疏浚吹填施工技術(shù)在港口地基工程中的應(yīng)用

◎丁群 浙江省海港投資運(yùn)營(yíng)集團(tuán)有限公司

1.港口疏浚吹填概念

疏浚吹填屬大建筑領(lǐng)域，該項(xiàng)作業(yè)施工簡(jiǎn)單而言就是應(yīng)用水力或機(jī)械的方式，挖掘水下的土石方并同時(shí)進(jìn)行輸移處理的操作。從建設(shè)施工角度來(lái)講，疏浚吹填工藝是從前期河湖沿岸的土質(zhì)、水質(zhì)勘探，到中期的測(cè)量機(jī)械及設(shè)備的應(yīng)用、軟件分析，再到后期作業(yè)施工智慧場(chǎng)地的實(shí)施應(yīng)用，都是提高水域通航能力及城市生態(tài)建設(shè)實(shí)施的基礎(chǔ)和條件。隨著社會(huì)文明的發(fā)展與進(jìn)步，疏浚吹填工程作業(yè)對(duì)人們的生活環(huán)境改善以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著越來(lái)越顯著的提升作用。其中港口疏浚吹填作為我國(guó)建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)，起著不可或缺的龐大作用。所謂的港口疏浚是指海岸帶海岸修復(fù)、圍填海、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、深海養(yǎng)魚(yú)、動(dòng)植物在鹽堿地的成活，以及遠(yuǎn)海島礁建設(shè)、土石方施工、園林景觀綠化等內(nèi)容。

2.項(xiàng)目背景

此次疏浚吹填的作業(yè)區(qū)地處河海資源豐富的浙江省境內(nèi)，整體施工場(chǎng)地呈矩形圍設(shè)，分東西、南北兩片作業(yè)區(qū)，里程分別約長(zhǎng)2.6km及6.5km，作業(yè)面積可達(dá)13.15km。施工內(nèi)容涵蓋隔堤和吹填兩大項(xiàng)，其中吹填面積在7426.51萬(wàn)m左右。經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察結(jié)果可知，該區(qū)域內(nèi)的工況等級(jí)為3級(jí)，海內(nèi)土層多為黏土，淤泥質(zhì)量為土質(zhì)中的1等級(jí)。出于對(duì)項(xiàng)目自身?xiàng)l件的實(shí)際考慮，技術(shù)人員最終選定借助專(zhuān)業(yè)的絞吸船輔助施工，同時(shí)用直接吹填的方式將區(qū)域內(nèi)的淤泥推至港口新區(qū)的灘面范圍內(nèi)。

3.絞吸式挖泥船疏浚作業(yè)

3.1 工藝流程

作為專(zhuān)業(yè)的疏浚設(shè)備之一，絞吸挖泥船操作起來(lái)雖為簡(jiǎn)單，但必須具備一定的先后作業(yè)順序，如圖1所示。

圖1 絞吸船挖泥作業(yè)流程框圖

3.2 船舶定位

介于港口面積大、范圍廣的先天優(yōu)勢(shì)，疏浚吹填期間雖然利用專(zhuān)業(yè)的大型機(jī)械設(shè)備輔助施工，但船體的定位工作也最不應(yīng)該被忽視。為實(shí)現(xiàn)更有效的疏浚和吹填結(jié)果，在挖泥船開(kāi)展疏浚作業(yè)前期，要通過(guò)安裝專(zhuān)業(yè)的定位儀器來(lái)達(dá)到有效的船體定位，為后續(xù)的疏浚和吹填作業(yè)提供有利的范圍價(jià)值。此次在挖泥船上安裝的儀器設(shè)備配備有知名的DGPS定位系統(tǒng)，可根據(jù)疏浚的具體情況將海上的挖泥船予以精確的定位處理，所得專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)通過(guò)專(zhuān)用電臺(tái)傳輸至后臺(tái)，同時(shí)自動(dòng)生成專(zhuān)業(yè)性極強(qiáng)的圖稿文件，并在后臺(tái)及時(shí)地將數(shù)據(jù)予以分析和處理，給出最精確的參考數(shù)值，為挖泥船施工作業(yè)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，借助自身導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)良作用，將船體各部位功能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)連接，隨時(shí)建立清晰的水下三維效果電子圖稿，實(shí)現(xiàn)船舶定位的終極效果。

3.3 拋設(shè)橫移

拋設(shè)橫移操作期間，橫移的絞車(chē)將絞刀頭從一側(cè)移到一側(cè)，以鋼樁作為每個(gè)同心圓的圓心。雖然船體是靜止的，但相對(duì)于遠(yuǎn)離船頭方向移動(dòng)臺(tái)車(chē)會(huì)導(dǎo)致挖泥船前移，這稱(chēng)為“步進(jìn)”，由此操作實(shí)現(xiàn)面切割工序。待每臺(tái)車(chē)到達(dá)其位移最大位置時(shí)，隨即開(kāi)展自由落體操作，由此釋放輔助樁體落地，用于固定船體的位置，同時(shí)借用吊索裝置提升工作樁使其離地，隨后對(duì)于靠近船頭方向移動(dòng)臺(tái)車(chē)回到其位移最小位置，釋放工作樁，借助吊索裝置提升輔助樁就位，完成整個(gè)橫移的操作。圖2為絞吸船挖泥示意圖。

