反鏟挖泥船結(jié)合機(jī)載液壓砂漿泵開(kāi)挖河道施工工藝分析

中交上海航道局有限公司，上海 200002

1 工程概況

舟山市岱山縣大小魚(yú)山一期陸域河道區(qū)布置于大小魚(yú)山南防波堤堤軸線以北60m寬度范圍內(nèi)，全長(zhǎng)約2800m，河道設(shè)計(jì)面寬為34～38m，底寬10m；主要建設(shè)內(nèi)容包括河道范圍內(nèi)清砂、吹填固化土、地基加固、河道開(kāi)挖以及生態(tài)護(hù)坡建設(shè)。河道主要施工工序：河道區(qū)分段清砂→南堤內(nèi)坡倒濾結(jié)構(gòu)→河道范圍固化土吹填（+0.0m）→河道區(qū)地基加固（插板+堆載）→河道范圍二次固化土吹填（+2.5m）→堆載至設(shè)計(jì)標(biāo)高→滿(mǎn)足堆載預(yù)壓卸載標(biāo)準(zhǔn)后開(kāi)挖河道、施工護(hù)坡。河道施工第一道工序?yàn)榍宄O(shè)計(jì)清砂斷面內(nèi)的泥沙和塊石，工程量約33萬(wàn)m3，清砂頂高程約0m，底高程為-6～-3m，清砂斷面底寬10～14m。作為該工程的第一道工序，清砂的施工質(zhì)量將會(huì)對(duì)南堤閉氣及河道防滲產(chǎn)生較大的影響。面對(duì)復(fù)雜的施工環(huán)境，為了確保清砂質(zhì)量，施工機(jī)具和施工工藝的選擇就顯得尤為重要。

2 施工條件

2.1 潮位

根據(jù)鄰近岱山長(zhǎng)期驗(yàn)潮站實(shí)測(cè)潮位資料統(tǒng)計(jì)分析成果，該區(qū)域?qū)侔肴粘焙^(qū)，潮位特征值如表1所示。

表1 潮位特征值

2.2 地質(zhì)條件

（1）吹填土層。該層在擬建河道廣泛分布，僅河道東西兩端缺失，呈松散狀，發(fā)育厚度一般為2.6～6.6m，該層屬于強(qiáng)透水層，為擬建河道的不良地基土層。（2）Ⅲ1-1灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（淤泥包）層。根據(jù)此次勘探揭露，受南防波堤爆破擠淤施工影響，在擬建河道淺部普遍形成厚度為1.2～5.8m的淤泥包層，該層含水量高，土性極差，為擬建場(chǎng)地不良地基土層。（3）拋填石層。根據(jù)收集到的資料，該層考慮為南側(cè)防波堤回填石料時(shí)散落而成，在擬建河道區(qū)局部分布。

2.3 施工工況

清砂施工位于南防波堤內(nèi)側(cè)，不受外海風(fēng)浪影響，但南堤為爆破擠淤拋石堤，堤身透水，清砂范圍內(nèi)的水位隨潮水漲落，河道施工受潮水漲落影響。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，部分清砂斷面下層存在南堤爆破過(guò)程中產(chǎn)生的成片塊石區(qū)域，石塊粒徑大小不一，水下地質(zhì)情況較為復(fù)雜，尤其在樁號(hào)SK1+000～SK1+400段高層-1m以下位置存在大量石塊。

3 施工船機(jī)的選擇及參數(shù)

3.1 清砂施工機(jī)具選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，施工時(shí)不僅要清除上層泥沙，還要挖除下層塊石，這樣才能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。在工藝的選擇及設(shè)備選型上，常規(guī)小型絞吸船、斗輪式清砂船、沖水砂漿泵船能清除表層泥沙；鏈斗式清砂船能清除泥沙和直徑較小的塊石，但該船尺寸大，吃水較深，需配套駁船來(lái)輔助完成清砂工作；抓斗式挖泥船可以挖除泥沙和塊石，但該船尺寸過(guò)大，吃水較深，不適合開(kāi)挖邊坡，是否需要輔助駁船待定。面對(duì)此施工工況，項(xiàng)目部選擇采用反鏟式挖泥船配合機(jī)載液壓砂漿泵相組合的施工工藝。

3.2 設(shè)備參數(shù)

（1）反鏟式挖泥船。反鏟式挖泥船長(zhǎng)24m、寬10m，船體吃水深度為0.6m，船首做下嵌設(shè)計(jì)處理，設(shè)計(jì)尺寸為長(zhǎng)5m、寬3.5m、高0.7m，用于停放中大型挖掘機(jī)。（2）反鏟挖掘機(jī)。配置1臺(tái)日立ZX250H-3反鏟挖掘機(jī)，整機(jī)工作重量為24700kg，鏟斗容量為1.0m3，鏟斗挖掘力為180kN，額定功率為132kW/（r/min），排量為5.2L，最大挖掘深度為6950mm。挖機(jī)頭上可裝載1個(gè)機(jī)載液壓砂漿泵，可抽吸表層泥砂混合物，經(jīng)管線輸送至指定區(qū)域；當(dāng)清到下層石塊區(qū)時(shí)，挖機(jī)頭換裝反鏟挖斗，對(duì)石塊區(qū)域進(jìn)行有序開(kāi)挖。（3）機(jī)載液壓砂漿泵。使用HY 85 A液壓泵，排量為200～240m3/h，抽吸高度為22～30m，重量為700kg；通道截面為φ60mm；電機(jī)速度為980～1180r/min，電機(jī)功率為44～62kW。HY 85 A液壓砂漿泵如圖1所示，HY 85 A液壓泵性能曲線如圖2所示。

