大蘆線二期航道整治工程護岸結構選型分析

張軍濤

（上海城投航道建設有限公司，上海200092）

1 工程概況

大蘆線二期航道（大治河段） 位于上海浦東地區，起于黃浦江，止于大治河東閘，與大蘆線航道一期（臨港新城段）工程共同稱為大蘆線航道工程，其直通自貿區， 是洋山深水港船運轉內河航道的重要通道，為優化上海港集疏運體系，推動長三角地區高等級航道網的快速發展起到了關鍵作用。

圖1 一環十射規劃示意圖

大治河段航道順直， 現狀平均水深在3.0～3.5m左右，河道面寬約102～108m，就航道本身條件已達到Ⅳ級航道要求， 但航段內跨航道橋梁只能基本滿足Ⅴ級航道的要求。 根據《上海市內河航運發展規劃》（修訂報告）、《“一環十射”航道水系藍線規劃（浦東、南匯、閔行）》和《上海市“十二五”內河高等級航道建設規劃》，大治河在大蘆線航道整治二期工程中規劃為III級內河航道［1］，水務藍線與航道規劃藍線一致，標準段藍線寬度102m。

2 航道斷面選型

航道斷面與駁岸結構型式有著密切關系， 也是內河航道整治工程的核心要素之一［2］。 航道斷面應根據工程所處位置因地制宜， 還需充分考慮通航船型、防洪排澇、建設投資、社會綜合效益等多種因素。本工程主要位于上海浦東新區， 沿線居民及工礦企業較多，征地拆遷難度較大。 根據交通部下發的《長江三角洲高等級航道網建設有關技術問題的暫行規定》交水發［2005］27 號要求，對于城鎮、沿岸居住人口密集或土地資源缺乏的限制性航道岸坡， 推薦采用直立式護岸型式；對于土地資源缺乏，同時航運繁忙、船舶多的航道岸坡，應優先考慮采用直立式與斜坡式組合的護岸型式，減少船舶撞擊損壞的概率。

圖2 航道斷面示意圖

直立式護岸結構型式簡單， 截面過水斷面系數大，對航行阻力較小，有利于提高船舶通航能力，且能減少征地，但純直立式護岸斷面工程投資較大。斜坡式護岸結構對地基的適應性較強， 投資較直立式護岸更經濟。 但隨著上海建設國際航運中心的全面推進， 在本工程的整治疏浚及沿線跨河橋梁的改擴建后，本航道的通航能力將得到較大提升，屆時大型機動船舶迅猛增加， 必將對岸坡造成更加嚴重的沖刷。 根據國內已建航道實際通航情況來看，大噸位、大流量產生的船行波將對斜坡式護岸段造成較大影響，對通航安全構成威脅。 若要及時修復，必將影響正常通航，且維護費用較高，因此若采用純斜坡式的護岸結構， 將對運行期的日常管理及維護提出更高要求，而且后期費用將不能有效控制。綜合考慮護岸結構的安全性、耐久性、后期可維護性及經濟性，并結合本航道兩岸的實際情況， 推薦采用直立式與斜坡式組合的護岸型式。

由直立式與斜坡式組合的護岸型式形成的航道斷面，下部為梯形斷面，一般位于船行波影響范圍以下，不需構筑防沖結構；上部為矩形斷面，屬于硬質結構，結構剛度大，避免護岸撞擊損壞。 該組合斷面型式的技術與經濟指標介于斜坡式梯形航道斷面和直立式矩形航道斷面之間， 且經受了實踐工程的檢驗，是一種相對經濟、安全可靠的航道斷面型式。

3 護岸結構選型

護岸結構選型不僅關系到工程安全及投資，還影響工程的施工、使用及維護等各方面。 鑒于本工程沿線護岸幾乎全部新建，工程規模巨大，由于上海本地石料緊缺，所需的大量石料均需外購，石料供應不足將成為制約工程建設的重要因素，因此假如本工程采用漿砌塊石結構，待航道全面開工后勢必造成石料采購困難，因此綜合考慮鋼筋混凝土結構所需石料相對較少，且施工方法成熟，質量容易控制，施工速度較快等優點，本工程新建護岸推薦采用鋼筋混凝土結構。

圖3 護岸結構比選

大蘆線航道作為浦東地區內河骨干航道， 不僅需滿足航道標準， 還必須滿足行洪排澇的水利功能要求，因此需同時滿足水運和水利相關規范的要求。在水運工程相關規范中并未明確規定護岸設計標準與建筑物等級。 根據水利規范擬定本工程永久性護岸按3級水工建筑物設計。 根據GB50286—2013《堤防工程設計規范》規定，堤防頂標高為設計洪水位+設計波浪爬高+設計風壅水面高度+安全加高值，即3.75+0.126+0.001+0.4=4.277m。 根據規范計算結果，堤防頂高程取4.277m既可滿足要求， 考慮周邊水系的堤防頂標高及浦東片區整體水務規劃都是4.30m高程，因此本工程堤防頂高程取4.30m。

