陳蘭 王志剛 錢峰 劉曉路 王一峰 劉紀(jì)根

［關(guān)鍵詞］ 港區(qū)工程；水土保持；設(shè)計(jì)難點(diǎn)；武漢新港；長江中下游

［摘 要］ 為有效防治長江中下游岸線大型臨江港區(qū)工程建設(shè)可能造成的水土流失，以武漢新港陽邏港區(qū)三作業(yè)區(qū)一期工程為例，分析了設(shè)計(jì)和施工中面臨的平面布置制約因素多、土石方工程量大、生態(tài)環(huán)境敏感性強(qiáng)、施工組織復(fù)雜、水土流失風(fēng)險(xiǎn)高等難點(diǎn)。針對上述問題，提出了從水土保持角度優(yōu)化工程布局和施工組織設(shè)計(jì)，制定完善的水土流失防治措施體系，采取蓄、滲、滯、排的雨洪集蓄利用技術(shù)等建議。經(jīng)多年運(yùn)行，工程經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)效益顯著，設(shè)計(jì)思路可為同類工程水土保持設(shè)計(jì)提供借鑒。

［中圖分類號］ S157? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A? DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.01.009

長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)是我國大力推進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)綠色發(fā)展、打造中國經(jīng)濟(jì)新增長帶的重大戰(zhàn)略舉措。黨的十八大以來，沿江11省市以生態(tài)引領(lǐng)發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，“共抓大保護(hù)、不搞大開發(fā)”成為長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展的指導(dǎo)思想和方針政策。隨著近年來長江中下游地區(qū)集裝箱吞吐量迅速增長，新時(shí)代水土保持工作對長江中下游岸線大型臨江港區(qū)發(fā)展提出了新的要求[1]。結(jié)合長江中下游河道概況，以武漢新港陽邏港區(qū)三作業(yè)區(qū)一期工程（以下簡稱“陽邏港區(qū)一期工程”）為例，梳理了長江中下游岸線大型臨江港區(qū)工程水土保持設(shè)計(jì)難點(diǎn)，總結(jié)了水土保持設(shè)計(jì)策略，以期為港區(qū)工程水土保持設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

1 長江中下游河道概況

長江中下游河道上至宜昌，下至長江河口，全長1 893 km，是我國重要的沖積通航河段，其防洪、生態(tài)安全等關(guān)系長江經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展。近年來，長江上游來沙量明顯減少，中下游干流河道長期處于沖刷態(tài)勢，局部河段崩岸頻發(fā)，威脅防洪安全，成為“安瀾長江”建設(shè)中需要著重解決的突出問題。長江中下游分汊河道表現(xiàn)為短汊發(fā)展占優(yōu)的演變特性，下游彎道段凸岸邊灘受水流沖刷后難以恢復(fù)原狀，“撇彎切灘”現(xiàn)象較為普遍。同時(shí)，作為我國最大的河流和黃金水道，長江中下游兩岸生態(tài)環(huán)境敏感性高，沿岸工程建設(shè)造成的生態(tài)破壞很難恢復(fù)。此外，長江中下游平原區(qū)是我國暴雨多發(fā)區(qū)和暴雨強(qiáng)度最大的區(qū)域之一，暴雨徑流會挾帶工程建設(shè)產(chǎn)生的泥沙進(jìn)入河道，造成水土流失。

2 工程項(xiàng)目組成

武漢新港陽邏港區(qū)位于武漢陽邏經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)長江北岸，是長江中游港口城市群中的核心港區(qū)，是建設(shè)長江經(jīng)濟(jì)帶的先導(dǎo)區(qū)。陽邏港區(qū)一期共計(jì)劃建設(shè)4個(gè)5 000 t級集裝箱江海船泊位，占用岸線長度563 m，設(shè)計(jì)年通過能力74萬TEU；于2013年3月開工建設(shè)，2015年12月完工并試運(yùn)行，總工期34個(gè)月；實(shí)際完成總投資21.78億元，其中土建投資70 289萬元；工程主要由碼頭及引橋區(qū)、集裝箱堆場區(qū)、管理及輔助設(shè)施區(qū)、進(jìn)出場道路區(qū)和施工生產(chǎn)生活區(qū)等部分組成。

1）碼頭及引橋區(qū)。該區(qū)占地面積7.8 hm2，碼頭布置為直線形，占用岸線563 m，平臺尺寸為563 m×30 m，平臺通過3座引橋與后方陸域堆場相連，引橋總長2 265.3 m。

