顧寬海，周松澤，宋 凡

(中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032)

內河航道具有運能大、成本低、污染輕等優(yōu)勢。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，內河航道建設取得了巨大成就，航道的通過能力也得到極大提高。但隨著經(jīng)濟發(fā)展、人們日益增長的美好生活需要，對航道建設也提出了更高、更新的要求，希望其建設成為“岸綠、水清、流暢、人水和諧”的生態(tài)廊道、遺產(chǎn)廊道、綠色休閑廊道[1-2]。傳統(tǒng)的航道整治以滿足航運、灌溉、防洪排澇為主，強調建設整齊劃一的硬質護岸等，難以適應新時期航道建設的需要。

近年來，一些學者對生態(tài)航道開展研究：張威等[3]提出建設生態(tài)航道，要在航道線型選擇、疏浚拋泥處理、生態(tài)護坡等設計內容中重視貫徹生態(tài)設計理念；丁永和等[4]提出空心方塊+生態(tài)混凝護坡等立體組合的多種生態(tài)護岸；王新軍等[5]提出河工生態(tài)護岸、自然原型生態(tài)護岸和改良型重力式護岸；葛紅群[6]提出生態(tài)魚巢湖護岸和蘆葦生態(tài)型護坡。陳明曦等[7]提出在城市河道生態(tài)護岸設計中應重視景觀性和親水性，并注重生態(tài)護岸的材料與植物群落協(xié)調；王平等[8]提出在一、二線船閘間布置下部地連墻、上部擋土墻的新型地連墻圍堰結構，有效減少開挖量等達到環(huán)保、經(jīng)濟的目的。從上可知，現(xiàn)有研究成果相對集中于生態(tài)護岸方面，而對整個建設過程的研究內容較少。因此，深入開展生態(tài)航道整治工程研究具有重大意義。

本文以上海油墩港航道整治工程為例，針對其工程特點、難點，以及設計中許多技術問題無參考經(jīng)驗和規(guī)范規(guī)定的情況，進行系統(tǒng)、全面的分析，提出該航道整治工程的設計關鍵技術要點，以達到航道可持續(xù)發(fā)展的建設需求，可為類似工程提供參考。

1 建設條件

1.1 工程概況

油墩港航道整治工程是上海市“一環(huán)十射” 高等級航道網(wǎng)中重要的“一環(huán)”，北起蘇申內港線(吳淞江)，南至黃浦江(橫潦涇)，全長36.47 km，工程近期按IV級限制性航道標準整治，標準段面寬不小于70 m，底寬不小于42 m[9]；遠期兼顧90 TEU內河集裝箱船的通航要求，航道底寬拓寬至45 m。建設內容包括拓寬浚深航道36.2 km、新建護岸54.6 km、新建及改建跨河橋梁21座、新建油墩港Ⅳ級二線船閘和東大盈Ⅳ級二線船閘等，總投資約140億元。工程的建設將有助于提升上海港對長三角腹地的服務水平，增強流域行洪排澇能力，推進上海市內河高等級航道建設并完善上海港集疏運系統(tǒng)。

1.2 工程特點及難點

1)功能要求高。業(yè)主要求航道建設不僅要改善通航條件和滿足防洪排澇等傳統(tǒng)要求，而且要求建設成為集自然、生態(tài)、景觀、文化于一體的綜合廊道，以滿足沿岸居民對生態(tài)、景觀、休閑等需求。

2)規(guī)劃線型與現(xiàn)狀線型差異大，平面布置要求高、技術難度大。整條航道蜿蜒穿梭于松江區(qū)域青浦區(qū)各城鎮(zhèn)間，航道寬窄不一，最窄處約47 m，最寬處約85 m，局部航道呈“Z”形走向。與整齊劃一的70～80 m寬航道平面規(guī)劃相比，現(xiàn)狀平面形態(tài)較為自然，可整治要求沿線布置船閘、護岸、建橋梁等建(構)筑物滿足規(guī)劃，同時又要求平面布置時盡可能保留自然線型，技術難度大，平面布置見圖1。

