大型耙吸挖泥船在虹噴吹填中的施工質(zhì)量控制

宋海展，閆繼紅，武福亮

（中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510221）

1 工程概況

斯里蘭卡科倫坡港口城發(fā)展項(xiàng)目位于斯里蘭卡西南沿海凱拉尼河口南岸，瀕臨印度洋北側(cè)，項(xiàng)目東西向長(zhǎng)度約2 km，南北向約2.1 km，整體面積約4.2 km2，項(xiàng)目自然水深從陸域向海側(cè)漸變至水深-21 m，項(xiàng)目平面布置見(jiàn)圖1[1-2]。

1.1 設(shè)計(jì)工程量

科倫坡港口城發(fā)展項(xiàng)目需回填形成滿足總包合同不少于268萬(wàn)m2的陸域至設(shè)計(jì)標(biāo)高，吹填交工標(biāo)高+4.2～+7.4 m不等，考慮到部分區(qū)域需要進(jìn)行地基處理[3]，吹填標(biāo)高預(yù)留沉降0.7 m，吹填工程量約7 100萬(wàn)m3。

圖1 科倫坡港口城發(fā)展項(xiàng)目平面布置圖Fig.1 General layout of Colombo Port City development project

1.2 水文條件

科倫坡港口城發(fā)展項(xiàng)目所處海域?qū)儆诓灰?guī)則半日潮，日潮不等現(xiàn)象明顯，海域潮差較小，潮流流速相對(duì)較弱，受風(fēng)的影響較明顯。海域風(fēng)浪常年存在，受風(fēng)向變化影響，風(fēng)浪浪向變化較大，季風(fēng)影響期，會(huì)伴隨大浪。

1.3 地質(zhì)條件

取砂區(qū)共布置鉆孔63個(gè)，按照J(rèn)TJ/T 320—1996《疏浚巖土分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》[4]中給出的巖土分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)鉆孔資料和土樣檢測(cè)指標(biāo)顯示，取砂區(qū)的土質(zhì)為粗砂，灰黃色，中等密實(shí)度，級(jí)配良好，局部含有少量礫砂、黏土塊及貝殼碎片。

2 虹噴工藝

2.1 原理

耙吸挖泥船虹噴工藝原理是在耙吸挖泥船完成取砂后重載航行至指定水域就位，先將船艙內(nèi)的海砂用高壓沖水稀釋至一定的濃度后，通過(guò)自身的泥泵將艙內(nèi)稀釋混合物吸出，經(jīng)排泥管路到達(dá)船艏的虹噴口，虹噴岸排至指定區(qū)域成陸。耙吸挖泥船可根據(jù)造陸需要通過(guò)調(diào)整船舶姿態(tài)、虹噴口徑、流速和濃度以達(dá)到調(diào)整落點(diǎn)位置、虹噴距離和陸域堆積高度等目的[5-8]。

2.2 難點(diǎn)

虹噴工藝受施工區(qū)風(fēng)浪、吹填土質(zhì)等因素影響，吹填高程控制難度大，虹噴成陸標(biāo)高誤差最大可達(dá)3 m，倘若遇風(fēng)浪較大的情況，已成陸區(qū)域會(huì)被淘刷形成緩坡，已成陸與新成陸交叉區(qū)域很容易形成凹谷。因而在虹噴施工管理中需要更加精細(xì)化、流程化，通過(guò)虹噴實(shí)驗(yàn)充分了解一定砂質(zhì)、吹距等條件下的虹噴成陸實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整改進(jìn)成陸方案，減少不必要的反挖或管吹量，從而使虹噴施工快速、有序、高效地進(jìn)行。