2）集裝箱堆場區(qū)。該區(qū)位于陸域前方，其內(nèi)布置有重箱堆場和空箱堆場，占地面積31.96 hm2。重箱堆場位于陸域前沿，平行于碼頭前沿線布置，空箱堆場位于其后。堆場區(qū)內(nèi)道路呈環(huán)形布置。堆場為夯填土填筑，堆場前沿高程29.3 m，前沿邊坡坡比1∶3，坡面鋪設(shè)有六邊形混凝土預(yù)制塊防護(hù)。

3）管理及輔助設(shè)施區(qū)。該區(qū)占地面積12.88 hm2，由生活管理區(qū)、輔助設(shè)施區(qū)和配套設(shè)施區(qū)組成。輔助設(shè)施區(qū)位于陸域堆場后方，設(shè)有綜合辦公樓。配套設(shè)施區(qū)位于進(jìn)場大門附近，布設(shè)有拆裝箱庫、污水處理站、消防泵房及水池、箱修間等。

4）進(jìn)出場道路區(qū)。該區(qū)占地面積2.81 hm2，設(shè)在陸域后方，進(jìn)出場道路長536 m，與平江路連接。

5）施工生產(chǎn)生活區(qū)。該區(qū)占地面積5.5 hm2，布置于一期工程擴(kuò)建場地上，位于堆場東南側(cè)，包括臨時(shí)工棚、臨時(shí)辦公區(qū)、停車場、建材堆放場、加工場、拌和站等。

3 港口工程設(shè)計(jì)和施工難點(diǎn)

3.1 施工區(qū)位于水陸交錯(cuò)帶，平面布置制約因素多

港區(qū)工程施工區(qū)位于水陸交錯(cuò)帶，陸域用地有限，自然條件不穩(wěn)定，施工平面布置制約因素多。陽邏港區(qū)一期工程水域緊鄰長江主航道，碼頭前沿附近等高線不平順，有磯頭零散分布，水流情勢復(fù)雜。從減少對航道影響的角度，碼頭前沿線應(yīng)靠岸側(cè)布設(shè)，但碼頭前沿線越靠近岸側(cè)，清除前沿磯頭的炸礁工程量就越大。水土保持設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了平面布置優(yōu)化，綜合考慮了自然水深、枯（洪）水期水流流向、地質(zhì)條件，船舶靠離泊作業(yè)、碼頭前方裝卸工藝布置、減少對施工區(qū)域擾動要求，以及碼頭沿線與既有防洪工程、航道的關(guān)系等，選擇經(jīng)濟(jì)合理的碼頭區(qū)平面布置方式。

3.2 施工土石方量大，需要合理選擇豎向布置

港區(qū)工程建設(shè)通常動用土石方量較大，特別是堆場施工多采取大挖大填方式，容易造成水土流失。陽邏港區(qū)一期工程開挖土石方總量111.69萬m3，填方總量110.08萬m3，利用1.61萬m3，無借方和棄方，工程建設(shè)破壞了原地貌，削弱了其水土保持效果。

陽邏港區(qū)一期工程項(xiàng)目區(qū)位于長江中下游湖積沖積平原。陸域內(nèi)沿江筑有防護(hù)大堤，堤頂標(biāo)高28.70 m，堤內(nèi)地勢較平坦，但局部地區(qū)為人工堆填，最高點(diǎn)高程50.8 m，最低點(diǎn)（河湖港汊地區(qū)）高程20.1 m。陸域內(nèi)設(shè)0.5％的單向坡，陸域前沿設(shè)計(jì)標(biāo)高29.3 m，后沿設(shè)計(jì)標(biāo)高32.9 m。堆場區(qū)域位于長江內(nèi)陸灘涂位置，采取大挖大填施工方式，最大高差達(dá)10 m，造成了較大不均勻沉降，而重箱堆場區(qū)對地基沉降要求較高。為減少地基不均勻沉降，港區(qū)施工設(shè)計(jì)必須兼顧總體使用功能要求，做好場地的豎向設(shè)計(jì)，盡可能減少土石方開挖、回填量。

3.3 干流兩岸生態(tài)環(huán)境敏感性強(qiáng)

近年來長江經(jīng)濟(jì)帶地區(qū)環(huán)境治理雖取得積極進(jìn)展，但中下游干流兩岸生態(tài)環(huán)境敏感性強(qiáng)，生態(tài)保護(hù)形勢依然嚴(yán)峻。目前，長江中下游干流航運(yùn)交通頻繁，岸線利用率已達(dá)25%左右，其中江蘇沿江岸線不到1 km就設(shè)有1座碼頭，可作為兩棲動物棲息地和水域生態(tài)屏障的自然岸線逐漸減少，而施工過程中過度采砂、水土流失等又進(jìn)一步破壞了生物棲息環(huán)境。