圖1 平面布置

3)周邊環(huán)境條件復雜，文物保護要求高。航道全長達36.47 km，沿線建(構)筑物眾多，不僅有房屋拆除與保護、高壓鐵塔保護等，而且有國家級和市級的文物保護內容，尤其是航道穿越長約1.4 km的國家級文物保護區(qū)——崧澤遺址保護區(qū)的建設控制地帶，現(xiàn)狀航道面寬約47 m，與規(guī)劃要求航道面寬不小于70 m差距較大，另外文物保護要求不得破壞文物保護單位的歷史風貌，保護要求高，技術難度大。

4)土方開挖及倒運量大，環(huán)保壓力大。本工程要新建54.6 km長護岸和2座Ⅳ級船閘等，建設規(guī)模大，涉及多達277萬m3陸上土方開挖和約100萬m3土方回填，大量的土方開挖與倒運會對環(huán)境產(chǎn)生極大的負面影響。

2 設計要點

2.1 平面布置設計

本航道長度達34.67 km，穿越上海松江區(qū)、青浦區(qū)的眾多城鎮(zhèn)，現(xiàn)狀航道面有窄有寬，寬度在47～85 m，若根據(jù)建設標準段面寬不小于70 m的要求和河道規(guī)劃藍線要求，平面線型要布置成有填有挖，最終建成整齊劃一的航道護岸線。顯然，這種簡單的線型布置方式是符合傳統(tǒng)的做法,即航道平面線型的布置在符合相關規(guī)劃前提下，盡量做到平滑順直、減少征地拆遷、經(jīng)濟等要求，其側重從水流流態(tài)、運營安全、經(jīng)濟角度考慮，卻忽視了航道所具有的河流屬性，是生態(tài)環(huán)境中的重要組成部分。

為滿足航道的河流屬性，航道平面布置時要避免線型的整齊劃一，而做到線型有凸有凹，以有效緩減河道流速，利于形成水生動植物棲息的水環(huán)境。在平面布置時，與航道、水務等主管部門多次溝通協(xié)調，結果要求在基本遵循航道水系規(guī)劃和滿足航道基本功能的原則下，考慮到航道與自然環(huán)境協(xié)調，平面護岸線可做適當調整，即可與規(guī)劃藍線不完全重合但不能突破陸域控制線，平面布置主要內容如下：

1)現(xiàn)狀護岸突出航道規(guī)劃藍線范圍，即現(xiàn)狀航道寬度不僅達不到規(guī)劃的通航標準，且不滿足水利規(guī)劃的防洪除澇標準。平面布置采取拆除原護岸，以規(guī)劃藍線為護岸前沿線新建護岸，拓寬水域寬度，見圖2。

圖2 拓寬段平面布置(單位：m)

2)現(xiàn)狀護岸在規(guī)劃藍線與陸域控制線之間的部分，且護岸前沿線距陸域控制線超過6 m可滿足防汛通道布置寬度。平面布置采取保持現(xiàn)有自然水面，護岸線位置不變，對現(xiàn)護岸結構強度或穩(wěn)定性不足的部分進行貼壁加固，見圖3。

圖3 維持現(xiàn)狀段平面布置(單位：m)

3)現(xiàn)狀護岸在規(guī)劃藍線與陸域控制線之間的部分，且護岸前沿線距陸域控制線小于6 m，或現(xiàn)狀護岸在陸域控制線之外的情況，現(xiàn)狀陸域寬度不滿足建設防汛道路的需求。平面布置采取在陸域控制線向航道側6 m處布置新護岸，以滿足防汛道路建設需求，同時盡可能營造凹凸的水岸線，見圖4。

圖4 局部縮窄段平面布置(單位：m)

4)現(xiàn)油墩港航道與浦塘河交匯處呈“Z”形彎曲，彎曲半徑太小，存在較大通航安全隱患，不得不對航道進行裁彎取直使其滿足IV級限制性航道最小彎曲半徑的要求，確保行船安全。同時，考慮到航道的河流自然屬性，盡量減少對現(xiàn)狀水系的改變，對現(xiàn)狀油墩港與浦塘河東段的連接段不封閉不回填，仍舊維持現(xiàn)狀水域，見圖5。

