港外航道整治工程及航道驟淤防治技術(shù)

尹煦

港外航道整治工程及航道驟淤防治技術(shù)

尹煦

Gang wai hang dao zheng zhi gong cheng ji hang dao zhou yu fang zhi ji shu

航道驟淤防治技術(shù)是海岸港口建設(shè)的一個難題，目前還沒有相對成熟的技術(shù)和理論。為了達到施工要求，還需要進一步對施工防治技術(shù)進行探討。本文以實際工程為例，對航道整治以及航道驟淤防治進行了探討，并提出了協(xié)同管理的管理措施。實踐證明，此項技術(shù)減淤效果顯著，保證了航道通航要求。

一、工程概況

本工程主要施工內(nèi)容為新建擋沙堤，其中，南堤1760m，北堤1240m，總長合計30000m。均為拋石斜坡式防波堤結(jié)構(gòu)，護面塊體為2t、4t、6t、8t扭王字塊不等。本工程設(shè)計拋石頂標(biāo)高均為高潮臨水界面，陸上施工需要趕低潮作業(yè)。同時，陸上施工便道容易被潮涌破壞。本工程所處海域底標(biāo)高較淺，不利于大型船舶作業(yè)，水上拋石和兩側(cè)護底塊石拋石均需要拋石船趕高潮作業(yè)或者轉(zhuǎn)由500t拋石船拋填施工。

二、工程難點

1.由于本工程海上施工條件比較差，經(jīng)常會遇到大風(fēng)、突風(fēng)天氣，而且工程所處位置為沒有掩護設(shè)施的外海，有非常多的安全隱患，施工安全管理難度比較大。

2.本工程所在區(qū)域南、北兩側(cè)均無庇護，南、北風(fēng)均會對施工造成影響。水上拋石時不能太高，同時護面塊體防護需及時跟進。

3.工程所在區(qū)域陸側(cè)工程項目較多，尤其是原道路改造會對施工交通產(chǎn)生影響；同時，節(jié)假日周邊民眾到海邊旅游人員較多，私家車數(shù)量多，交通壓力較大。

4.需要同時開展港口生產(chǎn)、工程施工、航道疏浚等工作，各個工作之間會產(chǎn)生比較大的干擾，協(xié)調(diào)任務(wù)比較重。

三、航道驟淤的有效防治

1.有效利用風(fēng)波能理論

創(chuàng)建航道淤泥預(yù)報警體系，該體系的能量傳播形式為“風(fēng)能—波能—泥沙運動—航道淤積”。經(jīng)過認真分析實測資料，可以使航道驟淤量被快速精準(zhǔn)地測量出來，從而為港口航道的疏浚及通航提供有效的根據(jù)。依據(jù)航道淤積的隨機特性、風(fēng)浪的隨機特性，分析研究了10年以上的淤積資料和連續(xù)風(fēng)浪信息，從而使統(tǒng)計概率曲線得到了較好的繪制，使不同程度的淤積量得到明顯顯示，從而形成了航道淤積隨機預(yù)報理論統(tǒng)計信息。

2.設(shè)置消能緩沖區(qū)，使用新型防沙堤結(jié)構(gòu)

（1）對泥沙驟淤重現(xiàn)期的定義進行了確定，并在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中進行了使用。以工程的實際特點為依托，科學(xué)的制定了外航道的通航標(biāo)準(zhǔn)和驟淤防治策略。在工程設(shè)計時，以淤泥粉沙質(zhì)海岸的淤積特征為基礎(chǔ)，第一次將泥沙驟淤重現(xiàn)期提了出來，從而為今后制定驟淤防治標(biāo)準(zhǔn)、預(yù)測粉沙質(zhì)海岸航道泥沙驟淤情況打下良好的基礎(chǔ)。

（2）在布置整治工程的防沙堤平面的時候，首次提出的布置形式為設(shè)置消能緩沖區(qū)，給港口的長遠發(fā)展保留了充足的空間。在總平面布置的時候，為了滿足港口遠期發(fā)展需求、改善流場、消減波能、安全通航以及防沙減淤，使用的布置模式為藕節(jié)型防沙堤，將寬2km、長4km的消能緩沖區(qū)設(shè)置在新建的兩道防沙堤的中間位置。使用

的布置模式為國內(nèi)第一次提出的防沙堤消能緩沖區(qū)模式，從而使綜合防沙堤布置成為了獨創(chuàng)的最新模式。

（3）在對淤泥粉沙質(zhì)港口航道進行治理的時候，使用了最新的防沙堤結(jié)構(gòu)模式。在設(shè)計防沙堤結(jié)構(gòu)的時候，由于施工現(xiàn)場的積水比較深，加之工程施工區(qū)域沒有足夠的石料，對過去的拋石斜坡堤結(jié)構(gòu)進行了改造，將其上部結(jié)構(gòu)進行更新，使用了倒L型胸墻和日字型塊體，從而使防沙堤的擋沙效果得到明顯提高，使工程造價和塊石使用數(shù)量得到了降低，給工程施工帶來了很多的便利。

