港航工程施工中的回淤問題研究

文/曾晰

1 前言

我國港口貿(mào)易的主要方式是進(jìn)出口貿(mào)易，大宗商品進(jìn)出口形式主要依靠大噸位貨輪進(jìn)行運輸。沿海地區(qū)主要分布在東部，該區(qū)河床主要是砂質(zhì)土，該土質(zhì)流動性大、不易成型，非常容易產(chǎn)生淤積，因此在港口和航道工程建設(shè)中面臨的最大問題就是施工回淤。港口和航道施工時，施工回淤的特點主要包括不確定性以及清淤困難兩點。海底情況較復(fù)雜、施工難度大，現(xiàn)階段施工技術(shù)無法從根本上解決施工回淤問題。經(jīng)過多年經(jīng)驗積累和實地試驗分析，本文得出施工回淤主要影響因素，并提出相應(yīng)經(jīng)驗計算方法[1]。施工回淤主要是由于泥沙流動性特點導(dǎo)致的，且受海水運動影響，在大風(fēng)浪作用下海水快速運動會帶動泥沙運動，當(dāng)風(fēng)速減弱海水運動速度減慢時，泥沙就會沉積產(chǎn)生淤積。

2 港航工程中回淤的主要特點

2.1 港航工程回淤問題的外在原因

港航工程通常建設(shè)在臨水城市。我國東南沿海地區(qū)粉質(zhì)砂土層和粉質(zhì)細(xì)砂層是河道中下游地質(zhì)情況，而砂層地質(zhì)是主要導(dǎo)致港航施工作業(yè)中產(chǎn)生回淤的主要影響因素[2]。

在我國進(jìn)出口貿(mào)易全球化趨勢下，我國沿海沿江城市經(jīng)濟快速發(fā)展，港航運輸在貿(mào)易中的作用和地位越來越重要，同時水上運輸量的不斷增加對港航運輸也顯得尤為重要。隨著大噸位貨輪以及運輸船的增加，我們需要增加的港航建設(shè)工程也日趨加大。因此，解決港航施工的回淤問題，不但能夠保障建設(shè)工程質(zhì)量，而且也能很好地保證航道的安全[3]。

2.2 港航施工回淤問題的自然原因

泥沙流動性質(zhì)是港航施工中回淤產(chǎn)生的最主要原因，由于水流運動、風(fēng)力影響以及沉積沙來源不同，在自然因素作用下港航泥沙會隨之不斷移動；與此同時，港航施工過程中挖出淤泥也會在水流作用下產(chǎn)生回淤，出現(xiàn)淤積。另外，懸浮沙粒是施工回淤產(chǎn)生的重要原因之一，微小懸沙會隨著水流的帶動運動起來，懸沙流動性強、粘聚力低，從而使得其在外界作用下產(chǎn)生移動，形成回淤現(xiàn)象[4]。

港航施工常常會產(chǎn)生驟淤，當(dāng)施工開挖粘聚力較低的泥沙時，周邊泥沙在水力作用下迅速將開挖部分回填，而這種情況常發(fā)生在粉質(zhì)沙地段。在施工中驟淤現(xiàn)象沉積速度快、強度大、極易懸浮等特點較為突出，因此驟淤是解決港航施工回淤問題中的一個重點、難點。

3 港航施工中回淤問題應(yīng)對方法

3.1 空間變化對回淤影響

港航施工回淤問題的空間變化規(guī)律主要表現(xiàn)為兩方面，回淤受浚深的變化規(guī)律影響以及回淤受沿程分布規(guī)律影響。沿程回淤是根據(jù)航道里程的變化規(guī)律先增加回淤量后減少回淤量。經(jīng)過大量數(shù)據(jù)分析，在航道轉(zhuǎn)彎位置回淤量較大，過彎道前后呈現(xiàn)先增后減的趨勢，即航道的內(nèi)段起點到航道的轉(zhuǎn)彎段的回淤強度是呈現(xiàn)慢慢增加的趨勢?？Ｉ畹淖兓瘜降阑赜儆绊憺榭Ｉ钌疃仍酱?，相對回淤量也就越大。由此可見，同一斷面回淤量浚深越深，則航道回淤量越大。

3.2 通過改進(jìn)施工技術(shù)減少回淤

3.2.1 收集前期資料，做好前期分析、調(diào)研、資料收集工作，結(jié)合建設(shè)港航位置的水文地形變化資料，選擇地質(zhì)情況較好、回淤較少的地方建設(shè)港口，同時相關(guān)人員還需要考慮港口建設(shè)完成后對泥沙運動變化規(guī)律的影響，從建設(shè)位置選擇來盡可能減少建設(shè)回淤現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2.2 在建設(shè)過程中實施全過程監(jiān)測，以更好地通過數(shù)據(jù)實時調(diào)整施工方案；通過系統(tǒng)分析回淤變化規(guī)律和數(shù)據(jù)收集，并采取相應(yīng)措施，能夠有效控制港航回淤量，節(jié)約工程造價?，F(xiàn)階段，為防止大量的回淤現(xiàn)象發(fā)生，在重力式碼頭建設(shè)過程中采用開挖備淤槽來減少回淤現(xiàn)象，但是還會有部分懸浮泥沙顆粒無法避免回淤，我們只能盡量保證不產(chǎn)生大的回淤量。

3.2.3 基床是碼頭建設(shè)中重要的承重結(jié)構(gòu)，而基床的穩(wěn)定直接關(guān)系碼頭的沉降和穩(wěn)定性。在基床建設(shè)工程中，產(chǎn)生回淤時應(yīng)及時清淤和挖掉相應(yīng)的回淤基床部分，并重新拋石填筑。