陽邏港區(qū)一期工程項(xiàng)目區(qū)臨江岸線屬長江高河漫灘，枯水位時(shí)有基巖出露，但水域水深條件好，陸、水作用頻繁。工程建設(shè)在施工期大規(guī)模開挖、陸域吹填、地基處理、碼頭樁基施工、道路建設(shè)等環(huán)節(jié)均存在水土流失隱患，特別是水域碼頭前沿鉆孔處平均水深為10 m，若處置不當(dāng)則很可能會造成水域生態(tài)破壞、岸線淤積、水質(zhì)污染等。

3.4 長江洪枯水位變幅大，施工時(shí)序要求高

受雨季和上游來水量影響，長江中下游河道水位年內(nèi)變化幅度大。陽邏港區(qū)一期工程總工期長達(dá)34個(gè)月，在不影響工期的前提下，在施工設(shè)計(jì)中合理安排施工時(shí)序，做到既確保碼頭和堆場區(qū)安全度汛又有利于水土保持，是設(shè)計(jì)中的主要難點(diǎn)。

3.5 施工過程中存在潛在水土流失風(fēng)險(xiǎn)

港區(qū)施工過程中多環(huán)節(jié)存在潛在水土流失風(fēng)險(xiǎn)。比如，施工期碼頭及引橋區(qū)港池疏浚產(chǎn)生的淤泥和樁基施工產(chǎn)生的泥漿鉆渣，集裝箱堆場區(qū)表土剝離、建構(gòu)筑物基礎(chǔ)挖填形成的大量高陡裸露邊坡、挖填松散土方無序堆放、運(yùn)行期碼頭及引橋區(qū)散雜貨物防護(hù)不到位，以及集裝箱堆場區(qū)、管理和輔助設(shè)施區(qū)綠化或排水設(shè)施養(yǎng)護(hù)或處置不當(dāng)?shù)?，均有可能加劇?xiàng)目區(qū)水土流失。

陽邏港區(qū)一期工程集裝箱堆場區(qū)面積31.96 hm2，硬化比例高達(dá)99.2%，綠化面積僅0.24 hm2。大面積的場地硬化改變了項(xiàng)目區(qū)原水循環(huán)路徑，影響地表產(chǎn)流，加劇排澇壓力，進(jìn)而引發(fā)水土流失。因此，項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中要合理運(yùn)用各項(xiàng)水土保持技術(shù)措施，根據(jù)當(dāng)?shù)亟涤昵闆r，合理集蓄利用雨水，排除多余積水，保護(hù)項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境。

4 水土保持優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

針對上述設(shè)計(jì)難點(diǎn)，為減少工程建設(shè)和運(yùn)行過程中可能造成的水土流失，提出以下優(yōu)化設(shè)計(jì)思路。

4.1 從水土保持角度優(yōu)化平面布置

在設(shè)計(jì)階段綜合考慮項(xiàng)目區(qū)水下地形、水流情勢等自然因素，分析碼頭前沿線與航道、既有防洪工程的關(guān)系，以及碼頭與陸域銜接的合理性等關(guān)鍵因素，對碼頭平面布置中的水土保持方案進(jìn)行優(yōu)化比選，最終采取將碼頭前沿線布置在同一條直線上，方位角152°～332°，使方案更加經(jīng)濟(jì)合理。

陽邏港區(qū)一期工程堆場前沿設(shè)計(jì)高程為29.3 m，高于既有防洪墻頂部高程（28.70 m）。在陸域堆場建設(shè)方案中，經(jīng)有關(guān)部門批準(zhǔn)，拆除了既有防洪墻，用堆場前沿的水工建筑代替此段防洪墻的防洪作用。防洪墻拆除后，堆場前沿與上游武磯頭自然高地之間通過新筑土堤封閉，堆場前沿與下游端現(xiàn)狀防洪墻之間的缺口通過新筑防洪墻封閉，有效減少了地表擾動和工程動用土石方量。

4.2 基于水土保持的施工組織優(yōu)化設(shè)計(jì)

港區(qū)建設(shè)施工過程中應(yīng)優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)，融入水土保持理念，采取新的施工工藝，合理安排施工時(shí)序[2]，各項(xiàng)工程分步進(jìn)行，從而最大限度地減少項(xiàng)目區(qū)水土流失。陽邏港區(qū)一期工程的具體做法有：