圖1 HY 85 A液壓砂漿泵示意圖

圖2 HY 85 A液壓泵性能曲線

3.3 船舶定位方法

反鏟式挖泥船船身設(shè)3根錨拉式定位樁，樁采用直徑為18cm的實(shí)心圓鋼，長(zhǎng)度為9.5m，自重約2t，可以保證貫入塊石層，起到定位作用，起樁設(shè)備為承載拉力為5t的卷?yè)P(yáng)機(jī)。在樁的位置設(shè)置船中左右舷各1根，施工時(shí)同時(shí)起落，用于承受挖掘機(jī)在挖除塊石時(shí)的各向載力，保證船體穩(wěn)定不發(fā)生位移。船尾設(shè)1根舷，在局部斷面施工達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)后，以該樁為圓心，左右兩側(cè)以扇形位移船定位，有效工作斷面長(zhǎng)度為16m。

4 清砂施工工藝

4.1 施工準(zhǔn)備

（1）開(kāi)工前對(duì)清砂作業(yè)班組做好技術(shù)交底，交底內(nèi)容包括施工方法、施工要點(diǎn)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。（2）施工前對(duì)河道底坡邊線測(cè)量放樣，每隔10m插1根定位竹竿。（3）反鏟式挖泥船吊裝就位后，做好維修試車(chē)和管線布置工作。

4.2 施工流程

（1）反鏟式挖泥船定位好后，將挖機(jī)頭換上HY 85 A液壓砂漿泵，接好吹砂管線，并在泵上加裝一層泵罩，以達(dá)到過(guò)濾格擋石塊的目的，防止石塊破壞絞刀片。準(zhǔn)備就緒后進(jìn)行扇形清砂作業(yè)，泥沙通過(guò)管線吹至泥庫(kù)，完成可挖斷面后按照清砂順序更換船位，施工中以100m為一個(gè)清砂周期。（2）當(dāng)一個(gè)周期表層砂清完后，將機(jī)載液壓砂漿泵卸下，裝上反鏟挖斗，浮船依靠反鏟挖斗的作用力倒退至同周期內(nèi)清砂開(kāi)始處，挖除下層石塊，挖出塊石堆放在河道邊坡，由陸上挖機(jī)裝車(chē)外運(yùn)。在水下石塊挖除過(guò)程中，挖機(jī)最大挖深為6950mm，考慮漲落潮影響，高潮時(shí)清理上層石塊,低潮時(shí)清理下層石塊。（3）開(kāi)挖完成后，由測(cè)量隊(duì)用測(cè)深桿或水砣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)清砂斷面是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，若滿(mǎn)足要求則移船至下個(gè)清砂工作面，若不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求則退回重新開(kāi)挖。上述三道工序即為一個(gè)清砂（清石）周期，一個(gè)周期結(jié)束后，合格即進(jìn)行下一周期清砂（清石）。（4）考慮漲落潮造成的回淤，在吹填固化土前需要再次抽吸驗(yàn)收合格的回淤泥沙，確保固化土閉氣質(zhì)量。

5 工藝特點(diǎn)

（1）施工效率。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算，清砂施工效率約為150～180m3/h，清石施工效率約為60～90m3/h。（2）施工成本?？紤]挖機(jī)、船舶機(jī)械臺(tái)班費(fèi)、人工費(fèi)、材料費(fèi)和機(jī)載液壓泵合理折舊費(fèi)，估算清砂施工成本為11元/m3，清石施工成本為25元/m3。（3）適應(yīng)工況。反鏟挖泥船船體較小，吊裝方便，靈活性高，適應(yīng)在狹長(zhǎng)河道進(jìn)行水下清砂（清石）作業(yè)，特別適宜在開(kāi)挖斷面既有泥沙又有塊石的河道施工。

6 結(jié)束語(yǔ)

反鏟式挖泥船與機(jī)載液壓砂漿泵相組合的施工工藝對(duì)該河道區(qū)施工工況有較強(qiáng)的適用性，液壓砂漿泵和挖機(jī)抓斗的靈活轉(zhuǎn)換能有效清除上層泥沙混合物及下層塊石。反鏟挖泥船結(jié)合機(jī)載液壓砂漿泵施工工藝既能清除表層泥沙也能開(kāi)挖下層塊石，適宜在狹長(zhǎng)河道進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)，避免了清砂、清石施工設(shè)備的更換，降低了施工成本，且施工效率較高，能滿(mǎn)足施工進(jìn)度要求。