護岸頂標高還取決于航道護岸功能和航道景觀、生態建設等要求。 根據JTJ300—2000《港口及航道護岸工程設計與施工規范》，護岸頂標高應根據設計最高通航水位加0.1～0.5m超高確定。 所以護岸頂高為3.2+（0.1～0.5）=3.3～3.7m。對周邊為農田、人口較稀少的鄉村段護岸，因其對景觀要求稍低，平時周邊荷載也略小，故推薦采用剛性較大的一級式結構，即A型護岸，其護岸頂標高略高于計算值，取3.80m。 對周邊為居民區和工礦企業較為集中的岸段， 人口較密，荷載較大，為了減小護岸斷面，降低投資，同時增強護岸視覺效果，考慮將護岸設計為兩級式結構，且要求兩級式護岸結構具有安全可靠性、耐久性、生態性、景觀性等要素，所以設計中考慮將置于水中的一級墻體采用剛性較大的結構， 增強護岸的防撞擊能力，二級墻采用較為環保的柔性生態結構，即B型護岸，其第一級護岸頂標高取3.50m。 在距離護岸前沿約3.3m的后方設置第二級擋墻結構。

圖4 A型護岸

本航段隨著航道的整治拓寬， 航道內船舶密度及船舶噸位均將大幅提高，在大噸位、大船舶流量產生的船行波和水流的反復沖刷下［3］，將使護岸前沿產生不同程度的沖刷進而影響護岸結構的安全，甚至因淘刷而使結構坍塌， 因此一級護岸結構的底板應該設置在受船行波淘刷影響的范圍以下。

現根據《確定波浪對海、河建筑物與岸坡作用的技術規范》公式，計算控制船型90TEU（長度、寬度、吃水分別為：72.7m×12.6m×2.8m）內河集裝箱船舶在最低通航水位2.00m時的船行波要素值，可得船行波波高為0.58m，岸側船行波波高為0.85m，則一級護岸的底板高程應設置在2-0.85＝1.15m高程以下， 設計取為1.00m高程。 由于航道在疏浚作業時不可避免存在一定程度的水平和垂直偏差， 加之船行波的反復沖刷，因此為了提高護岸結構的耐久性，增強對水流的抗沖刷能力，將護岸底板前趾深度加深，其底部高程取為0.00m。 從航道底部-2.00m高程以1∶3放坡至1.00m高程，根據航道斷面的尺寸（面寬102m和底寬64m）可確定1.00高程的平臺寬度為10m。航道斷面具體布置如圖6。

圖6 航道斷面

4 地基處理

航道沿線地質條件基本一致， 場地地層主要由粉質黏土、淤泥質粉質黏土、淤泥質黏土和粉質黏土夾砂等組成。由于兩岸沖刷嚴重，護岸擋墻底部需坐落在淤泥質粉質黏土層上， 其物理和力學性質表現為含水量和孔隙比大，強度低，壓縮性很大，且滲透性很小。通過加寬底板的方式，雖能使擋墻滿足抗滑和抗傾的穩定性要求， 但會使擋墻產生過大的沉降量或沉降差，導致擋墻底板開裂甚至斷裂，因此需進行地基處理［4］。 若采用水泥攪拌樁加固基地，雖能較大程度地提高地基的承載力， 但對提高抵抗水平向推力作用并不明顯， 而且水泥攪拌樁施工隊伍良莠不齊，質量難以保證，因此在上海地區的航道整治工程中較少采用。 所以在人口較稀少的鄉村段推薦采用預制方樁，在人口密集的居民區和工礦企業段，推薦采用擾民程度較低的鉆孔灌注樁。

在對樁基進行受力分析時， 樁承臺不僅要承受較大的豎向力，而且需抵抗較大的水平推力，加之樁基運行條件復雜特殊， 長期浸于水面以下， 受到水流、船行波、雨水等外界因素的共同影響，若考慮樁土共同受力，需要進行專門的研究。上海市工程建設規范DGJ08-11—2010《地基基礎設計規范》“當采用天然地基不滿足設計要求時， 可采用地基處理或樁基”，且規定“樁的設計宜按樁承擔基礎底面以上全部荷載確定。在有可靠分析依據及類似工程經驗時，也可考慮地基土與樁基共同承擔豎向及水平荷載”。SL379—2007《水工擋土墻設計規范》規定樁的根數和尺寸宜按承擔底板底面以上的全部荷載確定。 為確保工程安全， 本工程采用由樁基承擔底板底面以上全部荷載的計算方法。

5 結語

大蘆線二期航道整治工程采用直立式與斜坡式組合的護岸型式形成的航道斷面， 是綜合考慮上海地區土地資源缺乏、 征地拆遷難度大等因素， 從技術、經濟等多方面比選后確定的設計方案，不僅極大地提升了大治河的通航能力， 而且顯著提高了浦東地區的防洪排澇能力。 該航段的實施將為上海國際航運中心提供便捷、高效、有競爭力的內河集疏運服務，完善上海市及長三角地區高等級內河航道網建設。