3 成陸實(shí)驗(yàn)分析

科倫坡港口城發(fā)展項(xiàng)目陸域形成對(duì)中粗砂需求工程量大，回填砂質(zhì)要求高，取砂區(qū)距離陸域形成區(qū)域遠(yuǎn)。承包商結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，先后投入4艘大型耙吸挖泥船，采用直拋、虹噴、接管艏吹等工藝完成該項(xiàng)目的陸域回填施工。其中，采用虹噴工藝的工程量最大，占到總工程量的一半以上，本文重點(diǎn)探討大型耙吸挖泥船虹噴工藝的施工質(zhì)量控制。

3.1 虹噴施工難點(diǎn)

科倫坡港口城發(fā)展項(xiàng)目吹填設(shè)計(jì)標(biāo)高+4.2～+7.4 m不等，設(shè)計(jì)高程按各功能區(qū)域劃分為約200個(gè)區(qū)，區(qū)域整體成型高低不一。項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中陸域吹填與防波堤施工同時(shí)進(jìn)行，采用大型耙吸挖泥船虹噴工藝進(jìn)行大面積吹填施工時(shí)，吹填高程接近船舶設(shè)備的極限吹填高程，吹填高度控制難度大，再加上中粗砂的流動(dòng)性差，施工誤差最大可達(dá)3 m；遇到風(fēng)浪較大的情況，已成陸區(qū)域岸線會(huì)被淘刷形成緩坡，已成陸與新成陸交叉區(qū)域很容易形成凹谷。

在進(jìn)行陸域整平施工過(guò)程中，整平區(qū)域超、欠的情況時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致后續(xù)機(jī)械推填、轉(zhuǎn)運(yùn)的時(shí)間增多，影響項(xiàng)目的施工進(jìn)度和質(zhì)量，并可能產(chǎn)生欠填量較大而引起不必要的接管艏吹量。若能有效的提高虹噴施工質(zhì)量，將會(huì)大大地減少后續(xù)的整平機(jī)械設(shè)備和人員投入，對(duì)項(xiàng)目成本控制和施工進(jìn)度至關(guān)重要。

3.2 虹噴成陸實(shí)驗(yàn)分析

科倫坡港口城發(fā)展項(xiàng)目吹填區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)高由+4.2 m變化至+7.4 m，陸域標(biāo)高變化大，整平每1 km2范圍允許誤差為-0.05～+0.20 m。通過(guò)大型耙吸船虹噴工藝進(jìn)行陸域吹填，虹噴施工質(zhì)量控制難度較大，回填標(biāo)高超高會(huì)加大后期整平機(jī)械設(shè)備推填量，標(biāo)高不足需補(bǔ)量回填。

鑒于船舶虹噴施工質(zhì)量對(duì)項(xiàng)目成本和施工進(jìn)度的影響，必須對(duì)大型耙吸挖泥船虹噴施工成陸特征進(jìn)行研究，以量化大型耙吸挖泥船虹噴施工成陸規(guī)律，滿足陸域吹填對(duì)虹噴施工質(zhì)量的要求，并為后續(xù)大型耙吸船虹噴施工提供真實(shí)有效的基本參考依據(jù)。

虹噴施工作業(yè)前，在陸域高程稍低處選定虹噴施工區(qū)域，船舶駕駛員精確操作施工船舶虹噴至該區(qū)域，并記錄此時(shí)船舶球鼻艏位置坐標(biāo)；虹噴施工作業(yè)完成后，安排測(cè)量人員使用RTK-GPS及時(shí)對(duì)虹噴施工區(qū)域進(jìn)行地形測(cè)量。通過(guò)對(duì)虹噴施工后的地形測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，測(cè)算出船舶虹噴工藝的虹噴距離、擴(kuò)散范圍以及堆積高度等基本參數(shù)。虹噴成陸特征三維效果圖見(jiàn)圖2。

圖2 虹噴成陸特征三維效果圖Fig.2 The 3D diagram of siphon spraying landforming characteristics

按照J(rèn)TJ 319—1999《疏浚工程技術(shù)規(guī)范》[5]中給出的各類(lèi)吹填土在施工中呈現(xiàn)的坡度參照表，中粗砂在虹噴施工中呈現(xiàn)的坡度為1∶10左右。

