蕰藻浜閘外段航道疏浚工程對現有防汛墻影響分析及控制

歐陽龍山

摘 要：本文介紹了蕰藻浜閘外段的航道現狀及航道淤積的原因，揭示了實際維護疏浚過程中存在航道浚深拓寬和與防汛墻安全之間的矛盾。在多年的維護疏浚工程中總結出事前、事中和事后聯合安全控制方法，實現保障防汛墻安全前提下盡可能滿足航運要求的目的，可為類似維護工程提供可借鑒的經驗。

關鍵詞：航道疏浚工程；防汛墻安全；安全控制；蕰藻浜閘外段

中圖分類號：U616+.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）9-0035-03

1 航道概況

蕰藻浜，位于上海市嘉定區南部，寶山區中部。其西起蘇州河（吳淞江），東至黃浦江（吳淞口），全長33.46km。其中，蕰東閘至吳淞大橋，位于寶山區南部，全長11.16km，屬于黃浦江支流，是閘外感潮航段，潮汐呈不規則半日潮型。

蕰藻浜航道屬于上海市“一環十射”中的高等級航道網組成部分，同時也是長三角的高等級航道網的組成部分，全段規劃等級為Ⅲ級。其中蕰藻浜閘外段（蕰東閘～寶鋼支線鐵路橋）航段現狀為Ⅵ級航道，蕰藻浜（寶鋼支線鐵路橋～吳淞大橋）航段現狀為Ⅲ級航道。

蕰藻浜承擔十分重要航運的功能，既是上海市市內大部分生活垃圾轉運的主要水上通道，涉及城市安全運行，也是寶鋼等上海北部地區重要企業生產原材料和產品、居民生活必需品的水上運輸主通道。通航船舶主要是來自于長江三角洲地區江蘇、浙江、安徽等省的內河運輸船及承擔江海聯運的海船。蕰藻浜閘內航段主要通航300t～500t級船舶，閘外航段主要通航500t～1000t級船舶。營運組織方式以機動駁單船運輸為主，現有泊位超過140個，運輸貨種主要為礦石、建材、鋼材、水泥渣土等，2017年總吞吐量近2000萬噸。

由于蕰藻浜航道的運量主要集中在閘外段，且碼頭密布，但航道淤積嚴重，根據內河航道維護技術規范，本航道為一類維護，每隔2年都需對其進行維護疏浚，其維護工程是上海市城市維護項目中的一部分。

2航道淤積原因分析

蕰藻浜閘外段面寬約60～100m，航道貨運繁忙，但閘下航道淤積嚴重，分析其淤積原因，主要有以下幾點：

（1）上游下泄流量小。蕰藻浜上接太湖流域，在非汛期為了蓄水灌溉和滿足航運水深的要求，閘門經常關閉，下泄水量較小，是導致閘下淤積的原因之一；

（2）漲潮流的挾沙力大于落潮流的挾沙力。薀藻浜口門緊鄰長江，長江泥沙隨著漲潮進入薀藻浜，受蕰東閘影響，漲潮流挾沙力大于落潮流挾沙力，是形成閘下河段淤積的主要原因之二；

（3）非自然因素。蕰藻浜閘外段兩岸基本建有防汛墻或碼頭，但地表植被相對較少，且沿線有大量砂石料碼頭和雨水排放口，泥沙可能會隨降雨徑流和雨水管進入航道，這些非自然因素是導致航道淤淺的原因之三。

3 蕰藻浜閘外段航道維護疏浚工程的難點

為了解決蕰藻浜閘外段航道淤積問題，最好的方式就是采用維護疏浚。但閘外段防汛墻的建設標準是百年一遇，堤防等級屬于一級，而由于蕰藻浜航道至今為止未進行達標整治，若以Ⅲ級航道標準（例如航道底寬、航道水深、邊坡比等）進行疏浚，會對兩岸的防汛墻產生不利影響，如何在盡可能地滿足船舶安全通航和保證防汛墻安全兩者之間尋求平衡，是薀藻浜閘外段航道維護疏浚的難點。

4 蕰藻浜道疏浚工程對現有防汛墻影響控制方法

薀藻浜維護疏浚每2年進行一次，以往每次維護疏浚前，水務部門高度重視防汛墻安全，疏浚工程對防汛墻的影響分析需要請第三方機構進行專題論證，并請專家評審通過才允許開工。經過多年維護疏浚工作的研究總結，采用事前、事中和事后的安全控制方法，實現保障防汛墻安全前提下盡可能滿足航運要求的目的。

4.1事前控制——平面和斷面合理確定

在疏浚工程中的防汛墻的安全控制主要體現在疏浚工程平面和斷面的合理確定。平面設計要點：結合航道現狀和河勢變化，基本以航道現有的中心線為疏浚中心線，盡量減少對兩岸防汛墻的影響。斷面設計的要點：為保證安全通航，根據設計船型合理確定設計水深、確定航道底高程，并根據地質情況確定開挖邊坡，但航道底寬的確定是斷面設計的核心和關鍵，通過安全距離控制法和整體穩定計算法確定，具體做法如下：

