淺談宿遷港港池疏浚的優(yōu)化施工方法

劉攀

摘 ? ?要：宿遷港中心港區(qū)洋北作業(yè)區(qū)碼頭工程位于宿遷市宿城區(qū)洋北鎮(zhèn)境內(nèi)，碼頭采用順岸挖入式型式布置，港池水域開挖面積大。港池水下部分疏浚設計方案具有需要大面積的土地堆存淤泥、疏浚方含水量大短期內(nèi)無法利用、晾曬時間長、晾曬費用大、運河岸邊部分陸域土方將變?yōu)樗麻_挖等特點，由于施工現(xiàn)場無法提供足夠的場地給水下清淤的淤泥堆放、晾曬，且按照原全部水下疏浚方案無法滿足施工進度，再有水下開挖疏浚施工給運河主航道的正常通航帶來安全隱患，安全管理難度較大。為盡可能減少淤泥存放場地面積，保護生態(tài)環(huán)境，加大港池疏浚土方的利用率，保證施工總體目標的實現(xiàn)，運河宿遷港優(yōu)化實施了港池疏浚水下方變?yōu)樗戏降氖┕し椒ā?/p>

關鍵詞：宿遷港;港池疏浚;水下方變水上方

1 ?前言

疏浚在港口建設中的主要目的是開挖港池、進港航道等。廣泛應用于：開挖新航道、港口和運河;浚深、加寬和清理現(xiàn)有航道和港口;疏通河道、渠道，水庫清淤;開挖碼頭、船塢、船閘等水工建筑物基坑;清除水下障礙物;結合疏浚進行吹填造地、填海等工程。疏浚工程對人類社會進步、環(huán)境改善及經(jīng)濟發(fā)展的作用非常重大。疏浚土歷來主要采取廢棄或傾倒于工程附近水域的方式進行處理。當工程附近沒有足夠可用于處理疏浚方的水域或低洼區(qū)域，大量的疏浚方將會占用土地和污染環(huán)境。近年來，隨著人類對環(huán)境標準的要求日益提高，防止和減少疏?；顒訉λ蚣瓣懹虻奈廴疽殉蔀槭杩９こ趟仨毧紤]的一個重要問題。

2 ?項目概況

宿遷港中心港區(qū)洋北作業(yè)區(qū)碼頭工程位于宿遷市宿城區(qū)洋北鎮(zhèn)境內(nèi)，京杭大運河南岸。東距X107縣道約3km，南距徐淮路約1.3km，交通便利。

碼頭采用順岸挖入式型式布置，建設12個2000噸級裝卸泊位和待泊區(qū)。碼頭前沿線成四段折線布置，自上游向下游分別為290m待泊區(qū)、556m裝卸泊位、400m裝卸泊位和340m待泊區(qū)。碼頭泊位總長1586m，其中裝卸泊位956m，待泊區(qū)泊位630m。陸域用地總面積528.6畝，主要布置散貨、集裝箱、鋼材及其他件雜貨堆場和生產(chǎn)輔助設施。碼頭前沿作業(yè)區(qū)設計高程為▽20.13m，碼頭河底高程取為▽13.8m。

該項目水域開挖面積為236818m2，按高程▽13.8m計算，港池疏浚土方量（水下方）為34萬立方米;陸域縱深約200m～400m，開挖面積為172316m2，按高程▽13.8m計算，開挖土方量約為90萬立方米，基礎部分要開挖至12.1m，開挖土方量約為1.5萬立方米;陸域填方面積334803m2，按高程▽20.13m計算，填方量約為76萬立方米。

3 ?水文地質情況

3.1 ?水文情況

3.1.1 ?水文

運河宿遷港為京杭大運河的內(nèi)河港，設計水位與所在位置京杭大運河設計通航水位相同。擬建工程位于京杭大運河宿遷閘～劉老澗船閘之間，經(jīng)過多年實測水位資料的統(tǒng)計，劉老澗船閘上游最高通航水位▽19.41m，上游最低通航水位▽17.81m，宿遷船閘下游最高通航水位▽19.81m，由此，本項目水位特征值如下（85國家高程系統(tǒng)）。

