疏浚吹填施工技術(shù)在港航工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

謝志強(qiáng) 中交第四航務(wù)工程局有限公司

1.疏浚吹填施工技術(shù)概述

1.1 疏浚施工

疏浚是發(fā)生于江河、護(hù)坡等水域的疏通活動(dòng)，采用爆破、土石開(kāi)挖等方法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)港口、河道等特點(diǎn)進(jìn)行改擴(kuò)建，實(shí)現(xiàn)疏通。疏浚作業(yè)用大型機(jī)械完成，自動(dòng)化特征突出，效率較高，例如，采用的疏浚設(shè)備具有定位精準(zhǔn)、耙吸頭運(yùn)行效率高等特點(diǎn)。對(duì)于水域環(huán)境復(fù)雜的工程場(chǎng)景，可以合理應(yīng)用大艙容耙吸頭挖泥船或其他的設(shè)備，經(jīng)過(guò)資源的合理調(diào)度和施工人員的規(guī)范操作后，有效疏浚。同時(shí)，水域作業(yè)環(huán)境具有多變性，因此疏浚作業(yè)也面臨著諸多挑戰(zhàn)。

1.2 吹填施工

吹填環(huán)節(jié)，從水下挖砂土，通過(guò)排泥管線、泥泵等裝置的共同應(yīng)用，將開(kāi)挖產(chǎn)生的砂土傳輸至地面，用于填平指定的地點(diǎn)。以河道疏浚工程為例，能夠充分發(fā)揮出疏浚土的利用價(jià)值，將其用于修復(fù)堤防或其他的工程中。從水底取出的土料缺乏足夠的密實(shí)性，需排除內(nèi)部的空氣和水分，保證吹填部位穩(wěn)定可靠。

2.工程概況

本工程重點(diǎn)施工內(nèi)容包含基槽開(kāi)挖、港池航道疏浚吹填以及舊防波堤的拆除。根據(jù)工程設(shè)計(jì)，港池航道深度-9.5m，碼頭基槽開(kāi)挖深度-11.5m，護(hù)岸基槽開(kāi)挖深度-12.5m，新建防波堤堤頭基槽開(kāi)挖深度-14.0m。疏浚工程量約為196萬(wàn)m。

3.吹填方案

吹填區(qū)長(zhǎng)490m、寬405m，吹填設(shè)計(jì)標(biāo)高+4.0m，吹填區(qū)可納土方量為71萬(wàn)m。吹填作業(yè)設(shè)備方面，適配絞吸船，此設(shè)備直接吹填土方量196萬(wàn)m，根據(jù)工程土方輸運(yùn)情況可知，南北護(hù)岸填筑區(qū)倒運(yùn)土方量為56萬(wàn)m，疏浚土難以完全存放至吹填區(qū)，為解決該問(wèn)題，將臨時(shí)圍堰外側(cè)平移70m。

吹填作業(yè)分A、B兩區(qū)，面積分別為14.6萬(wàn)m、15.8萬(wàn)m，A、B區(qū)可容納泥土方量分別為51.3萬(wàn)m、55.7萬(wàn)m，以分區(qū)的方式完成吹填作業(yè)。吹填中間設(shè)臨時(shí)隔堰，起到分隔的作用，避免吹填水進(jìn)入取料區(qū)。吹填時(shí)，A、B兩區(qū)交替進(jìn)行，合理調(diào)度自卸車，以便取土倒運(yùn)。根據(jù)吹填進(jìn)度，及時(shí)用挖掘機(jī)勾填隔堰。

吹填區(qū)西側(cè)路面標(biāo)高+2.5m，南側(cè)分布建筑物，有必要增設(shè)臨時(shí)圍堰。

臨時(shí)圍堰結(jié)構(gòu)形式一如圖1 所示。設(shè)計(jì)填筑標(biāo)高+4.5m，單層至頂進(jìn)行填筑。臨時(shí)圍堰頂寬10m，兩側(cè)邊坡坡比為1∶1，內(nèi)側(cè)用土工布包裹，每段土工布均為6m，搭接量取1m，土工布一端設(shè)在底腳線內(nèi)側(cè)，待填筑標(biāo)高達(dá)到+4.5m時(shí)，安排路面整平；隨后，拉起設(shè)置在吹填區(qū)側(cè)的土工布做有效的搭接，保證穩(wěn)定性。吹填區(qū)側(cè)遭到明顯的沖刷，完整性和穩(wěn)定性不足，設(shè)單幅寬度為6m的400g/m機(jī)織土工布，搭接長(zhǎng)度1m，土工布設(shè)置到位后，于頂面用砂袋穩(wěn)定壓緊，維持土工布的穩(wěn)定性。

