直立式護岸在狹窄易沖刷河道中的應用優(yōu)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(zhàn)略重點。崇明島位于長江的入?？?，南與浦東新區(qū)、寶山區(qū)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(nèi)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(xiāng)居民生活用水及工農(nóng)業(yè)用水的重任。河道的暢通及其功能的發(fā)揮將直接影響崇明人民生活質量的改善和社會經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)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(nèi)主要航道(等外級航道)?，F(xiàn)狀界河環(huán)島運河北河～界河北閘岸段，全長約2.7km，現(xiàn)狀河口寬度較窄，目前河道排澇能力不能達到規(guī)劃要求。根據(jù)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(yōu)勢，以供類似工程參考。

1.設計難點

界河環(huán)島運河北河～界河北閘岸段位于崇明區(qū)新村鄉(xiāng)，屬于內(nèi)河區(qū)域，汛期內(nèi)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(zhèn)段（新村中心小學～新村堂教堂）。本段河道中心線長度597m，現(xiàn)狀河口寬度34m，其中衛(wèi)付路新村橋下河口束窄，本段河道未達到規(guī)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(nèi)，占據(jù)寬度約6～7m；新村經(jīng)濟開發(fā)區(qū)管理委員會、新村陽光之家位于東側規(guī)劃河口藍線內(nèi)，占據(jù)寬度約4m；新村自來水廠、新村堂（教堂）位于東側規(guī)劃河口藍線內(nèi)，占據(jù)寬度約8～13m。

若按照規(guī)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(jù)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(yè)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(qū)服務中心、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)管理委員會、新村陽光之家、耀州路等發(fā)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(zhèn)段過水斷面面積不低于規(guī)劃規(guī)模的同時，盡量減小了動拆遷規(guī)模。

3.直立式護岸應用優(yōu)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(guī)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(zhèn)段居民親水需求。

3.2 水流流態(tài)計算方法及過程

本次采用Mike21 FlowModel FM二維水流數(shù)學模型，針對界河工程區(qū)域現(xiàn)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(guī)劃拓寬至58m。方案二：集鎮(zhèn)段按現(xiàn)狀河口寬度改造，即不進行拓寬，仍為34m，其余段拓寬至規(guī)劃寬度58m。方案三：集鎮(zhèn)段河口寬度拓寬至48.4m，其余段拓寬至規(guī)劃寬度58m。

3.2.1 模型計算參數(shù)

計算步長：根據(jù)模型網(wǎng)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(shù)：橫向渦粘系數(shù)采用Smagorinsky 公式估算，相應Smagorinsky 系數(shù)取值為0.28m2/s，水平渦粘系數(shù)則采用對數(shù)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(shù)，與床面形態(tài)、植被條件、水深等諸多因素有關。根據(jù)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(qū)域的河床形態(tài)采用最新實測數(shù)據(jù)進行構建，內(nèi)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(qū)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(tài)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(tài)均有差異。在現(xiàn)狀河道斷面條件下，界河的水流流態(tài)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(guī)劃河道斷面條件下，界河水流流態(tài)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(zhèn)段（新村中心小學～新村堂）按現(xiàn)狀實施，因此水流流態(tài)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(tài)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(xiàn)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(guī)的活水暢流調度時，且內(nèi)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(nèi)河河道流速基本控制在0.40～0.50m/s以內(nèi)。河道按規(guī)劃拓寬后，對閘門開度進行適當?shù)目刂?，可以防止界河進一步?jīng)_刷，使界河的沖淤恢復平衡，從而保證河道兩側護岸的穩(wěn)定和安全。

綜合以上分析內(nèi)容，方案一（全線按照規(guī)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(nèi)容較多，如居民小區(qū)、新村幼兒園、新村堂、新村自來水廠、新村社區(qū)服務中心、經(jīng)濟開發(fā)管理區(qū)、新村陽光之家、耀洲路等，動拆遷實施難度較大。方案二（集鎮(zhèn)段按現(xiàn)狀實施，其余按規(guī)劃規(guī)模實施），雖然可以盡可能的減少動拆遷工作，但集鎮(zhèn)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(zhèn)段仍面臨進一步?jīng)_刷危險，需加強河道斷面護砌。方案三（集鎮(zhèn)段拓寬至48.4m，其余基本按規(guī)劃規(guī)模實施），避免了新村社區(qū)服務中心、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)管理委員會、新村陽光之家、耀州路等發(fā)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(xiàn)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(jù)工程的特點，結合周圍的環(huán)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(fā)展。本文以崇明區(qū)界河（環(huán)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(yōu)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。