3.1.2 ?地下水

本項目地下水類型為第四系松散巖類孔隙水，主要為潛水。

潛水主要賦存于③②層（局部為④①層）黏性粉土土中，該土層透水性類別為層微～弱不透水，富水性較小。

潛水與河水之間水力聯(lián)系較為密切，其補給以主要為降水、河水垂直入滲及側向徑流，補給水源充分，排泄主要為側向逕流、蒸發(fā)及人工開采。水位動態(tài)變化主要受降水、蒸發(fā)等氣象水文因素影響，最低水位即地下水枯水期一般出現(xiàn)在2～4月;受春汛和降水的影響地下水位開始逐漸回升，最高水位即地下水豐水期一般出現(xiàn)在7～9月。

勘察期間潛水初見水位：埋深50.5020～93.10m50m，平均71.7119;標高9.9316.61m～10.86118.35m，平均10.497.56;潛水穩(wěn)定水位：埋深5.800.4m～9.43.80m，平均71.84m41m;標高10.1616.41m～10.5618.05m、平均10.3617.33m。根據(jù)區(qū)域水文地質資料，場區(qū)地下水位近期年變化幅度約1.5m2m左右。

3.2 ?地形、地貌

擬開挖水域地貌屬黃淮沖積平原，地貌類型單一，場地主要位于京杭運河河堤內(nèi)南側，為農(nóng)田、林地及村莊，地勢較平坦，地面標高一般在17.5m～21.0m左右。

3.3 ?地質情況

根據(jù)《宿遷港中心港區(qū)洋北作業(yè)區(qū)碼頭巖土工程勘察報告》，項目勘察深度內(nèi)所揭露地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積物和上更新統(tǒng)沖洪積物，巖性以粉土、黏土、為主，表層分布填土。根據(jù)地基土的時代、成因、巖性、分布和物理力學性質指標，勘察深度內(nèi)地層共劃分為612個工程地質層和一個亞層，其中包括以下幾點。

（1）—素填土，以黏性土、粉土為主，表層含根系。分布于場地表層，工程地質條件差。巖土疏浚等級為3級。

（2）層粉土，中密狀，場地內(nèi)均有分布，處于地下水位變動帶內(nèi)，地下水變動對土的性能影響較大，工程地質條件差。巖土疏浚等級為7級。

（3）層粉土，中密～密實狀，場地內(nèi)均有分布，夾粉土局部為粉砂，工程地質條件稍差。巖土疏浚等級為48級。

（4）夾層層淤泥質黏土，流塑～軟塑狀，僅揭露于性狀接近軟土，場地內(nèi)僅YZZK15、ZK16、JK166、9、12孔附近附近缺失，工程地質條件極差。巖土疏浚等級為2級。

（5）層黏土，局部為粉質黏土，可塑為主，局部軟塑，場地內(nèi)均有分布，工程地質條件一般。巖土疏浚等級為4級。

（6）層可塑～硬塑狀黏土， 場地內(nèi)均有揭露，土質較均勻，推薦容許承載力：320kPa，工程地質條件良好稍好。巖土疏浚等級為64級。

（7）1層軟塑～可塑狀黏土，局部為粉質黏土， 僅揭露場地中部及東南角，厚度變化大，分布不均，工程地質條件一般。巖土疏浚等級為4級。

（8）層硬塑狀黏土，場地內(nèi)均有揭露，除⑦1層分布區(qū)段化較大外，其他地段分布穩(wěn)定，分布厚度大，含鐵、錳、鈣質結核，局部富集鈣質結核，工程地質條件良好。巖土疏浚等級為6級。

（9）層硬塑狀黏土， 場地內(nèi)主要揭露于控制性鉆孔，工程地質條件較好。巖土疏浚等級為6級。

（10）層硬塑狀黏土，場地內(nèi)主要揭露于控制性鉆孔，除ZK30孔外均未揭穿，局部富集鈣質結核，工程地質條件好。巖土疏浚等級為6級。

（11）層硬塑狀黏土，場地內(nèi)僅揭露于ZK30孔，工程地質條件好。巖土疏浚等級為6級。

（12）層含砂質黏土，硬塑狀，場地內(nèi)僅ZK30孔揭露，工程地質條件好。巖土疏浚等級為6級。

4 ?優(yōu)化分析

4.1 ?整體思路

根據(jù)設計指標，港池疏浚完成后泥面高程為▽13.80，現(xiàn)狀運河河底自大堤坡腳護岸開始向運河主航道方向呈外高內(nèi)低走向，大堤坡腳坡腳處河底高程為▽17.4～▽18.50m，運河主航道右邊線位置河底高程約為▽13.80m。港池水下疏浚寬度為64m～253m，疏浚土方量（水下方）約為34萬立方米。