圖1 臨時(shí)圍堰斷面圖（結(jié)構(gòu)形式一）

臨時(shí)圍堰結(jié)構(gòu)形式二如圖2 所示。吹填區(qū)北側(cè)臨時(shí)圍堰，總填筑厚度4m，均勻分為4層，單層厚度為1m。第一層為外運(yùn)砂石料，其他各層均將吹填料用于堤心填筑，吹填的砂巖利用挖掘機(jī)轉(zhuǎn)至下層臨時(shí)圍堰上部，用土工布做全面的包裹。根據(jù)各區(qū)域的實(shí)際條件選擇合適的包裹材料，其中迎海浪面采用400g/m機(jī)織土工布?？紤]到吹填區(qū)遭到?jīng)_刷的現(xiàn)狀，將該處的材料調(diào)整為400g/m機(jī)織土工布。土工布分幅設(shè)置，每幅寬度均為6m，搭接量取1m。為保證土工布的穩(wěn)定性，分別在每層頂面的搭接部位設(shè)袋裝砂。

圖2 臨時(shí)圍堰斷面圖（結(jié)構(gòu)形式二）（單位：mm）

4.疏浚吹填施工技術(shù)

4.1 施工設(shè)備的選取

吹填設(shè)備采用絞吸船，其生產(chǎn)率由于泥泵特性、土質(zhì)、管路特性等方面的差異而有所變化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察資料，吹填土為原狀土，綜合考慮到泥泵的特性曲線，按如下方法計(jì)算施工生產(chǎn)率：

式中：W 為施工生產(chǎn)率（m/h）；Q為泥泵管路流量（m/h）；r為泥漿平均濃度。

綜合考慮船舶運(yùn)行狀態(tài)、排泥管線的長(zhǎng)度等因素，24寸的絞吸船泥泵流量為1000m/h，平均濃度30%，按此基礎(chǔ)參數(shù)計(jì)算后，可知生產(chǎn)率為300m/h。根據(jù)絞吸船的理論生產(chǎn)能力，每月施工效率達(dá)到30.16萬(wàn)m，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間約為4.5個(gè)月，能夠滿足工程8個(gè)月的工期要求。若妥善規(guī)劃、規(guī)范施工，還將提前完成工程任務(wù)。

4.2 吹填管線及出水口的布設(shè)

（1）管線的組裝。排砂管線采用φ600mm鋼管，長(zhǎng)度6m，用法蘭螺栓連接。管道連接部位可能由于緊密性不足而漏水，因此采用法蘭閥結(jié)合橡膠墊做密封處理。陸上和水上浮管兩部分，均選用的是壁厚為12mm的管材。

（2）管線的安裝。排水管的重要組成部分為水下管、水上管及陸地管，按照“一節(jié)鋼管+一節(jié)膠管”的方式架設(shè)水上管線，并與水下管線保持連接。水下管線的設(shè)置采取的是“三節(jié)鋼管+一節(jié)膠管”的方法，和陸地管線接頭保持連接。陸地部分，將陸地管線架設(shè)至吹填區(qū)?？紤]到管線連接緊密性和順暢性的要求，在水陸接頭架設(shè)時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形、地勢(shì)適配合適規(guī)格的角度彎頭，順應(yīng)地形、地勢(shì)，順利將管線架設(shè)到位。

4.3 施工技術(shù)控制

4.3.1 基槽的開(kāi)挖

分層、分階梯有序開(kāi)挖基槽，精準(zhǔn)控制開(kāi)挖進(jìn)尺量，避免欠挖、超挖?；坶_(kāi)挖設(shè)備采用的是挖泥船，由專員用駕駛臺(tái)精準(zhǔn)操作，控制航跡，沿著規(guī)劃好的路線精準(zhǔn)開(kāi)挖。疏浚區(qū)域內(nèi)，每船次結(jié)束后，隨即進(jìn)行多波束測(cè)量，測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)的水深，掌握實(shí)際施工情況。部分區(qū)域最大厚度達(dá)到4m，分層有序開(kāi)挖，嚴(yán)格控制每層以及總體開(kāi)挖標(biāo)高。邊坡處采取階梯開(kāi)挖的方法，高差以50～100cm以內(nèi)為宜。耙吸船運(yùn)行過(guò)程中，用溢流系統(tǒng)將存在于泥艙內(nèi)的多余水排出，裝艙時(shí)間控制在1～2h。針對(duì)局部開(kāi)挖出的不合格材料，由施工船舶將其裝載至指定的拋泥區(qū)，將該部分材料卸載至此區(qū)域。