4.1.1 抗傾抗滑安全距離控制法

盡管在設計之前可以收集到一些碼頭、防汛墻資料，但由于碼頭、防汛墻建設或改建年代久遠，得到的資料往往與實際的情況不太相符。為滿足防汛墻抗傾、抗滑安全要求，主要采用全距離控制法，即以不擾動現有墻前土方，保障被動土壓力充分發揮作用為原則，控制疏浚邊線距現狀護岸滿足一定的距離。根據薀藻浜被動土壓力的內摩擦角值、灘面高程，結合工程實際工程經驗得出薀藻浜航道抗傾抗滑的安全距離為不小于5m。

以往設計過程中，開挖的邊線與現狀岸線的距離，是通過航道斷面逐個檢查，近年設計單位開始用BIM進行斷面設計，在平面圖上非常清晰顯示開挖的邊線與現有岸線的距離，能快速有效判別是否滿足安全距離。

4.1.2整體穩定計算法

由于疏浚工程將改變原有河床斷面，為保證結構的整體穩定，需根據收集到的蕰藻浜閘外段防汛墻或碼頭結構的地質資料，進行整體穩定驗算。

①設計標準：蕰藻浜閘外段防汛墻工程現狀為Ⅱ等工程，干河堤防、護岸為2級建筑物，地震設防烈度為7度。

②現狀防汛墻

根據蕰藻浜航道的現有測量資料，分析得出本航道穩定的邊坡至少為1∶3，考慮本航道船流密度大、船型尺度也較大的因素，施工后在船行波的作用下，邊坡還將有坍塌的可能，為確保兩側防汛墻或碼頭的穩定，確定蕰藻浜復核的穩定邊坡為1∶5。

薀藻浜現狀碼頭和防汛墻結構主要分三大類：第一類是高樁式梁板式碼頭，此類高樁梁板式碼頭后側為板樁式護岸（含防汛墻），碼頭前沿設計水深均為-1.0m左右。高樁式梁板式碼頭示意圖如圖1所示。

第二類是斜坡式或重力式防汛墻，此類斜坡式防汛墻墻前有漿砌塊石護坡，并在鎮腳處設置導梁，其下方基本都有板樁防沖刷，重力式防汛墻下部為漿砌塊石或鋼砼承臺。示意圖如圖2所示。

第三類是板樁式結構，現狀蕰藻浜兩岸其余碼頭岸線以此類結構居多。此結構主要分為前排樁后拉錨結構、或前板樁后方樁結構，部分修補型的結構甚至有兩排板樁的情況，碼頭墻前泥面設計標高主要為1.0～-1.0m。示意圖如圖3所示。

③工況組合

疏浚維護施工期與使用期航道內水位工況一致，因此，計算工況有三種：持久組合、短暫組合、地震組合，各荷載和水位組合工況詳見表1。

④計算方法及結果判斷

整體穩定性采用簡化畢肖普圓弧搜索法，應用軟件工具（slide計算程序）進行驗算。復核根據河道堤防斷面、墻前泥面高程、土層分布等因素綜合考慮，選取各段不利典型斷面作為代表斷面計算。持久組合安全系數大于1.3，短暫組合和地震組合安全系數大于1.05，滿足規范要求。

4. 2事中控制 —— 施工期同步觀測控制法

為進一步確保維護疏浚工程對現有防汛墻不產生影響，在施工前和施工過程中對兩側防汛墻進行位移沉降的觀測。施工前，應在整個工程范圍內對所有觀測點進行一次觀測，作為起始參考值。在施工過程中，疏浚范圍內的護岸和跨河橋梁的沉降位移觀測在施工當天應不少于兩次。

如觀測數值超過報警值，應立即停止施工作業（施工中），及時通知業主、設計和監理單位，并及時將土方回填至原有泥面以上，分析異常情況的發生原因，并采取有效措施加以解決，觀測報警值詳見表2。

4. 3事后控制

疏浚工程的事后控制采用觀測位移沉降，施工后疏浚完成航段在次日和隔日各觀測一次，并在以后每周觀測一次且不少于三次，沉降和位移報警值同表2。

綜上，本文提出的事前、事中和事后三種安全控制方法在盡可能滿足航道通航要求的情況下，控制了疏浚工程對防汛墻的影響。

5 結論

本文以蕰藻浜閘外段維護疏浚工程為例，詳細介紹事前、事中和事后安全控制法，解決了維護疏浚工程對防汛墻的影響，為今后類似航道維護疏浚工程提供了參考的經驗。下階段還將深入研究安全距離的合理性，為盡可能改善通航條件提供技術支撐。