具體位置見碼頭港池平面布置圖。

根據(jù)圖1可見，港池水下部分疏浚設計方案具有需要大面積的土地堆存淤泥、疏浚方含水量大短期內(nèi)無法利用、晾曬時間長、晾曬費用大、運河岸邊部分陸域土方將變?yōu)樗麻_挖等特點。港池周圍為農(nóng)田和規(guī)劃工業(yè)區(qū)，施工現(xiàn)場無法提供足夠的場地給水下清淤的淤泥堆放、晾曬，且按照原全部水下疏浚方案無法滿足施工進度，再有水下開挖疏浚施工給運河主航道的正常通航帶來安全隱患，安全管理難度較大。為盡可能減少淤泥存放場地面積，保護生態(tài)環(huán)境，加大港池疏浚土方的利用率，保證施工總體目標的實現(xiàn)，經(jīng)初步研究認為優(yōu)化港池疏浚水下方變?yōu)樗戏降氖┕ご胧┓浅１匾?/p>

4.2 ?工程量分析

設計港池疏浚（水下方）約為34萬立方米，經(jīng)過水下方變水上方方案的實施，在圍堰內(nèi)水下方變水上方的工程量約為11萬立方米（不包含實施原設計方案有運河大堤及原護岸部分土方需要水下開挖的工程量），剩余水下疏浚的工程量約為23萬立方米（含圍堰的拆除工程量）。疏浚方量大大減少，從經(jīng)濟上、施工條件及環(huán)境保護方面都得到了改善。

5 ?主要施工措施

5.1 ?整體策劃

在港區(qū)控制坐標點MT01～MT05之間、碼頭前沿結構與運河河道內(nèi)設計航道右邊線之間的適當位置，使用河道內(nèi)的淤泥填筑一條縱向擋水堰，堰頂寬8m，迎水面和背水面兩側邊坡坡比1：3，堰頂高程為▽19.70;為保證圍堰堰體安全、減少圍堰填筑過程中的淤泥流失，在圍堰迎水面坡腳，采用木樁進行防沖刷和穩(wěn)定加固防護，使用土工防滲膜對圍堰進行整體防護，防止河水涌浪及雨水的沖刷。圍堰合龍后，將堰內(nèi)明水抽干，挖滲水深溝控水、排水，然后進行土方開挖。在圍堰內(nèi)土方開挖按1：2自然放坡，確保圍堰安全穩(wěn)定。

圍堰內(nèi)土方開挖完成后，拆除圍堰、疏浚圍堰與主航道之間的水下淤泥，完成整個港池的疏浚任務。

5.2 ?圍堰平面位置的確定

根據(jù)現(xiàn)場水下測量和探查，發(fā)現(xiàn)越靠近運河主航道，河底淤泥顆粒越小，含水量極大，成流體狀，無法堆積成型;越靠近岸邊，河底淤泥含水量減小，容易堆積成型;根據(jù)現(xiàn)場探查實際情況和航政管理部門的要求，確定圍堰的具體位置。圍堰距離主航道最遠距離為150m，最近距離為83m，圍堰具體位置見圖1。

5.3 ?圍堰橫斷面設計

5.3.1 ?圍堰填筑材料

使用河底淤泥作為填筑圍堰材料。

5.3.2 ? 堰頂高程及圍堰斷面的幾何數(shù)據(jù)確定

經(jīng)測量現(xiàn)狀運河大堤的漿砌石護岸頂高程為▽19.70m，據(jù)此確定圍堰頂面高程與漿砌石護岸頂高程相同為▽19.70m。在填筑過程中考慮0.2m的沉降超高，實際填筑高程到▽19.90m。

圍堰頂寬確定為8m，兩側邊坡坡比為1：3。

5.3.3 ?圍堰加固與防護

為減少在圍堰填筑過程中的淤泥的流失和防沖刷，在迎水面的圍堰坡腳處縱向密排施打直徑不小于15cm的松木樁，在木樁外側拋填部分裝滿土的編織袋加固。在圍堰表面鋪設土工防滲膜布進行防護。

具體圍堰橫斷面幾何尺寸數(shù)據(jù)見圍堰橫斷面圖。

5.3.4 ?圍堰結構穩(wěn)定性分析驗算

使用北京理正深基坑支護設計軟件進行圍堰穩(wěn)定性驗算。驗算結果如下。

在自然放坡的情況下，迎水面整體穩(wěn)定安全系數(shù)為2.154，背水面整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.262。根據(jù)JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規(guī)程》規(guī)定，邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)需大于1.2?？梢?，設計圍堰結構滿足穩(wěn)定性要求。