通過(guò)對(duì)虹噴施工成陸特征的研究，本項(xiàng)目投入的大型耙吸挖泥船虹噴距離約為80 m，虹噴加高半徑約為15 m，虹噴影響范圍半徑約為30 m，虹噴成陸岸線呈現(xiàn)的坡度約為1∶10。虹噴成陸示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 虹噴成陸示意圖Fig.3 The landformation diagram of siphon spraying construction

4 虹噴施工質(zhì)量控制

虹噴施工質(zhì)量控制是項(xiàng)目成本節(jié)約的關(guān)鍵，關(guān)系到項(xiàng)目是否能夠按施工進(jìn)度計(jì)劃要求完工。大型耙吸挖泥船艙容大、機(jī)動(dòng)性差，虹噴施工質(zhì)量控制難度大，承包商使用大型耙吸挖泥船虹噴工藝成功完成了科倫坡港口城發(fā)展項(xiàng)目的吹填造地施工，該項(xiàng)目虹噴施工質(zhì)量控制采取的具體技術(shù)措施如下。

4.1 虹噴網(wǎng)格精細(xì)化

根據(jù)施工船舶的性能、虹噴成陸特征、吹填區(qū)水深、成陸順序以及單航次虹噴工程量等信息，劃分虹噴區(qū)施工網(wǎng)格，精確虹噴施工位置，便于船岸溝通，實(shí)現(xiàn)船岸一體化管理，大型“耙吸挖泥船A”在科倫坡港口城發(fā)展項(xiàng)目虹噴中粗砂的施工網(wǎng)格設(shè)定為30 m×60 m一格。

虹噴施工前，對(duì)計(jì)劃施工區(qū)域進(jìn)行陸域、水上全覆蓋測(cè)量，根據(jù)水深數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)標(biāo)高核算需補(bǔ)砂量，并根據(jù)需補(bǔ)砂量分布情況劃分虹噴網(wǎng)格，同時(shí)對(duì)每個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行編號(hào)，補(bǔ)充需虹噴施工艙數(shù)等信息；將虹吹網(wǎng)格導(dǎo)入施工船舶三維疏浚軌跡跟蹤和記錄系統(tǒng)（DTPS），按照網(wǎng)格提供的信息進(jìn)行虹噴施工；在虹噴施工過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整船舶姿態(tài)和位置實(shí)現(xiàn)吹填區(qū)的標(biāo)高和陸域大致平整；定期對(duì)虹噴區(qū)成陸情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)更新虹噴施工網(wǎng)格給船舶，減少后期不必要的推填施工，從而使虹噴施工快速、有序、高效地進(jìn)行。

4.2 虹噴成陸可視化

結(jié)合施工船舶虹噴網(wǎng)格、落點(diǎn)以及設(shè)計(jì)標(biāo)高等情況，在虹噴區(qū)安放虹噴施工參照標(biāo)高旗。在陸域推進(jìn)過(guò)程中，隨著虹噴成陸面積的不斷擴(kuò)大，吹填區(qū)內(nèi)陸域設(shè)計(jì)標(biāo)高變化增大，虹噴施工標(biāo)高控制難度加大。虹噴施工過(guò)程中，船舶駕駛員參照虹噴區(qū)安放的標(biāo)高旗，通過(guò)進(jìn)車(chē)、倒車(chē)、側(cè)推等方式調(diào)整虹噴落點(diǎn)，使得虹噴后的堆積效果接近設(shè)計(jì)標(biāo)高和平整度。對(duì)于流動(dòng)性相對(duì)較大的中細(xì)砂，通常在陸地采用筑擋流壩、開(kāi)挖導(dǎo)流溝、插放測(cè)量標(biāo)桿的措施，并結(jié)合通過(guò)船艏前移后退及左右擺動(dòng)控制虹噴落點(diǎn)，將吹上來(lái)的泥沙保留在岸側(cè)以加快陸域成型速度和提高成型效果。

