鄒 恒，董蕃宗，馬如彬，劉華根

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

1 上海市內(nèi)河河道工程建設(shè)的特點(diǎn)

上海屬于典型的平原感潮河網(wǎng)地區(qū)，平均地面高程（4.0 m）低于吳淞口年最高潮位多年平均值（4.85 m），濱江臨海容易遭受風(fēng)暴潮等自然災(zāi)害的侵襲。通過過去長期的規(guī)劃建設(shè)，目前已建成由海塘、黃浦江堤防和水閘組成的一線防洪工程，在河口已建有擋潮閘基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)外擋內(nèi)控、洪澇分治，閘內(nèi)河道防御對象以區(qū)域除澇為主。除澇標(biāo)準(zhǔn)采用20 a一遇大24 h 面雨量，1963 年雨型及相應(yīng)潮型設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)除澇高水位3.70～3.90 m，常水位2.50～2.80 m，總體上低于地面高程。

上海地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較為簡單，基本上為第四紀(jì)現(xiàn)代沉積構(gòu)造，表土層巖性有粉砂質(zhì)黏土、粉細(xì)黏土、粉土質(zhì)亞砂土三種，土層厚度一般為3～4 m，是天然的地基持力層。下層為灰色粉土質(zhì)黏土，局部地區(qū)含淤泥質(zhì)。

上海市河道眾多，區(qū)域分布差異較大。根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)，對上海市劃分水利片區(qū)，分別編制水利規(guī)劃，確定河網(wǎng)水系規(guī)劃和河道規(guī)劃規(guī)模，統(tǒng)籌現(xiàn)有河道、規(guī)劃河道和城市發(fā)展需求。河網(wǎng)水系是實(shí)現(xiàn)水的引、排、蓄、航運(yùn)、生態(tài)、景觀等綜合功能的平臺，河面率是區(qū)域防汛除澇安全的基本保障。隨著城市化的持續(xù)快速發(fā)展，在城市規(guī)劃和建設(shè)過程中，顯現(xiàn)出用地資源緊張，工程建設(shè)侵占河道后方陸域甚至水域，對河道工程建設(shè)形成制約等問題。

上海市內(nèi)河河道護(hù)岸工程建設(shè)具有以下特點(diǎn)：

（1）在洪澇分治策略下，內(nèi)河河道護(hù)岸工程防御對象以區(qū)域除澇為主，閘控水位往往低于地面高程，護(hù)岸結(jié)構(gòu)主要功能為維持河岸岸坡安全穩(wěn)定性，滿足水土保持要求。

（2）常規(guī)岸段護(hù)岸工程受力特性簡單，對結(jié)構(gòu)止水要求低。

（3）上海市內(nèi)河堤防沿線地層通常存在較厚的淤泥層，地基承載能力較差，護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往需要采取地基處理措施或深基礎(chǔ)方案。

（4）河道工程建設(shè)用地資源緊張，空間有限，但對于水利規(guī)劃中的河道規(guī)模要素落實(shí)要求嚴(yán)格，護(hù)岸工程設(shè)計(jì)方案需合理空間布局。

（5）行業(yè)部門堅(jiān)持先進(jìn)理念，對河道工程建設(shè)在新技術(shù)應(yīng)用、生態(tài)友好、環(huán)境協(xié)調(diào)等方面提出高標(biāo)準(zhǔn)。

2 當(dāng)下河道護(hù)岸工程建設(shè)存在的問題

目前，內(nèi)河河道斷面常采用直立式、復(fù)合式和斜坡式方案。護(hù)岸常采用樁基承臺式結(jié)構(gòu)、樁板式結(jié)構(gòu)和排樁式結(jié)構(gòu)，基本依靠自身穩(wěn)定的岸坡一般采用小型擋墻和護(hù)坡結(jié)構(gòu)。

樁基承臺式結(jié)構(gòu)護(hù)岸在內(nèi)河河道護(hù)岸工程中廣泛采用，擋墻主要采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或者漿砌塊石結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)可靠，在保證河道過水面積的基礎(chǔ)上可減少陸域的占地。但在外觀上，大范圍硬質(zhì)結(jié)構(gòu)與河道生態(tài)景觀效果難以協(xié)調(diào)。

排樁式結(jié)構(gòu)護(hù)岸主要適用于擋土要求較小的復(fù)合式河道斷面，結(jié)構(gòu)占地較小，外觀比較美觀，但是密排樁基在同等條件下，比樁板式結(jié)構(gòu)護(hù)岸經(jīng)濟(jì)性較差。另外，排樁阻止了徑流與地下水水體交換，生態(tài)性較差。

依靠自身穩(wěn)定的岸坡采用小型擋墻和護(hù)坡結(jié)構(gòu)，主要有漿砌塊石擋墻、格賓石籠、疊石、聯(lián)鎖塊護(hù)坡和灌砌塊石護(hù)坡。