5.4 ?具體施工措施

5.4.1 ?現(xiàn)場定位放線

根據(jù)確定的圍堰平面位置，使用長竹竿或彩旗在運河中作出明顯標記，控制圍堰填筑的兩側坡腳位置。

5.4.2 ?圍堰填筑施工

圍堰填筑使用水陸兩棲挖掘機和挖泥船接力挖甩設計圍堰位置與運河主航道之間的河底淤泥，堆放至圍堰填筑范圍內(nèi)。具體操作如下。

（1）測量人員根據(jù)實時的運河水位情況，測量現(xiàn)狀河底高程，計算設計清淤疏浚深度，以此控制水下開挖高程，避免超挖。

（2）由人工配合水上挖泥船在設計位置施打松木樁。松木樁要求順直、樁長5m，最小尾徑不小于15cm。首先，人工配合進行松木樁就位，挖泥船在樁頂緩慢加壓定位，防止木樁跑偏，當壓入河底1m后，再逐漸加壓，直至樁頂與現(xiàn)狀水位基本齊平。施打過程中，專人指揮和檢查質量，保證位置準確、順直，樁間緊密。樁頂高程與河道現(xiàn)狀水位基本齊平。在松木樁外側堆填1m高的裝滿土的編織袋，加固松木樁。

（3）松木樁施打、加固完成一定距離后，開始圍堰的堆存、填筑。用水陸兩棲挖掘機和挖泥船分段開挖淤泥、填筑圍堰。首先按設計寬度堆填堰體，直至堰頂高程。每隔80m～100m在圍堰與大堤護岸之間填筑一道頂寬5m的橫向圍堰，合龍后及時抽排封閉基坑內(nèi)的積水、控水。

（4）圍堰合龍后，用水陸兩用挖掘機對圍堰兩側邊坡和坡頂進行修整，保證堰頂和邊坡平順，坡比滿足要求，填筑高程不能低于設計高程。

（5）圍堰沉降基本穩(wěn)定后，修整堤頂表面，圍堰頂部向河道內(nèi)做1：50斜坡。為防止雨水倒流回基坑內(nèi)，使用土工防滲膜布對圍堰表面進行防護。在圍堰頂部、坡腳和土工防滲膜布搭接位置碼放裝土編織袋，同時保證膜布有一定的褶皺和余量，防止受力破壞。

（6）在填筑加固完成的圍堰頂部布置反光警示標志標牌，提醒過往船只注意安全，同時禁止無關人員進入施工區(qū)域。

5.4.3 ?圍堰內(nèi)土方開挖

圍堰填筑完成后，進行土方開挖及排水、控水工作。

在圍堰內(nèi)側距離坡腳3m位置開挖，坡比按照1：2控制。首先，縱向沿圍堰坡腳開挖一條截滲水溝，攔截圍堰滲水，截滲水溝底高程要低于港池疏浚高程▽13.80;然后，橫向每隔30m～50m開挖滲水溝，向截滲溝內(nèi)匯集滲水，在截滲溝內(nèi)安裝水泵將滲水抽排到運河內(nèi)。

排水完成后，立即進行土方開挖。土方開挖施工采用常規(guī)土方開挖的方法，由挖掘機挖裝、小型自卸汽車運輸。首先，清除表面淤泥和腐殖土，將淤泥和腐殖土運輸?shù)街付ǖ挠谰脳壨羺^(qū)。有利用價值的土方，運輸?shù)交靥顓^(qū)域進行處理，做為回填土;沒有利用價值的土方，做為棄土處理。

開挖過程中，安排專人對圍堰穩(wěn)定和滲漏情況進行不間斷的檢查和觀測。發(fā)現(xiàn)滲水情況，立即分析原因，采取措施處理。如果發(fā)現(xiàn)圍堰出現(xiàn)裂縫或沉降位移，立即查明原因，對圍堰進行加固處理，確保圍堰安全。

5.4.4 ?圍堰拆除與水下疏浚

圍堰內(nèi)的土方開挖完成、驗收合格后，進行圍堰拆除和剩余區(qū)域的水下疏浚工作。

（1）圍堰表面的土工防滲膜布撤除，人工配合水上挖泥船將圍堰坡腳的松木樁拔除。

（2）圍堰拆除和剩余區(qū)域的水下疏浚，使用水上挖泥船配合淤泥運輸駁船進行作業(yè)。在正式疏挖前，使用長竹竿或水上浮球對作業(yè)區(qū)域進行區(qū)域分塊，標明水下開挖深度，同時對機械作業(yè)人員進行明確交底，做到心中有數(shù)。

