板樁碼頭疏浚吹填施工質(zhì)量控制

張吉軼，王軍偉

(中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510290)

板樁碼頭作為一種常用的碼頭結(jié)構(gòu)形式，具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、用料省、工程造價(jià)低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，而且可以先打樁后對(duì)墻前泊位水域進(jìn)行疏浚開(kāi)挖，能大量減少挖填土方量。同時(shí)，板樁結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性[1]。但是板樁材料易受海水腐蝕，耐久性較差，且薄壁結(jié)構(gòu)的板樁抗彎能力有限，因此一般只在中小型碼頭中采用板樁結(jié)構(gòu)。目前，關(guān)于板樁碼頭結(jié)構(gòu)的研究主要涉及碼頭結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、板樁結(jié)構(gòu)與地基的相互作用等[2]，而對(duì)于板樁碼頭疏浚吹填施工工藝的研究較少。以色列阿什杜德南部港項(xiàng)目板樁碼頭施工過(guò)程中，疏浚吹填施工與板樁碼頭施工緊密銜接，通過(guò)優(yōu)化施工工序，采取多種質(zhì)量控制措施，在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求的同時(shí)，保證了疏浚吹填施工質(zhì)量。

港池開(kāi)挖前樁側(cè)土壓力基本保持不變，港池開(kāi)挖后樁側(cè)土壓力分布急劇變化[3]，因此，板樁碼頭墻前區(qū)域疏浚及墻后回填施工有嚴(yán)格的工序順序要求。板樁碼頭的土方開(kāi)挖是一個(gè)很重要的工序，若開(kāi)挖順序安排得不好，極可能引起板樁墻前后的土壓力不平衡，從而引起板樁墻的位移甚至傾斜，因此，必須安排好挖泥順序[4]。錨桿未初張拉前進(jìn)行回填施工時(shí)嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求控制板樁兩側(cè)土體高差，錨桿終張拉完畢后再進(jìn)行墻前水域疏浚，才能確保碼頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

1 土質(zhì)情況

項(xiàng)目疏浚區(qū)域主要由密實(shí)粉細(xì)砂、流塑狀淤泥、粉質(zhì)黏土及庫(kù)卡層組成，疏?；靥盍弦苑奂?xì)砂為主。泊位水域疏浚開(kāi)挖深度范圍內(nèi)未遇到硬質(zhì)庫(kù)卡層，但部分區(qū)段沉樁過(guò)程中遇到硬質(zhì)庫(kù)卡層，加大了沉樁難度，由于未進(jìn)行預(yù)鉆孔處理，造成沉樁完畢后部分區(qū)段AZ樁與H型樁之間的鎖扣存在大量鎖扣脫索情況。板樁碼頭作為一種組合式鋼板樁結(jié)構(gòu)，鎖扣脫索的組合板樁泊位區(qū)域疏浚時(shí)，隱藏在泥面下的脫索縫隙隨著疏浚施工逐步暴露，板樁后方的細(xì)顆粒土從這些縫隙處流失，造成陸域地基沉陷，危及陸域構(gòu)筑物[5]。

在粉細(xì)砂吹填過(guò)程中，細(xì)顆粒土流程長(zhǎng)。在板樁碼頭吹填施工過(guò)程中，錨桿未張拉前須嚴(yán)格監(jiān)測(cè)吹填粉細(xì)砂自然流淌邊坡，確保板樁、錨定樁兩側(cè)砂面高差滿(mǎn)足技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求。

2 疏浚吹填施工質(zhì)量要求

2.1 高差

為確保疏浚吹填過(guò)程中，在錨桿安裝之前，前排樁、錨樁、翼墻結(jié)構(gòu)不會(huì)因兩側(cè)土壓力差別過(guò)大而產(chǎn)生變形、偏位，依據(jù)組合鋼板樁材料抗剪抗彎能力計(jì)算碼頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，針對(duì)前排樁、錨樁、翼墻結(jié)構(gòu)疏?；靥罘謩e提出如下高差要求:1)前排樁海側(cè)與陸側(cè)之間高差< 7.5 m；2)錨樁及翼墻兩側(cè)回填土高差< 3.0 m；3)錨桿初張拉后為確保錨桿始終處于張拉狀態(tài)，雙排樁之間回填土必須高于錨定墻后側(cè)回填土以確保錨桿不受壓。