4.3.2 直拋

拋砂需具有平整性，以便后續(xù)精細(xì)處理，使成型吹填區(qū)的平整度達(dá)到要求。拋砂前應(yīng)規(guī)劃吹填區(qū)，在本工程中，綜合考慮到現(xiàn)場(chǎng)船舶的尺寸和水深，進(jìn)行尺寸為25m×50m的方格劃分，進(jìn)而向指定細(xì)分區(qū)域內(nèi)拋砂。經(jīng)過(guò)拋填區(qū)規(guī)劃后，根據(jù)規(guī)劃信息繪制圖形，將此類信息輸入至耙吸船操作系統(tǒng)內(nèi)。根據(jù)拋砂距離、吹填砂性能等特點(diǎn)，合理規(guī)劃拋砂航線，動(dòng)態(tài)控制船舶運(yùn)行參數(shù)，例如航行速度、泥門(mén)開(kāi)度，確保經(jīng)過(guò)施工后拋砂有足夠的平整性。船舶平穩(wěn)航行至拋填區(qū)后，調(diào)節(jié)泥門(mén)開(kāi)度，將回填砂拋在深水區(qū)。隨著拋填量的增加，船舶裝載物減少，吃水深度減小，將剩余回填砂傾倒至淺水區(qū)，關(guān)閉泥門(mén)，繼續(xù)取砂并重復(fù)上述的動(dòng)作。施工全流程中，各項(xiàng)傾倒位置均要得到完整的記錄，并將其對(duì)應(yīng)至航行圖上，做相應(yīng)的標(biāo)記?；靥钜欢螘r(shí)間后測(cè)量水深，全面檢查回填施工效果。若回填砂有擴(kuò)散的跡象或是施工現(xiàn)場(chǎng)的水深有所變化，均要及時(shí)調(diào)整作業(yè)計(jì)劃，以便后續(xù)回填的順利進(jìn)行。

4.3.3 虹吹作業(yè)

耙吸船取砂并且航行到指定作業(yè)區(qū)域后，以高壓沖水的方法稀釋艙內(nèi)砂，產(chǎn)生混合物后由泥泵將其吸出，經(jīng)由管道傳輸至船頭的虹噴口，以便虹噴。為保證虹吹作業(yè)的有效性，需調(diào)節(jié)好船舶的姿態(tài)，嚴(yán)格控制虹噴口徑、濃度等關(guān)鍵的參數(shù)，以便將混合物精準(zhǔn)噴至指定位置。施工前，根據(jù)虹吹作業(yè)要求進(jìn)行標(biāo)高的測(cè)量放樣，每完成一次虹吹后，隨即檢查堆積的高度，判斷其是否達(dá)到標(biāo)高要求，同時(shí)檢測(cè)平整度，根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果對(duì)虹吹作業(yè)方式做合理的調(diào)節(jié)。噴落點(diǎn)存在偏差時(shí)，可以采取進(jìn)車、側(cè)推等方法予以調(diào)整。虹吹的是中細(xì)砂，此類材料的流動(dòng)性較強(qiáng)，因此需要開(kāi)挖導(dǎo)流溝，插放標(biāo)桿，以便在虹吹過(guò)程中觀察作業(yè)情況。不僅于此，還有必要砌筑擋流壩，確保虹吹后的泥沙可存留在岸側(cè)。

4.3.4 艏吹作業(yè)

于船艏上對(duì)接管線，建立起完整、嚴(yán)密的管路，啟用砂泵，將艙內(nèi)砂吸出，進(jìn)而聯(lián)合應(yīng)用水上浮管和陸地管線輸送，將砂轉(zhuǎn)至指定的區(qū)域。局部吹填區(qū)域除了采取疏浚土作業(yè)的方法外，還需艏吹，以便減小泥沙的流失率，保證泥沙得到有效的應(yīng)用。此外，需適當(dāng)增加溢流高度，此舉在抑制泥沙擴(kuò)散方面也具有突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。部分區(qū)域的作業(yè)頻率較高，為了順利推進(jìn)作業(yè)進(jìn)程，于陸地架設(shè)三通管線，聯(lián)合應(yīng)用2～3支管線，有效吹填。施工人員加強(qiáng)對(duì)各處管線的檢查，根據(jù)流量、流速判斷是否有局部破裂、堵塞等異常狀況，若確實(shí)存在則及時(shí)檢查管線，鎖定故障的發(fā)生部位，識(shí)別原因，采取處理措施。施工時(shí)需設(shè)置標(biāo)示桿，以此為參照基準(zhǔn)，有效控制標(biāo)高。針對(duì)局部超高的區(qū)域，可及時(shí)安排整平，直至實(shí)測(cè)標(biāo)高與設(shè)計(jì)要求一致為止。管頭部位是標(biāo)高超高的高發(fā)區(qū)域，因此需要適當(dāng)加長(zhǎng)管線、及時(shí)更換吹填管頭，并加強(qiáng)對(duì)該部分的整平處理。