圖5 裁彎取直段平面布置

2.2 護岸結構設計

航道建設要實現(xiàn)與自然環(huán)境協(xié)調，僅通過平面線型布置遠遠不夠，護岸的生態(tài)化更為關鍵，因護岸是水岸帶的主要組成部分，是聯(lián)絡水生生物與陸域生物，實現(xiàn)水域與陸域物質、信息交流的關鍵通道。為此，本工程護岸結構設計中，在滿足護岸耐久性、安全性的基本功能原則下，根據(jù)開挖條件、生態(tài)景觀要求、土地使用空間等情況，提出采用創(chuàng)新型的階梯形空心方塊低樁承臺生態(tài)護岸[10]、消浪港灣型生態(tài)護岸[11]及單排板樁貼壁加固護岸等，以滿足航道建設需要。

1)階梯形空心方塊低樁承臺生態(tài)護岸主要應用于航道拓寬較寬、新建護岸距離現(xiàn)護岸以內較遠、具備大開挖條件，同時沿線鄰近居民區(qū)、公園等對生態(tài)景觀要求較高的岸段。此生態(tài)護岸的墻身為空心方塊結構，前后均設有一定寬度的臺階，臺階主要為護岸后方土壤與河道水體提供物質與能量交換通道。另外，在空心方塊內回填種植土，以便在前臺階處可根據(jù)不同水位布置各種親水植物，可增加生態(tài)景觀效果，最終形成生態(tài)水岸帶，斷面見圖6。

圖6 階梯形空心方塊低樁承臺生態(tài)護岸斷面(高程：m；尺寸：mm。下同)

2)港灣型生態(tài)護岸主要應用于航道拓寬較小、新建護岸距離現(xiàn)護岸較近、開挖空間受限、有生態(tài)性要求的岸段。該護岸為門架式結構，由前梳方樁和后板樁門及頂部承臺板組成，前梳方樁不僅可有效減少船行波，而且其后方可為水生動物魚類等提供相對平靜的生長棲息環(huán)境，斷面見圖7。

圖7 港灣型生態(tài)護岸斷面

3)單排板樁貼壁加固結構主要適用于現(xiàn)有航道寬度已滿足整治要求，現(xiàn)有護岸線位于規(guī)劃藍線與陸域控制線之間，且陸域能滿足布置防汛通道需要，但因航道疏浚影響現(xiàn)護岸結構穩(wěn)定,需要對現(xiàn)護岸進行貼壁加固的岸段。該方案實施內最大限度維持河道現(xiàn)狀，保持自然的生態(tài)系統(tǒng)，斷面見圖8。

圖8 單排板樁貼壁加固護岸斷面

2.3 文物保護設計

文物是歷史留給我們的重要物質文化遺產(chǎn)，做好保護和繼承具有重要的歷史文化意義，若航道工程建設中遇到，必須做好相關保護與傳承，也是建設航道文化的需要。根據(jù)總平面的布置，本航道建設涉及多處文物保護工作，其中較為重要而復雜的是工程中部須穿越長約1.4 km的國家級文物保護區(qū)——崧澤遺址保護區(qū)的建設控制地帶的保護，位置見圖1。根據(jù)《中華人民共和國文物保護法 中華人民共和國文物保護法實施條例》[12]的有關規(guī)定要求，建設控制地帶內進行建設工程不得破壞文物保護單位的歷史風貌；建設工程選址因特殊情況不能避開的，對文物保護單位應當盡可能實施原址保護。

為達到文物保護的相關要求，經(jīng)過深入研究分析確定了兩條設計調整原則：1)最小干預原則：主要建(構)筑物盡可能避開遺址保護范圍與遺址控制地帶，無法避開時，應采取低影響設計方案，降低工程建設對古文化遺址保護區(qū)域內的歷史風貌的影響。2)滿足使用要求：方案設計既要考慮保護古文化遺址的保護，又要考慮工程的使用要求，做到兩者兼顧。

根據(jù)上述原則，設計提出不改變歷史風貌、不拓寬而維持現(xiàn)狀航道面寬約47 m，僅對現(xiàn)狀護岸兩側采用直立式高樁承臺加固形成矩形航道斷面，并圍繞航道通航安全、過流能力、工程投資等多方面分析研究，認為約47 m寬矩形航道斷面與規(guī)劃的70 m寬梯形斷面相比，航道面寬雖變窄了，但在加強運行管理和適當控制航行速度下，使通航安全及流量得到保障；過流能力減少約5%，能滿足行洪要求；工程投資增加約3 500萬元，方案總體可行，最終推薦矩形航道斷面替代規(guī)劃的常規(guī)梯形斷面進行建設，調整前后的航道斷面見圖9。