以上提到的多數(shù)護(hù)岸形式需要在河道上填筑圍堰，現(xiàn)澆混凝土施工。護(hù)岸施工周期較長，影響面大，長時(shí)間占用河道，影響河道行洪功能?，F(xiàn)澆結(jié)構(gòu)在今后護(hù)岸更新改造時(shí)容易在土體中殘留，對河道生態(tài)形成長期影響。

3 生態(tài)河道護(hù)岸建設(shè)新理念

3.1 低影響開發(fā)理念

河道工程低影響開發(fā)理念是指在保證河道足夠的水面率和行洪排澇斷面、不降低防洪排澇功能的前提下，注重河道建設(shè)在水質(zhì)凈化、景觀提升和雨洪調(diào)蓄等方面的生態(tài)性要求，在實(shí)現(xiàn)工程目的的同時(shí)，盡可能地保證河道的原生態(tài)[1]。

具體到河道護(hù)岸工程建設(shè)中，應(yīng)考慮護(hù)岸工程與周邊條件的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使河、岸、水系形成一個(gè)有機(jī)整體。一方面在達(dá)到工程效果的前提下，盡量減小水工結(jié)構(gòu)的尺寸，更多地保持原生態(tài)。另一方面減小施工對周邊環(huán)境的影響，在后期更新時(shí)減少舊結(jié)構(gòu)在土體中的殘留。

3.2 河道生態(tài)化和景觀效果

城市河道治理不僅只是防洪排澇功能達(dá)標(biāo)，還是生態(tài)景觀綜合治理和城市海綿化建設(shè)的重要方面。

復(fù)式河道斷面在水位以上設(shè)置緩坡，水位以下為梯形河床斷面，滿足了高水位時(shí)泄洪的要求。同時(shí)，通過常水位時(shí)期對緩坡和防汛通道的利用，開發(fā)了濱水空間。濱河綠化帶同時(shí)具備緩沖、吸附、攔截等生態(tài)功能，可緩解河道水質(zhì)污染[2]。生態(tài)護(hù)岸工程保持地下水與徑流的水體溝通，不影響原生態(tài)河道的自我修復(fù)、凈化能力，并為動植物生長、繁殖提供場所[2]。

3.3 河道開發(fā)水土保持要求

自然狀態(tài)下，水土流失的主要原因是水力侵蝕。受水流、風(fēng)浪和船行波的影響，造成河岸邊坡坍塌淤淺，導(dǎo)致河岸邊坡和頂面的水土流失，波水流帶走的土壤在河床上淤積。伴隨著城市化的發(fā)展，越來越多自然河道的生態(tài)平衡被人為打破，河道范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目的施工經(jīng)常引起嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象[3]。

水土保持是內(nèi)河河道生態(tài)綜合治理工程的一項(xiàng)重要內(nèi)容，河道水土流失對水環(huán)境和河道防洪排澇功能造成重大影響。護(hù)岸工程是保護(hù)河岸、湖岸免受波浪水流打擊侵蝕建造的水利設(shè)施。護(hù)岸工程的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮生態(tài)設(shè)計(jì)，在保持徑流與地下水有效溝通的同時(shí)，也要保證符合基本的結(jié)構(gòu)擋土要求，達(dá)到水土保持的基本功能[4]。

3.4 護(hù)岸工程裝配化要求

為適應(yīng)不斷提高的工程建設(shè)效率和質(zhì)量的要求，工程建設(shè)方式正在逐漸從手工業(yè)生產(chǎn)向社會化大生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。裝配化技術(shù)主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化、施工機(jī)械化和組織管理科學(xué)化。建筑施工方式由構(gòu)件施工現(xiàn)場現(xiàn)澆轉(zhuǎn)變?yōu)橄仍陬A(yù)制工廠預(yù)制完成，然后運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行組裝[5]。

為克服常規(guī)護(hù)岸結(jié)構(gòu)的缺陷，實(shí)現(xiàn)水利工程建設(shè)工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)勢，裝配式護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：

（1）護(hù)岸整體由少數(shù)構(gòu)件組裝完成，每種構(gòu)件規(guī)格有限，并且易于工廠預(yù)制。

（2）裝配式護(hù)岸構(gòu)件采用標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制，質(zhì)量比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)更佳。同等條件下，優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸和配筋。

（3）適應(yīng)不同水文、地質(zhì)條件，具有較好的靈活性。針對特定的條件，使構(gòu)件具有合理受力。

（4）裝配式護(hù)岸施工節(jié)點(diǎn)盡量少且連接工藝量可靠，施工方便，施工影響面小[6]。

4 裝配式護(hù)岸方案

在對上海市內(nèi)河河道建設(shè)特點(diǎn)和常規(guī)護(hù)岸缺點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，提出了三種對不同建設(shè)條件具有較好適用性的內(nèi)河裝配式護(hù)岸方案：裝配式低樁承臺護(hù)岸、裝配式造型樁板護(hù)岸和裝配式下沉親水步道。

