直立式护岸在狭窄易冲刷河道中的应用优势

刘艳 上海友为工程设计有限公司

21世纪是崇明腾飞的世纪，崇明将继浦东之后成为上海改革开放的又一战略重点。崇明岛位于长江的入海口，南与浦东新区、宝山区及江苏省太仓市隔水相望，北与江苏省海门市、启东市一衣带水。崇明岛岛内主要骨干河道32条，河道总长444.5km。这些河道担负着全岛引水、排涝、城乡居民生活用水及工农业用水的重任。河道的畅通及其功能的发挥将直接影响崇明人民生活质量的改善和社会经济的可持续性发展。

界河为崇明次干河道“十六纵”之一，是崇明西部南北向的主要汇水、输水通道，也是岛内主要航道(等外级航道)。现状界河环岛运河北河～界河北闸岸段，全长约2.7km，现状河口宽度较窄，目前河道排涝能力不能达到规划要求。根据实测断面资料，界河两岸岸坡在不断的淘刷，挡墙墙后水土流失严重，岸坡侵蚀破坏，不断威胁着两岸相邻道路、构筑物等的安全。

本文将围绕本次河道整治工程中的难点，阐述直立式护岸对于平衡河道过水能力和拆迁问题的优势，以供类似工程参考。

1.设计难点

界河环岛运河北河～界河北闸岸段位于崇明区新村乡，属于内河区域，汛期内防汛除涝的压力比较大，整治河段紧邻界河北闸，日常引排水过程中两岸易受水流淘刷，因此，河道断面能否满足引排水过水断面需求至关重要。

本次工程设计难点在于集镇段（新村中心小学～新村堂教堂）。本段河道中心线长度597m，现状河口宽度34m，其中卫付路新村桥下河口束窄，本段河道未达到规划河口宽度58m。

河道西岸与耀洲路相邻，东岸沿河建筑密集，多为便民机构。新村幼儿园、新村中心小学位于东侧陆域控制线内，占据宽度约6～7m；新村经济开发区管理委员会、新村阳光之家位于东侧规划河口蓝线内，占据宽度约4m；新村自来水厂、新村堂（教堂）位于东侧规划河口蓝线内，占据宽度约8～13m。

若按照规划河口宽度58m实施，则上述建筑均需拆迁，不仅拆迁量巨大，而且对本地居民生活带来较大影响，实施难度很大。

2.解决方案

为解决上述河道拓宽需求和拆迁难度的矛盾，本工程设计方案根据两岸情况，河道东岸采用可使洪水流速增加、过流能力更大的直立式断面本段河道适当拓宽至48.4m。且因房屋沿岸分布，挡墙开挖作业面受限，故采用开挖面较小的高桩承台挡墙。该方案避免了新村社区服务中心、经济开发区管理委员会、新村阳光之家、耀州路等发生动拆迁，也避开了新村幼儿园、小学、新村堂等核心房屋的动拆迁，在保证集镇段过水断面面积不低于规划规模的同时，尽量减小了动拆迁规模。

3.直立式护岸应用优势分析

3.1 直立式护岸设计

新建直立式护岸为高桩承台结构，上部承台宽3m，厚0.5m，顶高程为3.6m，承台兼做亲水步道，临水侧设置栏杆。3.6m高程做0.4m高侧墙，侧向挡土。为尽可能的增加河道过水断面面积，承台底部采用前方桩+后钢板桩桩基型式。前排采用400×400×15000mm的C35钢筋砼方桩，间距1.5m，桩基位于河道中；后排采用15m长密排U型钢板桩，规格为600×210×18mm，SY390，起挡土作用。钢板桩应进行防腐设计，确保其耐久性。该结构在保证后侧房屋安全的同时，可利用承台底部桩基空隙以增加过水断面面积，同时又可兼顾到集镇段居民亲水需求。

3.2 水流流态计算方法及过程

本次采用Mike21 FlowModel FM二维水流数学模型，针对界河工程区域现状及三种方案的水动力条件进行模拟及对比分析。方案一：河道全线按照规划拓宽至58m。方案二：集镇段按现状河口宽度改造，即不进行拓宽，仍为34m，其余段拓宽至规划宽度58m。方案三：集镇段河口宽度拓宽至48.4m，其余段拓宽至规划宽度58m。

