數(shù)大于1.05，滿足規(guī)范要求。

4. 2事中控制 —— 施工期同步觀測(cè)控制法

為進(jìn)一步確保維護(hù)疏浚工程對(duì)現(xiàn)有防汛墻不產(chǎn)生影響，在施工前和施工過(guò)程中對(duì)兩側(cè)防汛墻進(jìn)行位移沉降的觀測(cè)。施工前，應(yīng)在整個(gè)工程范圍內(nèi)對(duì)所有觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一次觀測(cè)，作為起始參考值。在施工過(guò)程中，疏浚范圍內(nèi)的護(hù)岸和跨河橋梁的沉降位移觀測(cè)在施工當(dāng)天應(yīng)不少于兩次。

如觀測(cè)數(shù)值超過(guò)報(bào)警值，應(yīng)立即停止施工作業(yè)（施工中），及時(shí)通知業(yè)主、設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位，并及時(shí)將土方回填至原有泥面以上，分析異常情況的發(fā)生原因，并采取有效措施加以解決，觀測(cè)報(bào)警值詳見(jiàn)表2。

4. 3事后控制

疏浚工程的事后控制采用觀測(cè)位移沉降，施工后疏浚完成航段在次日和隔日各觀測(cè)一次，并在以后每周觀測(cè)一次且不少于三次，沉降和位移報(bào)警值同表2。

綜上，本文提出的事前、事中和事后三種安全控制方法在盡可能滿足航道通航要求的情況下，控制了疏浚工程對(duì)防汛墻的影響。

5 結(jié)論

本文以蕰藻浜閘外段維護(hù)疏浚工程為例，詳細(xì)介紹事前、事中和事后安全控制法，解決了維護(hù)疏浚工程對(duì)防汛墻的影響，為今后類似航道維護(hù)疏浚工程提供了參考的經(jīng)驗(yàn)。下階段還將深入研究安全距離的合理性，為盡可能改善通航條件提供技術(shù)支撐。