圖9 調整前后的航道斷面

2.4 生態(tài)景觀設計

航道生態(tài)景觀設計意在通過挖掘航道自身特有的生態(tài)價值、文化價值、美學價值，向生態(tài)維護、景觀游憩、人文展示在內的復合式廊道功能轉換，實現(xiàn)航道與城鎮(zhèn)等空間的融合。其有別于河道，不僅要結合區(qū)域的功能和風格形成景觀文化特色，而且要充分考慮航道周邊的生境功能、通運功能、隔離功能、環(huán)境凈化功能等。

根據(jù)本工程航道的具體地勢及原自然綠化系統(tǒng)，將其規(guī)劃成一軸、二帶、三點的景觀格局，從而形成點、線、面有機結合的立體式航道景觀。

1)一軸：河道觀光景觀軸。結合航道工程，城鎮(zhèn)、郊野等不同區(qū)段航道規(guī)劃了不同生態(tài)護坡形式。護坡景觀隨著航道工程斷面形式的不同而發(fā)生豐富的變化，在視覺景觀延續(xù)的同時，富有層次變化的綠化景觀可以很好地緩解船上人員的視覺疲勞，同時也為整段航道增添了幾分野趣。

2)二帶：護林帶和生態(tài)帶。采用保留原有樹木并進行補栽的方式，對航道改擴建后破壞的自然草木及防護林帶進行科學、合理的維護與提升，讓其恢復原有的生態(tài)系統(tǒng)。與此同時，對兩岸現(xiàn)有的綠化帶、防護林帶進行合理調整，以滿足整段航道在景觀上的要求，達到立體式的航道景觀效果。綠化效果見圖10。

圖10 常規(guī)段綠化效果

3)三點：重要景觀文化節(jié)點。①順岸居民集中節(jié)點：結合航道沿線周邊小區(qū)的分布情況，布置一定數(shù)量的景觀綠化休閑廣場。②洲灣、河口景觀節(jié)點：位于洲灣、裁彎取直區(qū)段的彎曲河段等均可考慮盡量保留，設置濕地、綠地的微環(huán)境點。在其兩端設航標，在洲灣內凹區(qū)域設置自然生態(tài)休閑區(qū)(點)，見圖11。③閘區(qū)景觀文化節(jié)點：為記載、述說油墩港航道航運歷史、建設歷史以及沿岸文化歷史，給航道增添魅力，在東大盈船閘管理區(qū)設置了閘史陳列館，以供游客參觀。

圖11 景觀節(jié)點段效果

2.5 環(huán)保設計

近年來，隨著人們環(huán)保意識的增強，對環(huán)境要求的提高，要求工程建設對環(huán)境影響小，施工盡量環(huán)保，比如少用臨時堆土場、少倒運渣土等。由本工程的特點可知，航道拓寬浚深會產(chǎn)生大量的疏浚土，同時由于在陸域上新建船閘也必定會產(chǎn)生大量開挖土方。為減少環(huán)保壓力，本工程從結構優(yōu)化和施工工藝優(yōu)化著手，重點減少船閘的土方開挖和倒運量以及護岸施工對環(huán)境的二次污染。

2.5.1引航道護岸結構優(yōu)化

根據(jù)新建二線船閘的平面布置需要，2座二線船閘內外引航道護岸結構長達4 700 m，護岸采用鉆孔灌注樁基基礎的低樁承臺結構方案，主要考慮工程位于陸域，具備大開挖施工條件，且工程經(jīng)濟性相對較好。事實上，該方案忽視了大量土方開挖、周轉以及灌注樁施工產(chǎn)生的廢棄泥漿等會給環(huán)境造成很大負面影響，不符合新時代生態(tài)文明建設要求。

鑒于上述的不足，有必要對原結構設計方案進行優(yōu)化，宜選用結構安全、可靠、經(jīng)濟又環(huán)保的護岸方案?？紤]引航道的地質條件、護岸高度及結構優(yōu)化的目的，經(jīng)過再次多方案分析比選，優(yōu)化后的護岸采用高樁承臺叉樁式護岸結構，該結構開挖淺，土方開挖量較原方案減少約58%，大幅減少了環(huán)保的壓力，斷面見圖12。

