大芦线二期航道整治工程护岸结构选型分析

张军涛

（上海城投航道建设有限公司，上海200092）

1 工程概况

大芦线二期航道（大治河段） 位于上海浦东地区，起于黄浦江，止于大治河东闸，与大芦线航道一期（临港新城段）工程共同称为大芦线航道工程，其直通自贸区， 是洋山深水港船运转内河航道的重要通道，为优化上海港集疏运体系，推动长三角地区高等级航道网的快速发展起到了关键作用。

图1 一环十射规划示意图

大治河段航道顺直， 现状平均水深在3.0～3.5m左右，河道面宽约102～108m，就航道本身条件已达到Ⅳ级航道要求， 但航段内跨航道桥梁只能基本满足Ⅴ级航道的要求。 根据《上海市内河航运发展规划》（修订报告）、《“一环十射”航道水系蓝线规划（浦东、南汇、闵行）》和《上海市“十二五”内河高等级航道建设规划》，大治河在大芦线航道整治二期工程中规划为III级内河航道［1］，水务蓝线与航道规划蓝线一致，标准段蓝线宽度102m。

2 航道断面选型

航道断面与驳岸结构型式有着密切关系， 也是内河航道整治工程的核心要素之一［2］。 航道断面应根据工程所处位置因地制宜， 还需充分考虑通航船型、防洪排涝、建设投资、社会综合效益等多种因素。本工程主要位于上海浦东新区， 沿线居民及工矿企业较多，征地拆迁难度较大。 根据交通部下发的《长江三角洲高等级航道网建设有关技术问题的暂行规定》交水发［2005］27 号要求，对于城镇、沿岸居住人口密集或土地资源缺乏的限制性航道岸坡， 推荐采用直立式护岸型式；对于土地资源缺乏，同时航运繁忙、船舶多的航道岸坡，应优先考虑采用直立式与斜坡式组合的护岸型式，减少船舶撞击损坏的概率。

图2 航道断面示意图

直立式护岸结构型式简单， 截面过水断面系数大，对航行阻力较小，有利于提高船舶通航能力，且能减少征地，但纯直立式护岸断面工程投资较大。斜坡式护岸结构对地基的适应性较强， 投资较直立式护岸更经济。 但随着上海建设国际航运中心的全面推进， 在本工程的整治疏浚及沿线跨河桥梁的改扩建后，本航道的通航能力将得到较大提升，届时大型机动船舶迅猛增加， 必将对岸坡造成更加严重的冲刷。 根据国内已建航道实际通航情况来看，大吨位、大流量产生的船行波将对斜坡式护岸段造成较大影响，对通航安全构成威胁。 若要及时修复，必将影响正常通航，且维护费用较高，因此若采用纯斜坡式的护岸结构， 将对运行期的日常管理及维护提出更高要求，而且后期费用将不能有效控制。综合考虑护岸结构的安全性、耐久性、后期可维护性及经济性，并结合本航道两岸的实际情况， 推荐采用直立式与斜坡式组合的护岸型式。

由直立式与斜坡式组合的护岸型式形成的航道断面，下部为梯形断面，一般位于船行波影响范围以下，不需构筑防冲结构；上部为矩形断面，属于硬质结构，结构刚度大，避免护岸撞击损坏。 该组合断面型式的技术与经济指标介于斜坡式梯形航道断面和直立式矩形航道断面之间， 且经受了实践工程的检验，是一种相对经济、安全可靠的航道断面型式。

3 护岸结构选型

护岸结构选型不仅关系到工程安全及投资，还影响工程的施工、使用及维护等各方面。 鉴于本工程沿线护岸几乎全部新建，工程规模巨大，由于上海本地石料紧缺，所需的大量石料均需外购，石料供应不足将成为制约工程建设的重要因素，因此假如本工程采用浆砌块石结构，待航道全面开工后势必造成石料采购困难，因此综合考虑钢筋混凝土结构所需石料相对较少，且施工方法成熟，质量容易控制，施工速度较快等优点，本工程新建护岸推荐采用钢筋混凝土结构。

图3 护岸结构比选

大芦线航道作为浦东地区内河骨干航道， 不仅需满足航道标准， 还必须满足行洪排涝的水利功能要求，因此需同时满足水运和水利相关规范的要求。在水运工程相关规范中并未明确规定护岸设计标准与建筑物等级。 根据水利规范拟定本工程永久性护岸按3级水工建筑物设计。 根据GB50286—2013《堤防工程设计规范》规定，堤防顶标高为设计洪水位+设计波浪爬高+设计风壅水面高度+安全加高值，即3.75+0.126+0.001+0.4=4.277m。 根据规范计算结果，堤防顶高程取4.277m既可满足要求， 考虑周边水系的堤防顶标高及浦东片区整体水务规划都是4.30m高程，因此本工程堤防顶高程取4.30m。