（3）挖泥船與運輸駁船配合作業(yè)，分塊分區(qū)域進行。挖泥船裝滿運輸駁船后，運輸?shù)桨哆叺呐R時卸泥點拋錨停放，用專用的卸船設備將淤泥卸放到岸上陸地，然后使用挖掘機或裝載機裝自卸汽車，運輸?shù)街付壞鄨龆逊拧?/p>

（4）每塊區(qū)域疏挖完成后，立即進行水下測量檢查，如有欠挖，立即處理，確保一次完成。

（5）現(xiàn)場作業(yè)的機械、船只應具有經(jīng)檢驗合格的證書，操作人員應有合格的作業(yè)資格證書。

（6）在作業(yè)過程中，按照航道管理部門要求設置警示標志標識，同時配備現(xiàn)場作業(yè)指揮船，指導調(diào)度現(xiàn)場作業(yè)，確保作業(yè)安全，同時將對航道的影響降低到最低。

6 ?質量管理及安全保證措施

6.1 ?質量管理措施

（1）健全質量管理體系，落實崗位責任制。

（2）施工前進行技術交底，明確作業(yè)要求和質量標準。

（3）作業(yè)人員持證上崗，優(yōu)先選擇技術熟練的機械操作人員，確保作業(yè)質量;質檢、測量等管理人員跟班作業(yè)，發(fā)現(xiàn)問題及時處理解決，嚴格把關施工質量。

（4）施工中，嚴格按照要求作業(yè)，確保各工序環(huán)節(jié)質量滿足規(guī)范及業(yè)主和現(xiàn)場監(jiān)理工程師的要求，如出現(xiàn)不合格現(xiàn)象，立即返工處理，直至達到標準要求。

6.2 ?安全保證措施

（1）健全安全管理組織結構，成立施工安全領導小組，由項目副經(jīng)理任組長，工長、安全員、測量員、作業(yè)隊長為組員，負責整個圍堰施工的安全管理;嚴格落實崗位責任制。

（2）施工前，與運河航道管理部門取得聯(lián)系，求得他們的支持與理解;按照運河航道管理部門要求在施工區(qū)域周邊設置醒目的警示標示，提醒過往船只，注意通行安全。

（3）在作業(yè)過程中，安排一艘指揮調(diào)度船晝夜巡視檢查值班 ，負責整個施工區(qū)域的施工管理與調(diào)度，出現(xiàn)問題及時處理，確保安全施工。

（4）機械作業(yè)人員持證上崗，進場后進行安全技術交底，每個作業(yè)人員都要了解施工作業(yè)安全注意事項和施工區(qū)域的安全環(huán)境;施工中嚴格按照操作規(guī)程實施，按照確定的施工區(qū)域通行與作業(yè)，杜絕越界和違章作業(yè)。

（5）加強質量管理，以作業(yè)質量保施工安全。

（6）圍堰填筑完成后，做好安全監(jiān)測和檢查巡視工作。專人觀測水位和施工圍堰的沉降、位移，在圍堰頂每隔200m設置一處觀測點，每天早晚各觀測一次，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，采取措施進行加固;專職安全員每天要沿圍堰巡視至少一遍，并做好記錄。

（7）在圍堰頂提前灌裝1000只編織袋，分散排布，以防突發(fā)情況，能及時對圍堰進行加固;同時備用一定數(shù)量的編織袋、碎石和木樁等材料，應急使用。

（8）圍堰內(nèi)土方開挖，分層作業(yè)，嚴禁野蠻施工、開挖深坑。

（9）水上作業(yè)人員必須佩戴救生衣，優(yōu)先選擇會游泳的人員上船作業(yè);作業(yè)船只上按照要求配備救生圈、繩索等救生設施。

7 ?結束語

本項目疏浚方案經(jīng)優(yōu)化后，疏浚方量減少11萬立方米。根據(jù)江蘇省《水利工程預算定額》，在運距相同的情況下，水域疏浚單價與土方開挖單價價差為14.22元/m?。在考慮租用晾曬土地、環(huán)境保護等投入的情況下，優(yōu)化方案節(jié)省工程造價超過145.42萬元，并且實現(xiàn)了縮減工期、早日投產(chǎn)創(chuàng)效的目標，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

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