3.防波擋沙堤布置

（1）側(cè)向口門布置

南、北防波堤采用環(huán)抱形式交錯布置，口門軸線方位東偏南60°，口門寬度100m，圈圍水域面積約1.26km3。

南堤總長1350m，堤頭水深-2.7m。起始段長427m，軸線角度57°~237°；軸線水深至-2.2m附近轉(zhuǎn)向弧線段，弧線半徑500m，弧線段長度757m；弧線段與堤頭之間的直線段長度166m，軸線角度148°~328°。

北堤總長837m，堤頭水深-2.7m。起始段長213m，軸線角度124°~304°；軸線水深至-3.6m附近轉(zhuǎn)向弧線段，弧線半徑1000m，弧線段長度458m；弧線段與堤頭之間的直線段長度166m，軸線角度148°~328°。

工程區(qū)漲潮流主要為東南方向，擋沙堤建設(shè)后開口向南，漲潮流需繞過防波堤進入港內(nèi)，并在港內(nèi)形成逆時針回流，整個漲潮期間，港內(nèi)均有回流存在，隨著漲潮流的加強，港內(nèi)回流的范圍也不斷增大。

建設(shè)后，其泥沙淤積和含沙量的分布均變現(xiàn)為由口門向西北方向逐漸減小的趨勢；同時近岸區(qū)北側(cè)（離口門較近）的含沙量約大于南側(cè)近岸（離口門較遠）。

（2）正門口擋砂堤布置

工程建設(shè)后，漲潮水體通過口門進入港內(nèi)后，成扇形分散，且流速由口門至近岸逐漸減小，在港內(nèi)沒有形成回流，港外高含沙量水體進入港內(nèi)后不斷沿程落淤。在口門處淤積量較大約為0.9m（3個月）；至中部淤積量減小至0.5m（三個月）；近岸區(qū)為0.01~0.03m（3個月），含沙量也由口門向近岸逐漸減小，口門附近為0.9kg/m3；中部減小至0.55kg/m3，至近岸區(qū)含量不足0.1kg/m3。

基于以上原因，在此方案的基礎(chǔ)上，對平面布置方案進行了調(diào)整。在南、北防波堤采用側(cè)向口門大環(huán)抱布置，口門軸線方位東偏南41°，口門寬度150m，圈圍水域面積約1.89km2。南堤總長1656m，堤頭水深-3.8m。起始段長585m，軸線角度57°~237°；軸線水深至-2.4m附近逆時針旋轉(zhuǎn)連接弧線段，弧線段半徑2000m，弧線段長1071m。北堤總長1525m，堤頭水深-3.7m。起始段長90m，軸線角度82°~262°；軸線水深至0.1m附近順時針旋轉(zhuǎn)連接弧線段，弧線段半徑1500m，弧線段長1435m。

優(yōu)化建設(shè)后，漲潮時受北堤的影響，在口門外側(cè)形成順時針回流，水流進入港內(nèi)后受南堤的挑流影響又形成以逆時針回流，在口門區(qū)段形成雙回流漲潮期間港外高含沙量水體進入港內(nèi)后，主要淤積在口門附近，回流影響范圍內(nèi)（二區(qū)、三區(qū)）3個月的淤積量為0.8~0.9m；隨港內(nèi)泥沙沿程落淤，向港池內(nèi)部，水體含沙量逐漸減小，淤積幅度也越來越小，至近岸六區(qū)、七區(qū)，三個月的淤積幅度為0.02~0.04m。含沙量的分布也呈由口門至近岸逐漸減小的趨勢，口門處一區(qū)~三區(qū)的含沙量約為0.8~1.0kg/m3，至港池中部五區(qū)，含沙量降至0.5kg/m3；至近岸區(qū)含沙量為0.2kg/m3左右（如下圖所示）。

優(yōu)化后淤積計算分區(qū)及淤積分布圖

四、防治航道淤積的成果

在進行工程施工的時候，外航道治理可以起到較好的減淤防沙作用，當(dāng)工程建設(shè)完成以后，減淤防沙的效果會非常明顯，每年的減淤量可以達到900多萬立方米。通航條件得到了較好的改變，提升了外航道抵抗驟淤的水平，使航道的淤積強度被大大減低了，使淤積量得到了顯著的減少。外航道治理工程施工結(jié)束以后，從根本上改變了航道淤泥的挖掘性能，使疏浚效率得到了明顯的提高，促使港口建設(shè)邁進了嶄新的發(fā)展階段，使水運任務(wù)的完成得到了有效的保障。

五、結(jié)論

港外航道治理使企業(yè)的經(jīng)濟效益得到了明顯提高，給企業(yè)帶來的主要經(jīng)濟效益包括使企業(yè)的銷售利潤增加了，使鐵路運輸?shù)馁M用得到了有效控制，使疏浚費用得到了有效的降低。平均每年可以節(jié)省疏浚費用 2.1億元，節(jié)約鐵路運輸費用20.31億元，增加了銷售利潤。

（作者單位：中交一航局第二工程有限公司）