2.2 吹填質(zhì)量

2.2.1吹填砂質(zhì)量

前排樁與錨樁之間的區(qū)域以及錨定墻后側(cè)區(qū)域采用水力回填時(shí)，吹填砂必須級(jí)配良好，粒徑小于75 μm的細(xì)顆粒含量< 10%。

2.2.2淤泥層厚度

吹填區(qū)域內(nèi)每1 m厚度范圍內(nèi)，淤泥層厚度不得超過(guò)25 cm。

2.3 泊位水域疏浚施工

錨桿未終張拉之前，墻前泊位水域不得開(kāi)挖。其中泊位區(qū)域設(shè)計(jì)挖深-17.6 m，允許超深0.3 m，膜袋安裝前基床面須平整無(wú)淺點(diǎn)。膜袋混凝土末端壓腳溝槽底寬2 m，坡比1:2，設(shè)計(jì)挖深-19.7 m，允許超深0.6 m。泊位水域疏浚斷面見(jiàn)圖1。

圖1 泊位水域疏浚斷面

3 板樁碼頭吹填施工方法優(yōu)化

板樁碼頭水力吹填施工順序?yàn)椋核鲜┐蚯芭艠丁鷮雍駷? m的吹填施工→施打錨樁→下一層吹填施工，吹填厚度須滿(mǎn)足各板樁結(jié)構(gòu)兩側(cè)壓高要求→錨桿安裝及初張拉→下一層吹填施工。但是，水上分層吹填施工難度大，往往需要鋪砂駁等專(zhuān)屬設(shè)備輔助施工，吹填管線(xiàn)移動(dòng)頻繁且與水工結(jié)構(gòu)存在較多施工干擾，施工效率低。依據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)及要求，優(yōu)化方案為：水上施打前排樁，具備一定的圍閉條件后，在距離前排樁安全距離處平行于前排樁布設(shè)、延伸吹填管線(xiàn)，在滿(mǎn)足前排樁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定(壓高< 7.5 m)的前提下，通過(guò)吹填砂自然流淌吹淺前排樁后側(cè)水域，錨樁沉樁作業(yè)區(qū)域回填至水面以上0.5 m，以陸地施打錨樁提高打樁效率。優(yōu)化后的吹填施工方案無(wú)須再進(jìn)行分層吹填，盡可能地減少了與水工結(jié)構(gòu)之間的施工干擾，提高吹填施工效率。

4 質(zhì)量控制措施

4.1 高差與吹填砂坡度監(jiān)測(cè)

錨桿未安裝時(shí)，通過(guò)水坨及水深測(cè)量?jī)x監(jiān)測(cè)板樁兩側(cè)高差。由于當(dāng)?shù)爻辈罴s為0.5 m，在錨桿安裝區(qū)域測(cè)量船無(wú)法正常行駛，高差監(jiān)測(cè)較為困難，引進(jìn)吃水僅為20 cm的無(wú)人測(cè)量船進(jìn)行水深測(cè)量，達(dá)到監(jiān)控板樁兩側(cè)高差及吹填砂流淌后形成的自然坡度的目的。

4.2 吹填時(shí)板樁兩側(cè)高差控制

4.2.1控制吹填管口距前排樁安全距離

吹填細(xì)砂在有風(fēng)浪水域吹填施工中形成的坡度在1:15～1:30之間[6]，回填區(qū)實(shí)測(cè)坡度約1:20，以此確定吹填管口距離前排樁的安全距離。

在前排樁自然水深5～8 m的淺水區(qū)域，按照水陸兩側(cè)高差不超過(guò)7.5 m的要求，前排樁后側(cè)區(qū)域可以吹填至-1.0～2.0 m高程，將管口附近陸域吹填至2.0 m時(shí)，前排樁后側(cè)區(qū)域達(dá)到-1 m左右的極限高程，按照1:20的邊坡計(jì)算，吹填管口距離前排樁的安全距離約為60 m，在距離前排樁60～70 m處平行于前排樁布設(shè)吹填管線(xiàn)較為穩(wěn)妥，前期通過(guò)耙吸式挖泥船直接在前排樁外側(cè)水域開(kāi)展虹吹施工，逐步將前排樁后側(cè)吹淺后再接管進(jìn)行吹填施工。