护岸顶标高还取决于航道护岸功能和航道景观、生态建设等要求。 根据JTJ300—2000《港口及航道护岸工程设计与施工规范》，护岸顶标高应根据设计最高通航水位加0.1～0.5m超高确定。 所以护岸顶高为3.2+（0.1～0.5）=3.3～3.7m。对周边为农田、人口较稀少的乡村段护岸，因其对景观要求稍低，平时周边荷载也略小，故推荐采用刚性较大的一级式结构，即A型护岸，其护岸顶标高略高于计算值，取3.80m。 对周边为居民区和工矿企业较为集中的岸段， 人口较密，荷载较大，为了减小护岸断面，降低投资，同时增强护岸视觉效果，考虑将护岸设计为两级式结构，且要求两级式护岸结构具有安全可靠性、耐久性、生态性、景观性等要素，所以设计中考虑将置于水中的一级墙体采用刚性较大的结构， 增强护岸的防撞击能力，二级墙采用较为环保的柔性生态结构，即B型护岸，其第一级护岸顶标高取3.50m。 在距离护岸前沿约3.3m的后方设置第二级挡墙结构。

图4 A型护岸

本航段随着航道的整治拓宽， 航道内船舶密度及船舶吨位均将大幅提高，在大吨位、大船舶流量产生的船行波和水流的反复冲刷下［3］，将使护岸前沿产生不同程度的冲刷进而影响护岸结构的安全，甚至因淘刷而使结构坍塌， 因此一级护岸结构的底板应该设置在受船行波淘刷影响的范围以下。

现根据《确定波浪对海、河建筑物与岸坡作用的技术规范》公式，计算控制船型90TEU（长度、宽度、吃水分别为：72.7m×12.6m×2.8m）内河集装箱船舶在最低通航水位2.00m时的船行波要素值，可得船行波波高为0.58m，岸侧船行波波高为0.85m，则一级护岸的底板高程应设置在2-0.85＝1.15m高程以下， 设计取为1.00m高程。 由于航道在疏浚作业时不可避免存在一定程度的水平和垂直偏差， 加之船行波的反复冲刷，因此为了提高护岸结构的耐久性，增强对水流的抗冲刷能力，将护岸底板前趾深度加深，其底部高程取为0.00m。 从航道底部-2.00m高程以1∶3放坡至1.00m高程，根据航道断面的尺寸（面宽102m和底宽64m）可确定1.00高程的平台宽度为10m。航道断面具体布置如图6。

图6 航道断面

4 地基处理

航道沿线地质条件基本一致， 场地地层主要由粉质黏土、淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土和粉质黏土夹砂等组成。由于两岸冲刷严重，护岸挡墙底部需坐落在淤泥质粉质黏土层上， 其物理和力学性质表现为含水量和孔隙比大，强度低，压缩性很大，且渗透性很小。通过加宽底板的方式，虽能使挡墙满足抗滑和抗倾的稳定性要求， 但会使挡墙产生过大的沉降量或沉降差，导致挡墙底板开裂甚至断裂，因此需进行地基处理［4］。 若采用水泥搅拌桩加固基地，虽能较大程度地提高地基的承载力， 但对提高抵抗水平向推力作用并不明显， 而且水泥搅拌桩施工队伍良莠不齐，质量难以保证，因此在上海地区的航道整治工程中较少采用。 所以在人口较稀少的乡村段推荐采用预制方桩，在人口密集的居民区和工矿企业段，推荐采用扰民程度较低的钻孔灌注桩。

在对桩基进行受力分析时， 桩承台不仅要承受较大的竖向力，而且需抵抗较大的水平推力，加之桩基运行条件复杂特殊， 长期浸于水面以下， 受到水流、船行波、雨水等外界因素的共同影响，若考虑桩土共同受力，需要进行专门的研究。上海市工程建设规范DGJ08-11—2010《地基基础设计规范》“当采用天然地基不满足设计要求时， 可采用地基处理或桩基”，且规定“桩的设计宜按桩承担基础底面以上全部荷载确定。在有可靠分析依据及类似工程经验时，也可考虑地基土与桩基共同承担竖向及水平荷载”。SL379—2007《水工挡土墙设计规范》规定桩的根数和尺寸宜按承担底板底面以上的全部荷载确定。 为确保工程安全， 本工程采用由桩基承担底板底面以上全部荷载的计算方法。

5 结语

大芦线二期航道整治工程采用直立式与斜坡式组合的护岸型式形成的航道断面， 是综合考虑上海地区土地资源缺乏、 征地拆迁难度大等因素， 从技术、经济等多方面比选后确定的设计方案，不仅极大地提升了大治河的通航能力， 而且显著提高了浦东地区的防洪排涝能力。 该航段的实施将为上海国际航运中心提供便捷、高效、有竞争力的内河集疏运服务，完善上海市及长三角地区高等级内河航道网建设。