3.2.1 模型计算参数

计算步长：根据模型网格的布置与精度要求，计算时，二维模型采用的时间步长为0.01～30s。涡粘系数：横向涡粘系数采用Smagorinsky 公式估算，相应Smagorinsky 系数取值为0.28m2/s，水平涡粘系数则采用对数公式估算。糙率取值：糙率受多种因素的综合影响，为潮流计算中重要的计算参数，与床面形态、植被条件、水深等诸多因素有关。根据率定结果，河道糙率n取值在0.019～0.03之间。

3.2.2 典型工况选取

工程区域的河床形态采用最新实测数据进行构建，内河水面高程取为3.0m，界河北闸闸门全开，计算除涝工况下界河河道中的流速。

3.2.3 不冲流速的取值

本工程河底土质以砂质粉土夹粉砂为主，当河道的水力半径R=1时，对于砂质粉土，河道的不冲流速V不冲等于0.26～0.40m/s。当水力半径R不等于1时，V不冲’等于V不冲×Rα，上海地区α可取1/3～1/5。修正后的不冲流速为0.4～0.5m/s，取0.5m/s。

3.3 水流流态计算结果及对比分析

由模拟计算结果可知不同断面条件下的界河流速和流态均有差异。在现状河道断面条件下，界河的水流流态不够顺直，局部流速过大，在河道断面变窄段的最大流速达到了1.0m/s，其余河段的最大流速在0.62～0.81m/s，全段流速均超过了不冲流速0.5m/s。在方案一全线按规划河道断面条件下，界河水流流态顺直，北岸转河以北段最大最大流速0.62m/s，北岸转河以南段最大流速小于不冲流速0.5m/s。在方案二设计断面条件下，集镇段（新村中心小学～新村堂）按现状实施，因此水流流态不够顺直，且在河道断面变窄段仍有流速变大的情况，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。在方案三设计断面条件下，界河水流流态顺直，中心横河以北段最大流速为0.65～0.83m/s，新村中心横河以南段最大流速为0.48～0.50m/s。

以上模拟工况为选取界河北闸全开时的不利工况，该工况会出现中心横河以北河段流速大于河道不冲流速的情况，但防汛调度频率较低；且北岸转河～界河北闸段，两侧墙前抛有防冲块石，在防汛调度时也可起到一定防护作用。当崇明岛水闸的调度运行为常规的活水畅流调度时，且内河水位在不高于常水位上限2.8m时，界河水闸日常排水时的闸门开度控制在1.50m～2.00m（闸门对应的底部高程为1.0m～1.50m），此时内河河道流速基本控制在0.40～0.50m/s以内。河道按规划拓宽后，对闸门开度进行适当的控制，可以防止界河进一步冲刷，使界河的冲淤恢复平衡，从而保证河道两侧护岸的稳定和安全。

综合以上分析内容，方案一（全线按照规划实施），可以有效降低河道水流流速，减小两岸冲刷，但涉及动拆迁内容较多，如居民小区、新村幼儿园、新村堂、新村自来水厂、新村社区服务中心、经济开发管理区、新村阳光之家、耀洲路等，动拆迁实施难度较大。方案二（集镇段按现状实施，其余按规划规模实施），虽然可以尽可能的减少动拆迁工作，但集镇段实施后河道水流流速仍然较大，远超过河床不冲流速，集镇段仍面临进一步冲刷危险，需加强河道断面护砌。方案三（集镇段拓宽至48.4m，其余基本按规划规模实施），避免了新村社区服务中心、经济开发区管理委员会、新村阳光之家、耀州路等发生动拆迁，也避开了新村幼儿园、小学、新村堂等核心房屋的动拆迁，同时又能保障过河道水断面面积，有效降低河道流速。

所以，在本工程中直立式护岸的应用既满足了河道引排水过水断面需求，又减少了现状房屋的拆迁量，有效解决了本工程设计工作中的难点。

4.结论

狭窄河道拓宽是河道治理中极易碰到的情况，而岸后的征地问题又是制约河道拓宽的常见原因。在实际河道治理工作中，要根据工程的特点，结合周围的环境，因地制宜，通过适宜的工程技术解决问题，达到人与自然的和谐发展。本文以崇明区界河（环岛运河北河～界河北闸）河道整治工程为例，论述了直立式护岸在此工程中的应用优势，切实可行地平衡了河道拓宽和拆迁问题的冲突，有效解决了问题。