在前排樁自然水深8～10 m 、10～12 m的區(qū)域，按照上述方法計(jì)算吹填管口距離前排樁的安全距離，分別按照60～100 m、100～140 m的安全距離布設(shè)吹填管線(xiàn)，盡可能地在將距離前排樁50 m的錨樁作業(yè)區(qū)域吹淺的同時(shí)，確保前排樁的穩(wěn)定，以減少錨樁區(qū)域陸地運(yùn)輸車(chē)輛倒運(yùn)砂料的工作量。板樁碼頭吹填施工斷面見(jiàn)圖2。

圖2 板樁碼頭吹填施工斷面(單位： m)

4.2.2抬高前排樁水域泥面高程

對(duì)于前排樁水域原始水深較深的12～14 m區(qū)域，須通過(guò)耙吸船進(jìn)行拋砂作業(yè)，人為抬高施打區(qū)域泥面高程至-11～-10 m，以降低吹填管口距離前排樁的安全距離，盡可能將后側(cè)錨樁沉樁作業(yè)區(qū)域通過(guò)吹填施工吹淺，減少錨樁區(qū)域陸地運(yùn)輸車(chē)輛倒運(yùn)砂料工作量。人為抬高泥面高程后，在大風(fēng)浪侵襲時(shí)，孤立的前排樁具有更好的穩(wěn)定性。

4.3 土質(zhì)檢測(cè)及清淤

4.3.1吹填前土質(zhì)檢驗(yàn)

在耙吸船裝艙過(guò)程中，需要在泥艙內(nèi)加強(qiáng)取樣，通過(guò)激光粒度分析儀，快速檢測(cè)泥艙內(nèi)土質(zhì)含泥量，如果粒徑小于75 μm的細(xì)顆粒含量> 10%，則泥艙內(nèi)的不合格吹填料拋填至傾廢區(qū)；若粒徑小于75 μm的細(xì)顆粒含量< 10%，則可吹填至回填區(qū)，做到事前有效控制，避免淤泥吹填上岸。

4.3.2吹填過(guò)程中淤泥監(jiān)測(cè)

由于吹填施工過(guò)程中粒徑較小的細(xì)顆粒流程更遠(yuǎn)，易在吹填砂流淌邊坡的坡腳部位聚集，因此在吹填施工過(guò)程中須加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。常用的淤泥監(jiān)測(cè)方法有小型抓斗表層取樣和潛水員利用樣品管潛水取樣(圖3)。將該2種方法結(jié)合，實(shí)時(shí)監(jiān)控回填區(qū)內(nèi)淤泥的分布。

圖3 淤泥監(jiān)測(cè)取樣

4.3.3回填區(qū)淤泥清理

前排樁未封閉前，吹填過(guò)程中部分細(xì)顆?？梢酝ㄟ^(guò)前排樁預(yù)留的通道排出回填區(qū)外；前排樁封閉后，對(duì)于層厚超過(guò)要求的淤泥，須及時(shí)用設(shè)備進(jìn)行清理。對(duì)于板樁間及錨樁后側(cè)區(qū)域，錨桿安裝前可以通過(guò)容易起吊的小型絞吸船將板樁間或錨定墻后方聚集的淤泥進(jìn)行清理；小型絞吸船無(wú)法清理的邊角部位，使用抽砂泵將聚集的淤泥排出回填區(qū)域。

4.4 泊位水域疏浚施工質(zhì)量控制

受板樁碼頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求制約，為避免海側(cè)砂料開(kāi)挖卸載后板樁產(chǎn)生較大偏位，泊位水域疏浚施工必須在錨桿完成終張拉之后進(jìn)行。泊位水域疏浚施工精度要求高，疏浚實(shí)施過(guò)程的主要難題包括：水深淺于耙吸船滿(mǎn)載吃水、易出現(xiàn)超挖、外伸胸墻底模支架干擾等。

4.4.1淺水區(qū)域開(kāi)挖

項(xiàng)目使用的耙吸船滿(mǎn)載吃水7.2 m，空載吃水4.8 m。若采用常規(guī)耙吸船裝艙施工，在疏浚開(kāi)挖過(guò)程中，水深5～7 m的淺水區(qū)域耙吸船裝艙施工將會(huì)擱淺。為避免調(diào)遣其他設(shè)備進(jìn)行淺水區(qū)域開(kāi)挖從而增加施工成本，對(duì)耙吸船泥泵和管路做適應(yīng)性改造，并將耙頭更換成球形吸口，泥沙由吸口吸入后直接通過(guò)管路吹填上岸，而不再裝入耙吸船泥艙，耙吸船在施工過(guò)程中一直處于空載狀態(tài)，有效解決了淺水區(qū)域開(kāi)挖難題。

