直立式護岸在狹窄易沖刷河道中的應用優勢

劉艷 上海友為工程設計有限公司

21世紀是崇明騰飛的世紀，崇明將繼浦東之后成為上海改革開放的又一戰略重點。崇明島位于長江的入海口，南與浦東新區、寶山區及江蘇省太倉市隔水相望，北與江蘇省海門市、啟東市一衣帶水。崇明島島內主要骨干河道32條，河道總長444.5km。這些河道擔負著全島引水、排澇、城鄉居民生活用水及工農業用水的重任。河道的暢通及其功能的發揮將直接影響崇明人民生活質量的改善和社會經濟的可持續性發展。

界河為崇明次干河道“十六縱”之一，是崇明西部南北向的主要匯水、輸水通道，也是島內主要航道(等外級航道)。現狀界河環島運河北河～界河北閘岸段，全長約2.7km，現狀河口寬度較窄，目前河道排澇能力不能達到規劃要求。根據實測斷面資料，界河兩岸岸坡在不斷的淘刷，擋墻墻后水土流失嚴重，岸坡侵蝕破壞，不斷威脅著兩岸相鄰道路、構筑物等的安全。

本文將圍繞本次河道整治工程中的難點，闡述直立式護岸對于平衡河道過水能力和拆遷問題的優勢，以供類似工程參考。

1.設計難點

界河環島運河北河～界河北閘岸段位于崇明區新村鄉，屬于內河區域，汛期內防汛除澇的壓力比較大，整治河段緊鄰界河北閘，日常引排水過程中兩岸易受水流淘刷，因此，河道斷面能否滿足引排水過水斷面需求至關重要。

本次工程設計難點在于集鎮段（新村中心小學～新村堂教堂）。本段河道中心線長度597m，現狀河口寬度34m，其中衛付路新村橋下河口束窄，本段河道未達到規劃河口寬度58m。

河道西岸與耀洲路相鄰，東岸沿河建筑密集，多為便民機構。新村幼兒園、新村中心小學位于東側陸域控制線內，占據寬度約6～7m；新村經濟開發區管理委員會、新村陽光之家位于東側規劃河口藍線內，占據寬度約4m；新村自來水廠、新村堂（教堂）位于東側規劃河口藍線內，占據寬度約8～13m。

若按照規劃河口寬度58m實施，則上述建筑均需拆遷，不僅拆遷量巨大，而且對本地居民生活帶來較大影響，實施難度很大。

2.解決方案

為解決上述河道拓寬需求和拆遷難度的矛盾，本工程設計方案根據兩岸情況，河道東岸采用可使洪水流速增加、過流能力更大的直立式斷面本段河道適當拓寬至48.4m。且因房屋沿岸分布，擋墻開挖作業面受限，故采用開挖面較小的高樁承臺擋墻。該方案避免了新村社區服務中心、經濟開發區管理委員會、新村陽光之家、耀州路等發生動拆遷，也避開了新村幼兒園、小學、新村堂等核心房屋的動拆遷，在保證集鎮段過水斷面面積不低于規劃規模的同時，盡量減小了動拆遷規模。

3.直立式護岸應用優勢分析

3.1 直立式護岸設計

新建直立式護岸為高樁承臺結構，上部承臺寬3m，厚0.5m，頂高程為3.6m，承臺兼做親水步道，臨水側設置欄桿。3.6m高程做0.4m高側墻，側向擋土。為盡可能的增加河道過水斷面面積，承臺底部采用前方樁+后鋼板樁樁基型式。前排采用400×400×15000mm的C35鋼筋砼方樁，間距1.5m，樁基位于河道中；后排采用15m長密排U型鋼板樁，規格為600×210×18mm，SY390，起擋土作用。鋼板樁應進行防腐設計，確保其耐久性。該結構在保證后側房屋安全的同時，可利用承臺底部樁基空隙以增加過水斷面面積，同時又可兼顧到集鎮段居民親水需求。

3.2 水流流態計算方法及過程

本次采用Mike21 FlowModel FM二維水流數學模型，針對界河工程區域現狀及三種方案的水動力條件進行模擬及對比分析。方案一：河道全線按照規劃拓寬至58m。方案二：集鎮段按現狀河口寬度改造，即不進行拓寬，仍為34m，其余段拓寬至規劃寬度58m。方案三：集鎮段河口寬度拓寬至48.4m，其余段拓寬至規劃寬度58m。