4.3 陸域整平合理化

中粗砂流動(dòng)性差，因此吹填區(qū)需要采取初平和后整平相結(jié)合的整平方案。陸域整平的整體次序?yàn)椋捍堤畎毒€高處削量至低凹處存砂，方量平衡后進(jìn)行精確平整。施工程序：沿岸放標(biāo)定高→挖土削坡凹谷存砂→標(biāo)定整平范圍→機(jī)械整平→復(fù)測(cè)移交。設(shè)備選用考慮挖填運(yùn)土方量，作業(yè)面、面積及運(yùn)距，土質(zhì)及場(chǎng)地情況，工程成本、工期安排、施工質(zhì)量等選用推土機(jī)及挖掘機(jī)。具體實(shí)施過(guò)程如下：

虹噴施工完成，陸域達(dá)到初平標(biāo)高后，對(duì)已成陸域按照100 m×50 m分區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。通過(guò)對(duì)已成陸域方量平衡計(jì)算，對(duì)網(wǎng)格內(nèi)挖方、填方進(jìn)行規(guī)劃，利用推土機(jī)進(jìn)行場(chǎng)地后整平，采用測(cè)量、放標(biāo)桿的方法，使得陸域標(biāo)高及平整度符合合同和設(shè)計(jì)規(guī)范要求，具備驗(yàn)收移交條件。虹噴施工與陸域整平圖見(jiàn)圖4。

圖4 虹噴施工與陸域整平Fig.4 Siphon spraying construction and land leveling

4.4 虹噴施工控制流程化

本工程虹噴工程量較大，占到總工程量的一半以上，為提高施工效率，節(jié)省施工成本，具體制定了“虹吹施工控制流程化”施工控制方案。在施工前，根據(jù)合同技術(shù)要求、吹填區(qū)水深、氣候條件、風(fēng)浪情況、設(shè)備性能和成陸順序制定船舶施工計(jì)劃，明確虹噴施工區(qū)域；對(duì)要進(jìn)行虹噴施工的區(qū)域進(jìn)行水上和陸上全覆蓋測(cè)量，安排相關(guān)人員分析數(shù)據(jù)后制定虹噴網(wǎng)格，并在現(xiàn)場(chǎng)虹噴區(qū)域安放設(shè)計(jì)標(biāo)高旗，供施工船舶參考；施工船舶詳細(xì)了解施工計(jì)劃并接收安裝虹噴網(wǎng)格，按照網(wǎng)格提供的信息以及現(xiàn)場(chǎng)參照標(biāo)高旗情況進(jìn)行虹噴施工，嚴(yán)格控制虹噴標(biāo)高和平整度；船舶虹噴完成，陸域達(dá)到初平標(biāo)高后，及時(shí)安排現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械對(duì)虹噴區(qū)域進(jìn)行整平施工，達(dá)到驗(yàn)收交地標(biāo)準(zhǔn)。虹噴施工控制流程圖見(jiàn)圖5。

圖5 虹噴施工控制流程圖Fig.5 Theflowchartofsiphonsprayingconstructioncontrol

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，承包商采取一系列技術(shù)措施，使得大型耙吸挖泥船虹噴施工質(zhì)量控制部門(mén)間的責(zé)任歸屬更加明確，船舶施工有章可循，環(huán)環(huán)相扣；以砂量定區(qū)，以標(biāo)高定點(diǎn)，吹填成陸砂量超、欠情況減少；明確每船虹噴落點(diǎn)，船舶就位速度提升，提高了船舶施工效率；精確控制單位面積內(nèi)的砂量分布，減少陸域推填量，降低了項(xiàng)目施工成本。

采用大型耙吸挖泥船進(jìn)行大面積虹噴施工時(shí)，克服標(biāo)高不易控制的困難，虹噴一次成型大大加快陸域成型速度，減少陸域機(jī)械整平時(shí)間，對(duì)項(xiàng)目成本和進(jìn)度控制至關(guān)重要。