圖12 高樁承臺叉樁式護岸結構斷面

2.5.2閘室方案優(yōu)化

閘室是船閘的重要組成部分，設計非常重視其主體結構方案的選擇。在充分考慮京杭大運河上船閘與上海地區(qū)船閘的建設經(jīng)驗基礎上，經(jīng)過多方面綜合比選，最終推薦采用整體性好、工期短、經(jīng)濟性好等優(yōu)點的“U”形整體式結構方案，結構施工考慮采用施工簡單、方便、經(jīng)濟的放坡大開挖+輕型井點降水的的工藝。該工藝適用于環(huán)保要求相對低，且有足夠施工空間和足夠的臨時堆土場的工程。顯然位于航道兩端且附近有城鎮(zhèn)的2座二線船閘要進行大量土方開挖和倒運，環(huán)保壓力很大。

為減輕船閘施工對環(huán)保的壓力，設計提出優(yōu)化施工方案，引進土建基坑工程中常采用的新型水泥土攪拌樁墻(SMW工法)的基坑圍護結構方案，采用垂直開挖閘室，大幅減少土方開挖和回填量，減少倒運和臨時堆土場，做到對環(huán)境二次污染最小，SMW工法基坑圍護斷面見圖13。

圖13 SMW工法基坑圍護方案斷面

2.5.3護岸結構優(yōu)化

從本工程建設內容及特點可看出，其護岸建設工程量較大，為滿足水岸帶的生態(tài)化需要，護岸結構創(chuàng)新性提出人工生態(tài)護岸-階梯形空心方塊低樁承臺生態(tài)護岸(圖6)。該護岸若僅采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土結構進行建設，雖能滿足一般生態(tài)航道的建設需求，但在施工建設期間不可避免地會產(chǎn)生大量的污染物，如混凝土施工產(chǎn)生的泥漿、生產(chǎn)和生活污水、現(xiàn)澆結構廢棄物污染等，較難符合“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的兩型社會發(fā)展需求。

因此，為滿足兩型社會發(fā)展需求，達到節(jié)能、環(huán)保等目的，對該結構進行升級，提出裝配化設計思路，并對其工作原理、節(jié)點構造、平面布置等結構標準化設計和構件制作工藝、模具設計等工廠化制作以及運輸、吊運等機械化施工等進行研究，將主體結構拆分為預制樁、預制承臺板與預制箱體3個部分，要求每個預制構件吊運質量控制在30 t以內，以便工廠預制、水上運輸及吊裝。預制樁與預制承臺板采用濕接頭連接，即通過底板預留喇叭形預制樁樁孔與伸入樁孔的樁頭連接筋進行現(xiàn)場澆筑可靠地連接在一起。為增強箱體與箱體的穩(wěn)定，上、下預制箱體的前后均呈臺階布置，預制箱體前部的上下設有凹凸槽，預制箱體的左右設凹凸槽，確保工程的順利實施。

3 結語

1)遵循航道水系規(guī)劃及使用要求，適當調整陸域控制線范圍內的護岸線位置，盡可能維持岸線有凸有凹和現(xiàn)狀水面，充分體現(xiàn)航道河流的自然和諧，是合理、可行的。

2)階梯形空心方塊低樁承臺生態(tài)護岸、港灣型生態(tài)護岸等不僅能滿足護岸安全、穩(wěn)定及耐久的基本功能，而且能滿足高標準的生態(tài)景觀要求，豐富了生態(tài)護岸的建設方案。

3)在遵守文物保護相關法律法規(guī)前提下，滿足使用要求及最小干預原則，調整優(yōu)化航道建設斷面確保工程順利實施，較好地繼承和保護歷史文化遺產(chǎn)，為類似工程建設提供了思路和方法。

4)因地制宜地打造河道觀光景觀軸、護林帶、生態(tài)帶以及景觀節(jié)點，建成生態(tài)景觀與文化廊道，以滿足生態(tài)、景觀、休閑等需求。

5)通過對結構方案的優(yōu)化，提出土方開挖量和倒運量小的高樁承臺叉樁式護岸結構方案、SMW工法基坑圍護方案以及節(jié)能環(huán)保的裝配式護岸結構方案，有效地減少了建設期對生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的負面影響，有力推動了兩型社會建設。