1）采用碼頭施工新工藝，減少水域懸浮物。碼頭建設(shè)過程中采取沉樁法施工，水下施工會造成局部水域懸浮物增多，灌注樁施工過程中鉆孔取渣容易造成水土流失。因此，設(shè)計(jì)方案明確要求主體設(shè)計(jì)采用新方法和新工藝，以減少在水域施工時(shí)產(chǎn)生的懸浮物。陽邏港區(qū)一期工程碼頭施工過程中采用絞吸式挖泥船進(jìn)行疏浚，挖泥、輸泥、卸泥等過程均由挖泥船自身連續(xù)作業(yè)實(shí)施，先進(jìn)的疏浚工藝可減少懸浮物的產(chǎn)生。同時(shí)，修建鉆渣沉淀池等臨時(shí)措施，鉆渣由泵送至沉淀池進(jìn)行沉淀、固化處理，鉆渣干化后用于進(jìn)出場道路區(qū)場地填筑，以減少棄渣量。

2）保護(hù)和利用表土，優(yōu)化土石方調(diào)配。陽邏港區(qū)一期工程充分利用了疏浚清淤的淤泥及項(xiàng)目區(qū)內(nèi)可利用的表土。工程疏浚清淤產(chǎn)生的淤泥1.88萬m3、剝離的表土1.65萬m3，均堆放于施工生產(chǎn)生活區(qū)的臨時(shí)堆土場，用于后期項(xiàng)目區(qū)綠化，避免了異地取土或購買綠化覆土。

港區(qū)建設(shè)過程中需要大挖大填，主體工程設(shè)計(jì)時(shí)只對總體土石方量進(jìn)行了較為粗略的計(jì)算，但在實(shí)際施工過程中，土石方的開挖填筑在陸域堆場形成、施工場地布置、施工臨時(shí)道路修筑及場地綠化等環(huán)節(jié)均會產(chǎn)生。在水土保持后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和跟蹤過程中，對各工程分區(qū)進(jìn)行了土石方平衡計(jì)算和優(yōu)化調(diào)運(yùn)，調(diào)整土石方開挖、回填的數(shù)量和運(yùn)距，最大限度地利用開挖方[3]，減少棄渣的產(chǎn)生。采用強(qiáng)夯地基處理技術(shù)，就地利用土料，不僅減少了建設(shè)過程中產(chǎn)生的水土流失，而且節(jié)省了投資。具體做法如下：

1）時(shí)間優(yōu)化，調(diào)整施工進(jìn)度和時(shí)序?？s短了施工工期，陽邏港區(qū)一期工程總工期由方案設(shè)計(jì)階段的36個(gè)月縮短為34個(gè)月；集裝箱堆場區(qū)施工時(shí)采用分片施工、逐步推進(jìn)的方式，縮短局部建設(shè)工期，減少地表裸露時(shí)間，減輕了施工過程中因降水等因素可能產(chǎn)生的水土流失。

2）空間優(yōu)化，縮小裸露面積和運(yùn)輸距離。陽邏港區(qū)一期工程優(yōu)先進(jìn)行道路施工，在保證施工區(qū)通行順暢的同時(shí)，避免施工車輛隨意進(jìn)場，減少對地表和植被的擾動和破壞。對施工生產(chǎn)生活區(qū)的布置和占地面積進(jìn)行優(yōu)化，方案設(shè)計(jì)階段施工生產(chǎn)生活區(qū)布設(shè)在堆場西北側(cè)，后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)整為堆場東側(cè)的一期工程擴(kuò)建場地，縮短了各分區(qū)的臨時(shí)堆土運(yùn)至施工生產(chǎn)生活區(qū)的運(yùn)輸距離。

3）數(shù)量優(yōu)化，就近調(diào)運(yùn)土石方。陽邏港區(qū)一期工程采取強(qiáng)夯地基處理技術(shù)就地利用土料，提高了土方的資源化利用率；堆場前沿的護(hù)坡能代替已有防洪墻的防洪作用，減少了新建防洪墻的占地面積和土石方挖填方量。

經(jīng)優(yōu)化，陽邏港區(qū)一期工程建設(shè)時(shí)產(chǎn)生的開挖土石方得到最大程度的利用，不僅減少了因施工、取料和棄渣造成的水土流失，而且節(jié)省了工程成本。