這三種護(hù)岸方案均在滿足水土保持要求的前提下具有較好的景觀、親水效果，最大程度上減少了現(xiàn)澆混凝土施工，施工過程影響更小、更加環(huán)保，中長期對河道和周邊環(huán)境的影響較小，生態(tài)性好。

4.1 裝配式低樁承臺護(hù)岸

裝配式低樁承臺護(hù)岸包括標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制方樁構(gòu)件組合、標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制底板、標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制生態(tài)框、無紡?fù)凉げ嫉龋ㄒ妶D1）。所有構(gòu)件均由工廠標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制，在工廠預(yù)制完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后運(yùn)至現(xiàn)場安裝。將樁基按照設(shè)計(jì)好的樁位和標(biāo)高打入指定的位置，開挖基槽至與樁基牛腿頂部同一高程并進(jìn)行整平，將底板水平放置，預(yù)留開孔穿過樁基，底板架在樁基牛腿之上，保證底板下方土體飽滿密實(shí)，使地基與樁基共同發(fā)揮承載力承擔(dān)上部荷載。在樁基伸出底板的頸部安裝標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制樁頭扣件，扣件突榫與樁頸部緊密貼合，扣件底部與底板相抵。用標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制樁頭套件套在樁頭與扣件外圍，使三者形成整體，將樁頭鎖死于底板之上，形成預(yù)制樁基與預(yù)制底板的有效連接。底板上方堆疊生態(tài)框形成擋墻，根據(jù)不同擋土要求合理設(shè)置生態(tài)框?qū)訑?shù)。層數(shù)較多的情況下，在生態(tài)框之間合理設(shè)置土工格柵，與后方土體黏結(jié)保持穩(wěn)定。在生態(tài)框內(nèi)鋪設(shè)土工布，回填種植土，在擋墻上方邊坡種植草皮護(hù)坡，生態(tài)框內(nèi)種植適宜濱水植物，在墻前灘面種植挺水植物，形成較好的生態(tài)景觀效果。

圖1 裝配式低樁承臺護(hù)岸

在護(hù)岸工程建設(shè)完成后，如需在河道上接入新開的支河，只需搬開生態(tài)框即可。河道護(hù)岸在今后需要重新改造時(shí)，現(xiàn)狀護(hù)岸構(gòu)件可有序拆除，不在土體內(nèi)遺留廢棄混凝土。

4.2 裝配式造型樁板護(hù)岸

裝配式造型樁板護(hù)岸包括標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制方樁、標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制造型導(dǎo)梁和欄桿等（見圖2）。標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制方樁、標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制造型導(dǎo)梁和欄桿均由工廠標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制?？蓪?biāo)準(zhǔn)預(yù)制造型導(dǎo)梁朝向河道的一面進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)，采用造型模板或者3D 打印技術(shù)呈現(xiàn)多樣的圖案，在工廠預(yù)制完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后運(yùn)至現(xiàn)場安裝。開挖基槽至導(dǎo)梁底標(biāo)高并進(jìn)行整平，將樁基按照設(shè)計(jì)好的樁位和標(biāo)高打入指定的位置，將鋼筋與樁基頂部預(yù)埋鋼板焊接連接。標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制造型導(dǎo)梁套進(jìn)樁基頂部，樁頂焊接鋼筋穿進(jìn)導(dǎo)梁開孔，向?qū)Я嚎變?nèi)灌入二期混凝土，使預(yù)制樁基與預(yù)制導(dǎo)梁有效連接形成護(hù)岸。預(yù)制導(dǎo)梁主要承擔(dān)擋土作用，樁基承擔(dān)上部荷載壓力和導(dǎo)梁傳遞的彎矩。在導(dǎo)梁開孔頂部預(yù)埋欄桿基礎(chǔ)構(gòu)件，與二期混凝土整體澆筑。最后安裝欄桿。在導(dǎo)梁后方回填黏性土，上方邊坡種植草皮護(hù)坡，在墻前灘面種植挺水植物，形成較好的生態(tài)景觀效果。