3.2.4 港航建設(shè)中，挖泥船是通過給定的海域坐標(biāo)進(jìn)行作業(yè)，通過采用GPS 定位設(shè)備將作業(yè)船開入指定區(qū)域并固定船身，然后使主挖泥船拖帶移動進(jìn)行挖泥作業(yè)。

4 工程實例分析

4.1 工程概況

以某大型港航工程清淤開挖作業(yè)為例，在該碼頭施工中出現(xiàn)了如下回淤情況。港口的港池、基槽在施工過程中產(chǎn)生嚴(yán)重回淤，主要是由于地質(zhì)勘察情況出現(xiàn)下列變化，勘察過程中從上到下地層結(jié)構(gòu)分別為第一層：淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、粉土；第二層：粉砂；第三層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土；第四層：粉砂、粉土、細(xì)砂；第五大層：粉細(xì)砂。施工過程中大量回淤后，通過海下取樣發(fā)現(xiàn)實際地質(zhì)中產(chǎn)生回淤淤泥質(zhì)土層2.5m，其中包含部分粉土層0.3～0.6m，回淤中其余土質(zhì)為粉質(zhì)沙和粘土混合層。

4.2 影響回淤因素

通過對上述港口回淤原因進(jìn)行系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，影響港航施工作業(yè)中回淤的因素主要分為以下三種：

4.2.1 航道泥沙環(huán)境

航道附近的泥沙含量越多，泥沙進(jìn)港淤積就會越多，反之就會弱。多數(shù)情況下，泥沙回淤問題在港航施工中普遍存在，并非通過港航建設(shè)能夠解決。

4.2.2 港口納潮量

納潮量是指相對海域能夠容納潮水的體積，可以簡單表述為：納潮面積×相較零米以上潮差。港航工程中，納潮量是主要決定帶入淤泥量多少的因素之一。通常情況下納潮量越大，泥沙回淤量就越大，港內(nèi)泥沙量隨著納潮量的增加而增加，隨納潮量的減小而減小?；赜倭繙p少對于主要進(jìn)出港航道來說，回淤量會隨著航道水流變化影響河道回淤量。

4.2.3 回淤沉積受水深影響

港內(nèi)沉積泥沙=進(jìn)港泥沙-出港泥沙=[進(jìn)港含沙量（P進(jìn)）-出港含沙量（P出）]×Q潮量

先假定港口納潮量不變，港口水深變化對回淤泥沙在出港過程中影響比較小，但是對于入港帶來的回淤量影響較大。由于水深度增加，水中流動過程中攜帶泥沙會增加，而海水?dāng)y帶泥沙的增加必然會導(dǎo)致沉積過程中泥沙量增多。

另外，影響回淤量的因素還有港口的地質(zhì)構(gòu)造、海底的坡度、泥沙含量以及潮汐作用和風(fēng)浪作用的影響等。

4.3 大風(fēng)對港航工程回淤量影響

本次還對該港航工程回淤受風(fēng)浪影響做了研究，研究發(fā)現(xiàn)回淤量大的位置風(fēng)浪較大。通過對大風(fēng)資料分析，確定大風(fēng)浪對于回淤影響是不利的，風(fēng)浪越大，則回淤量越大；同時我們還對航道回淤量在大風(fēng)作用影響下驟淤量和淤強分布情況進(jìn)行實際對比，最終得出風(fēng)級越大，淤泥分布強度越大，回淤量越大。

4.3.1 在港航施工作業(yè)前，各個參建單位根據(jù)海洋地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查，參考以往淤泥質(zhì)海岸施工經(jīng)驗以及泥沙的推移和懸移理論對港航建設(shè)回淤現(xiàn)象進(jìn)行分析和預(yù)測，研究認(rèn)為回淤量的大部分回淤質(zhì)是由于懸移質(zhì)造成的，與實際情況產(chǎn)生的回淤量不相符。由此可見，港航施工過程中回淤的產(chǎn)生是由于泥沙推移和懸浮共同作用的結(jié)果。

4.3.2 本工程的建設(shè)必然會改變原有的海岸線流動狀態(tài)，雖然通過物理力學(xué)模型能夠很好地模擬所在工程環(huán)境的運行狀況，但是由于實際情況比較復(fù)雜，實驗室所考慮的狀態(tài)不能完全模擬現(xiàn)場的實際情況，因此理論回淤量需要根據(jù)實際工程建成后回淤量的變化來檢驗。以下是港航建設(shè)工程鄰近海域航道回淤量受大風(fēng)影響對照表，如表1 所示。

5 結(jié)語

港航施工中回淤問題是建設(shè)中不利的影響因素。在港航工程建設(shè)中影響回淤因素較多，海洋環(huán)境較為復(fù)雜，因此采用科學(xué)、合理、經(jīng)濟的應(yīng)對措施和建設(shè)方法就顯得尤為重要。本文主要分析了港航建設(shè)中影響回淤的主要因素，總結(jié)為以下幾點：

5.1 影響回淤量最主要因素包括外在人為原因和自然條件環(huán)境影響。

5.2 根據(jù)我國現(xiàn)階段港航施工中應(yīng)對回淤措施，從技術(shù)角度出發(fā)，闡述前期資料收集、后期施工方法選用對控制回淤量的重要性。

5.3 通過工程實例，分析影響港航建設(shè)的主要影響因素：

5.3.1 回淤量受地理地質(zhì)條件影響較大，港航中泥沙含量的種類直接影響回淤量的多少。

5.3.2 在同一海域，回淤量隨著納潮量的增加而增大。

5.3.3 海洋的深度對于港航回淤量影響較大，海洋深度越大，在風(fēng)力一定的條件下，回淤量較大。

5.3.4 淤量隨著大風(fēng)作用力增強而增大，其是影響回淤量的最主要因素之一。