4.3 制定完善的水土流失防治措施體系

根據(jù)陽邏港區(qū)一期工程的施工和水土流失特點(diǎn)，水土保持方案中設(shè)計(jì)了完善的水土流失防治措施體系[4-5]，特別是對于施工過程中因開挖、填筑、堆置等造成的裸露面設(shè)計(jì)了水土保持臨時(shí)措施，見表1。項(xiàng)目已建設(shè)完成并通過了水土保持驗(yàn)收，目前各項(xiàng)水土保持設(shè)施運(yùn)行良好，水土流失防治效果顯著。

4.4 采取蓄、滲、滯、排的雨洪集蓄利用技術(shù)

針對集裝箱堆場區(qū)硬化比例高，遇強(qiáng)降雨天氣容易形成大量地表徑流，加劇項(xiàng)目區(qū)的排澇壓力，還可能產(chǎn)生嚴(yán)重水土流失的問題，陽邏港區(qū)一期工程設(shè)計(jì)單位采取了蓄、滲、滯、排的雨洪集蓄利用技術(shù)，主要包括采用透水鋪裝、建設(shè)下凹式綠地、優(yōu)化排水設(shè)計(jì)和配套修建雨水收集設(shè)施等。具體來說，在管理及輔助設(shè)施區(qū)地面停車場鋪裝嵌草磚，在嵌草磚內(nèi)種草提高地表雨水下滲率，同時(shí)綠化美化環(huán)境；集裝箱堆場區(qū)道路設(shè)計(jì)標(biāo)高略高于綠化區(qū)域，雨天道路積水可順勢流至綠化區(qū)域；將方案設(shè)計(jì)階段的排水溝改為尺寸更大、泄洪能力更強(qiáng)的排水管；在輔助設(shè)施區(qū)的地勢低洼處就地修建景觀池塘，不僅提高了景觀效果，而且可作為雨水調(diào)蓄池，將雨水徑流收集后用作綠化澆灌用水和堆場降塵用水等，提高了水資源利用率，水土保持效果顯著。

5 水土保持效益分析

陽邏港區(qū)一期工程秉持先進(jìn)的水土保持設(shè)計(jì)理念，水土保持功能定位準(zhǔn)確，主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)方案和水土保持措施都滿足綠色和環(huán)保要求，經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益顯著。

1）經(jīng)濟(jì)效益。通過水土保持優(yōu)化設(shè)計(jì)，在不降低水土保持效果的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)合理的碼頭平面布置形式；采用強(qiáng)夯地基處理的綠色環(huán)保技術(shù)，提高了地基承載力，解決了不均勻沉降；通過施工組織優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到了工程區(qū)內(nèi)土石方平衡，同時(shí)也為建設(shè)單位節(jié)省了工程投資。

2）生態(tài)效益。經(jīng)監(jiān)測和驗(yàn)收認(rèn)定，采取水土保持措施后項(xiàng)目區(qū)共減少水土流失量約1 000 t，有效控制了水土流失，改善了生態(tài)環(huán)境。

根據(jù)水土保持監(jiān)測結(jié)果，工程建設(shè)過程中產(chǎn)生的土壤流失量為6 883.88 t，工程實(shí)際擾動土地面積為53.15 hm2；完成水土流失治理面積10.85 hm2，硬化地表及永久建筑物占地面積41.43 hm2，擾動土地整治率為98.36%，水土流失總治理度為98.61%，工程區(qū)土壤流失控制比為1.02，攔渣率為98%；項(xiàng)目建設(shè)區(qū)可綠化面積為9.72 hm2，實(shí)際恢復(fù)林草植被面積為9.69 hm2，林草植被恢復(fù)率為99.69%，林草覆蓋率為18.23%。工程建設(shè)完成后，六項(xiàng)防治指標(biāo)均達(dá)到了批復(fù)的水土流失防治目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目建設(shè)與生態(tài)建設(shè)“雙贏”的目標(biāo)，保障了陽邏港區(qū)綠色工程建設(shè)。

6 結(jié)束語

長江中下游大型臨江港區(qū)工程是我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施，有力地支撐了長江經(jīng)濟(jì)帶社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在港區(qū)工程建設(shè)過程中要充分重視長江環(huán)境保護(hù)，結(jié)合工程特點(diǎn)采取有針對性的水土保持設(shè)計(jì)，促進(jìn)港區(qū)綠色、可持續(xù)發(fā)展。以陽邏港區(qū)一期工程為例，從水土保持角度優(yōu)化主體工程布局和施工組織設(shè)計(jì)，制定了完善的水土流失防治措施體系，其在雨洪集蓄利用等方面的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為同類工程建設(shè)提供了參考和樣板。

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