圖2 裝配式造型樁板護(hù)岸

河道護(hù)岸在今后需要重新改造時(shí)，現(xiàn)狀護(hù)岸構(gòu)件可有序拆除，不在土體內(nèi)遺留廢棄混凝土。

4.3 裝配式下沉親水步道

裝配式下沉親水步道適用于橋下狹小空間，包括標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制方樁構(gòu)件、標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制步道懸臂板、標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制步道后搭板、鋪裝和欄桿等（見圖3）。所有構(gòu)件均由工廠標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制，在工廠預(yù)制完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后運(yùn)至現(xiàn)場安裝。將樁基按照設(shè)計(jì)好的樁位和標(biāo)高打入指定的位置。將標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制步道懸臂板水平放置，預(yù)留開孔穿過樁基，尾部緊貼樁基插入土中，懸臂板架在樁基牛腿之上。標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制步道懸臂板后側(cè)的豎向擋板一方面起到擋土作用，另一方面可以平衡前側(cè)懸臂段產(chǎn)生的傾覆力矩。樁基承擔(dān)上部豎向荷載和擋板傳遞的水平土壓力。標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制步道后搭板水平套入樁頭，擱置在懸臂板的上方，采用C20 細(xì)石混凝土將開孔和樁頭間縫隙填實(shí)，形成有效連接。后搭板不僅平衡了外側(cè)懸臂板，還與懸臂板一起形成了親水步道路面。對組裝形成的親水步道進(jìn)行鋪裝和欄桿安裝。在步道后側(cè)擋板后方回填黏性土，上方邊坡種植草皮護(hù)坡，在步道前灘面種植挺水植物，形成較好的生態(tài)景觀效果。

圖3 裝配式下沉親水步道

河道親水步道在今后需要重新改造時(shí)，現(xiàn)狀護(hù)岸構(gòu)件可有序拆除，不在土體內(nèi)遺留廢棄混凝土。

5 裝配式護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

通過長期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，傳統(tǒng)護(hù)岸結(jié)構(gòu)對構(gòu)件澆筑和連接施工具有明確的要求。在此基礎(chǔ)上，也對構(gòu)件受力邊界條件和約束形成約定俗成的假設(shè)條件，結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)方法比較成熟。裝配式護(hù)岸在外力作用和連接節(jié)點(diǎn)上與傳統(tǒng)整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)有明顯區(qū)別，在設(shè)計(jì)方法上主要采取以下兩種策略。

（1）對于標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件在現(xiàn)場完成組裝后，采用澆筑二期混凝土或灌漿等濕連接工藝進(jìn)行整體連接的方案。針對不同的護(hù)岸結(jié)構(gòu)，應(yīng)明確構(gòu)件承載力發(fā)揮要求，以及連接節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量保證要求。在此基礎(chǔ)上，假定構(gòu)件與連接節(jié)點(diǎn)受到作用的原理與傳統(tǒng)整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)一致，裝配式護(hù)岸采用常規(guī)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。

（2）對于標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件完全采用構(gòu)件相互約束形成連接，或者螺栓連接等干連接工藝，應(yīng)按照鉸接假設(shè)計(jì)算得到在外荷載作用下各構(gòu)件受到的內(nèi)力，計(jì)算得到不同構(gòu)件的強(qiáng)度要求。然后，按照固接假設(shè)計(jì)算得到在外荷載作用下連接節(jié)點(diǎn)受到的內(nèi)力，對連接節(jié)點(diǎn)通過不同的切割方式，將內(nèi)力轉(zhuǎn)化為該節(jié)點(diǎn)受到的外力作用，計(jì)算得到連接節(jié)點(diǎn)各構(gòu)件的強(qiáng)度要求。這種計(jì)算方法確保了應(yīng)力集中節(jié)點(diǎn)每個(gè)構(gòu)件均達(dá)到單獨(dú)承擔(dān)節(jié)點(diǎn)內(nèi)力的強(qiáng)度，是一種可靠的計(jì)算方式。

6 結(jié)論

上海市內(nèi)河河道護(hù)岸工程防御對象以區(qū)域除澇為主，常規(guī)岸段護(hù)岸工程受力特性簡單，對結(jié)構(gòu)止水要求低。在承載力較差的淤泥質(zhì)地基上，護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往采取地基處理措施或深基礎(chǔ)方案。行業(yè)部門對河道工程建設(shè)在規(guī)劃符合性、新技術(shù)應(yīng)用、生態(tài)友好、環(huán)境協(xié)調(diào)等方面具有高標(biāo)準(zhǔn)要求。

裝配式護(hù)岸較好地克服了常規(guī)護(hù)岸施工影響面大、長時(shí)間占用河道、容易在土體中殘留、對河道生態(tài)形成長期影響等局限性，護(hù)岸整體由少數(shù)構(gòu)件組裝完成，易于大規(guī)模工廠預(yù)制，質(zhì)量比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)更佳；施工節(jié)點(diǎn)少且連接工藝質(zhì)量可靠，施工影響面小。這符合河道建設(shè)低影響開發(fā)理念和生態(tài)化及水土保持要求，對上海市內(nèi)河河道工程適用性較好。