4.3.5 回填整平

臨時(shí)道路采用堤心石和回填砂，回填過(guò)程中，聯(lián)合應(yīng)用耙吸船和小型絞吸接管，以便順利完成虹吹作業(yè)，這期間加強(qiáng)對(duì)回填標(biāo)高的檢測(cè)，待結(jié)果顯示砂回填至+3.0m標(biāo)高時(shí)可結(jié)束?；靥顗|層碎石，形成臨時(shí)道路，供現(xiàn)場(chǎng)施工使用。已形成陸域部位的實(shí)際標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，按照60m×30m的尺寸進(jìn)行格網(wǎng)劃分，分別計(jì)算各個(gè)區(qū)域的方量。為保證場(chǎng)地的平整性，用推土機(jī)做整平處理，并測(cè)量放樣、設(shè)置標(biāo)桿，作為參照基準(zhǔn)，以便有效控制場(chǎng)地的標(biāo)高和平整度。

5.疏浚吹填的控制措施

5.1 疏浚質(zhì)量控制

各船舶均適配全球GPS定位系統(tǒng)和疏浚施工軟件，結(jié)合工程要求，分區(qū)、分段、分層有序施工。邊坡開(kāi)挖環(huán)節(jié)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)坡度要求進(jìn)行放坡，控制開(kāi)挖量，避免超挖、欠挖。在項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)適配自動(dòng)潮位遙報(bào)儀和水尺，隨著施工的持續(xù)進(jìn)行，每10min安排一次驗(yàn)潮，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果靈活調(diào)整疏浚船的水深，使疏浚船平穩(wěn)作業(yè)。疏浚期間，每周檢測(cè)一次水深，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況采取合適的疏?？刂拼胧?，有效保證疏浚效果。

5.2 吹填質(zhì)量控制

吹填環(huán)節(jié)采用到岔管和三通管，用于精準(zhǔn)控制吹填標(biāo)高，必要時(shí)根據(jù)實(shí)際吹填情況適當(dāng)接管。局部偏高或產(chǎn)生低洼區(qū)域時(shí)，用推土機(jī)推平，保證吹填部位的平整性，避免由于回水而導(dǎo)致細(xì)顆粒發(fā)生明顯的沉降。

5.3 含泥量的控制

以鋼制箱體為主體結(jié)構(gòu)，適配木質(zhì)閘板和排水管，共同構(gòu)成單座箱式水門(mén)，箱頂標(biāo)高可略超過(guò)吹填標(biāo)高0.5m。隨著吹填標(biāo)高的逐步增加，根據(jù)實(shí)際標(biāo)高適當(dāng)調(diào)整箱體前面木質(zhì)閘板的高度，確保吹填全過(guò)程中該裝置均高出吹填泥面0.2m。通過(guò)水門(mén)箱的設(shè)置，可確保在高潮位時(shí)不發(fā)生海水倒灌的情況，同時(shí)也有利于在低潮時(shí)更有效地控制溢流速度，以免溢流水中渾濁度和含泥量異常增高（此時(shí)一方面將加大流失量，另一方面會(huì)污染現(xiàn)場(chǎng)水域環(huán)境）。

5.4 吹填料的檢測(cè)

疏浚料吹填后，無(wú)酸性土風(fēng)險(xiǎn)。取樣檢測(cè)結(jié)果顯示，沉淀物的細(xì)顆粒含量為0.1～5%，少部分超過(guò)5%，但均控制在15%以內(nèi)，達(dá)到工程預(yù)期要求。由此表明，本工程的疏浚吹填施工效果良好，采取的疏浚吹填施工方法具有可行性。

6.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大型港口疏浚吹填質(zhì)量要求高、作業(yè)難度大，施工單位必須遵循因地制宜的原則，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)水文、氣候等基礎(chǔ)條件，合理規(guī)劃疏浚吹填施工方案，依托優(yōu)質(zhì)的機(jī)械設(shè)備和高素質(zhì)的施工人員，有序?qū)⑹杩４堤罟ぷ髀鋵?shí)到位，有效保證疏浚吹填施工效果。