3.2.1 模型計算參數

計算步長：根據模型網格的布置與精度要求，計算時，二維模型采用的時間步長為0.01～30s。渦粘系數：橫向渦粘系數采用Smagorinsky 公式估算，相應Smagorinsky 系數取值為0.28m2/s，水平渦粘系數則采用對數公式估算。糙率取值：糙率受多種因素的綜合影響，為潮流計算中重要的計算參數，與床面形態、植被條件、水深等諸多因素有關。根據率定結果，河道糙率n取值在0.019～0.03之間。

3.2.2 典型工況選取

工程區域的河床形態采用最新實測數據進行構建，內河水面高程取為3.0m，界河北閘閘門全開，計算除澇工況下界河河道中的流速。

3.2.3 不沖流速的取值

本工程河底土質以砂質粉土夾粉砂為主，當河道的水力半徑R=1時，對于砂質粉土，河道的不沖流速V不沖等于0.26～0.40m/s。當水力半徑R不等于1時，V不沖’等于V不沖×Rα，上海地區α可取1/3～1/5。修正后的不沖流速為0.4～0.5m/s，取0.5m/s。

3.3 水流流態計算結果及對比分析

由模擬計算結果可知不同斷面條件下的界河流速和流態均有差異。在現狀河道斷面條件下，界河的水流流態不夠順直，局部流速過大，在河道斷面變窄段的最大流速達到了1.0m/s，其余河段的最大流速在0.62～0.81m/s，全段流速均超過了不沖流速0.5m/s。在方案一全線按規劃河道斷面條件下，界河水流流態順直，北岸轉河以北段最大最大流速0.62m/s，北岸轉河以南段最大流速小于不沖流速0.5m/s。在方案二設計斷面條件下，集鎮段（新村中心小學～新村堂）按現狀實施，因此水流流態不夠順直，且在河道斷面變窄段仍有流速變大的情況，最大流速1.42m/s左右，其余河段的最大流速在0.43～0.88m/s左右。在方案三設計斷面條件下，界河水流流態順直，中心橫河以北段最大流速為0.65～0.83m/s，新村中心橫河以南段最大流速為0.48～0.50m/s。

以上模擬工況為選取界河北閘全開時的不利工況，該工況會出現中心橫河以北河段流速大于河道不沖流速的情況，但防汛調度頻率較低；且北岸轉河～界河北閘段，兩側墻前拋有防沖塊石，在防汛調度時也可起到一定防護作用。當崇明島水閘的調度運行為常規的活水暢流調度時，且內河水位在不高于常水位上限2.8m時，界河水閘日常排水時的閘門開度控制在1.50m～2.00m（閘門對應的底部高程為1.0m～1.50m），此時內河河道流速基本控制在0.40～0.50m/s以內。河道按規劃拓寬后，對閘門開度進行適當的控制，可以防止界河進一步沖刷，使界河的沖淤恢復平衡，從而保證河道兩側護岸的穩定和安全。

綜合以上分析內容，方案一（全線按照規劃實施），可以有效降低河道水流流速，減小兩岸沖刷，但涉及動拆遷內容較多，如居民小區、新村幼兒園、新村堂、新村自來水廠、新村社區服務中心、經濟開發管理區、新村陽光之家、耀洲路等，動拆遷實施難度較大。方案二（集鎮段按現狀實施，其余按規劃規模實施），雖然可以盡可能的減少動拆遷工作，但集鎮段實施后河道水流流速仍然較大，遠超過河床不沖流速，集鎮段仍面臨進一步沖刷危險，需加強河道斷面護砌。方案三（集鎮段拓寬至48.4m，其余基本按規劃規模實施），避免了新村社區服務中心、經濟開發區管理委員會、新村陽光之家、耀州路等發生動拆遷，也避開了新村幼兒園、小學、新村堂等核心房屋的動拆遷，同時又能保障過河道水斷面面積，有效降低河道流速。

所以，在本工程中直立式護岸的應用既滿足了河道引排水過水斷面需求，又減少了現狀房屋的拆遷量，有效解決了本工程設計工作中的難點。

4.結論

狹窄河道拓寬是河道治理中極易碰到的情況，而岸后的征地問題又是制約河道拓寬的常見原因。在實際河道治理工作中，要根據工程的特點，結合周圍的環境，因地制宜，通過適宜的工程技術解決問題，達到人與自然的和諧發展。本文以崇明區界河（環島運河北河～界河北閘）河道整治工程為例，論述了直立式護岸在此工程中的應用優勢，切實可行地平衡了河道拓寬和拆遷問題的沖突，有效解決了問題。