4.4.2超深控制

膜袋平整區(qū)域允許超深僅30 cm。使用1艘4 500 m3的耙吸船進(jìn)行泊位水域疏浚施工。開(kāi)挖至-17.0 m后，耙吸船進(jìn)行最下層精挖，須加強(qiáng)水深監(jiān)測(cè)，耙吸船每裝艙一船進(jìn)行一次多波速水深測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果及時(shí)反饋給施工船舶。由耙吸船對(duì)淺點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行開(kāi)挖，須降低泥泵功率，盡可能避免超挖。在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，出現(xiàn)超深大于30 cm的區(qū)域不可避免。對(duì)于超過(guò)允許超深范圍的區(qū)域，在耙吸船施工電子底圖中加以標(biāo)識(shí)，并計(jì)算超挖方量，耙吸船吹填施工時(shí)艙底預(yù)留相應(yīng)方量的砂，航行至超挖區(qū)域時(shí)通過(guò)耙頭精準(zhǔn)定位后，緩慢航行將艙底砂通過(guò)耙頭均勻反拋至超挖區(qū)域。

4.4.3平整度控制

耙吸船疏浚開(kāi)挖平整度不易控制，容易出現(xiàn)壟溝[7]。為確保膜袋混凝土施工前基床平整度，由耙平設(shè)備對(duì)水下基床進(jìn)行整平處理。通過(guò)DGPS結(jié)合Hypack軟件對(duì)耙平器進(jìn)行平面定位，實(shí)時(shí)顯示耙平器平面位置，耙平器由拖輪或多功能船牽引拖帶進(jìn)行水下基床整平，耙平器由絞車(chē)通過(guò)鋼絲繩控制下放深度。

4.4.4貼近板樁區(qū)域疏浚

泊位水域貼近板樁區(qū)域受限于胸墻底模外伸支架干擾，且船身須與碼頭岸線(xiàn)保持一定的安全距離以避免碰撞事故發(fā)生，近板樁區(qū)域有2～3 m范圍疏浚過(guò)程中耙頭無(wú)法有效覆蓋，最下層開(kāi)挖時(shí)近板樁區(qū)域會(huì)有砂料附著在前排樁上難以清除。針對(duì)砂性土易被沖刷的特點(diǎn)，將耙吸船耙頭原有向下的高壓沖水改造為側(cè)沖水(圖4)，耙吸船保持安全距離平行于碼頭岸線(xiàn)緩慢航行，通過(guò)高壓橫向水流將附著在前排樁上的砂料沖離近板樁區(qū)域后，由耙吸船將沖離的砂料進(jìn)行二次開(kāi)挖，可解決貼近板樁區(qū)域疏浚施工難題。

圖4 耙吸船高壓沖水改為側(cè)沖水施工

5 結(jié)語(yǔ)

1)板樁碼頭疏浚吹填施工有嚴(yán)格的施工順序要求，應(yīng)嚴(yán)格控制吹填管口距離前排樁的安全距離，并加強(qiáng)過(guò)程監(jiān)控，合理抬高深水區(qū)域泥面高程，保障吹填施工既有效抬高錨樁沉樁區(qū)域砂面高程，又確保前排樁兩側(cè)土體高差滿(mǎn)足要求。

2)臨近板樁區(qū)域疏浚是板樁碼頭泊位水域疏浚過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，粉細(xì)砂具有受水流沖刷后易剝離的特點(diǎn)，耙吸船高壓沖水改側(cè)沖水施工，船體與前排樁保持安全距離進(jìn)行側(cè)沖施工，能有效解決臨近板樁區(qū)域疏浚開(kāi)挖的難題。

3)耙吸船疏浚開(kāi)挖后泥面平整度難以滿(mǎn)足膜袋混凝土對(duì)基床面的平整度要求，采用耙平器進(jìn)行基床面整平，為膜袋鋪設(shè)提供平整的基床面。

4)經(jīng)吹填施工方案優(yōu)化并采取相應(yīng)的質(zhì)量控制措施，吹填施工在加快陸地施打錨樁進(jìn)度的同時(shí)，滿(mǎn)足板樁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求，未出現(xiàn)板樁偏位、變形等質(zhì)量事故。

5)采取多種措施監(jiān)控淤泥聚集并及時(shí)清理，能清理大多數(shù)區(qū)域的淤泥，但聚集在結(jié)構(gòu)角落的淤泥清理困難，須謹(jǐn)慎處理。