圖2 絞吸船挖泥示意圖

3.4 船舶分段作業(yè)

介于實(shí)際的挖槽長(zhǎng)度明顯超過(guò)設(shè)備船內(nèi)的管線長(zhǎng)度，為達(dá)到污染處理的綜合效果，在整個(gè)疏浚作業(yè)期間，工作人員選擇船只分段的形式逐一開(kāi)展相關(guān)工作。首先在挖槽的邊線方位，折線期間予以分段處理；其次出于對(duì)開(kāi)挖槽體尺寸和工期等因素的考慮，展開(kāi)分段作業(yè)；另外在實(shí)際的處理工藝方面，包括實(shí)際所得的數(shù)值及土層情況，予以分段、分層處理，并為降低對(duì)既有航線的運(yùn)營(yíng)影響，特殊情況下務(wù)必要采取暫避的方式分段開(kāi)展。

3.5 船舶分條作業(yè)

與分段作業(yè)類(lèi)似，因?yàn)閷?duì)本港口實(shí)際條件因素的考慮，挖泥船在具體開(kāi)展疏浚作業(yè)前，受水域深淺不一條件的制約，需在挖寬的最小和最大范圍內(nèi)，實(shí)行分條、分層及分刀和分厚度的實(shí)際操作。首先在操作時(shí)，可將疏浚區(qū)域分條處理，每條僅按80-100m的距離進(jìn)行相關(guān)疏浚作業(yè)；分層的時(shí)候可將厚度控制在2-4m之間，這樣操作非常適合絞刀頭的作業(yè)能力；且分刀的厚度也要控制在0.3-1.0m范圍內(nèi)，每層可按照2-4刀進(jìn)行操作。圖3為分層開(kāi)挖示意圖。

圖3 分層開(kāi)挖示意圖

3.6 邊坡作業(yè)

介于槽外的泥沙都具備一定的回淤作用，故而港口航道存在邊坡較淺的情況。針對(duì)此情況，在實(shí)際的邊坡處理作業(yè)期間，果斷地實(shí)行分道通航制度，遇頂流情況可緊貼一邊的海岸線，遇綠浮筒使其從偏下游位置平安通過(guò)，由此可解決錨鏈與浮筒相互纏繞的問(wèn)題，保證挖泥船正常作業(yè)的前提下，還可提升作業(yè)的整體效率，與此同時(shí)也可改善海面的風(fēng)流合力，為船舶提供有利的作業(yè)條件和環(huán)境。對(duì)于堤岸邊更為淺的邊坡位置，疏浚處理期間更要對(duì)實(shí)際操作的寬度、厚度予以嚴(yán)格控制，確保整個(gè)邊坡疏浚維護(hù)后的整潔、美觀和安全，降低二次維修的經(jīng)濟(jì)投入。

4.排泥管線施工

4.1 管線布設(shè)總原則

介于絞吸式的挖泥船工作原理為利用離心泵產(chǎn)生真空吸進(jìn)水下泥漿，從而進(jìn)入泵體，然后由其產(chǎn)生的排壓擠壓泥漿在排泥管中流動(dòng)，再通過(guò)輸泥管將浚挖泥土排至指定的吹填區(qū)。故而涉及到的排泥管線作業(yè)環(huán)節(jié)，也是此次施工中的重中之重。立足于項(xiàng)目的實(shí)際情況，工作人員最終以縮短作業(yè)排距為基礎(chǔ)設(shè)置原則，最大限度降低環(huán)境影響，科學(xué)合理設(shè)置浮管及岸管的排布工作。

4.2 浮管布設(shè)

（1）依據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)情況，工作人員搭設(shè)了適當(dāng)?shù)呐拍喙芗埽允古拍喙芫€通過(guò)支墩及管架翻越堤頂進(jìn)入吹填區(qū)。（2）同時(shí)沿用法蘭加膠墊圈的連接方式，螺栓加固環(huán)節(jié)特采用空壓機(jī)帶動(dòng)的風(fēng)動(dòng)扳手予以實(shí)際的加固處理，用以保證管線的連接密封性，確保管線不發(fā)生露泥等不良情況，隨之將管線用浮筒架起。（3）沿堤向排放區(qū)域延伸架設(shè)，架設(shè)中如遇道路可建筑坡道或破路下埋，以不礙道路暢通。與此同時(shí)繼續(xù)沿用法蘭加膠墊圈的連接方式，再次實(shí)現(xiàn)各管線的連接密封性。

4.3 灘涂管布設(shè)

首先要按設(shè)計(jì)圖稿要求，埋設(shè)一定的冷卻管和溫控管（即灘涂管），通過(guò)冷卻管可以有效地削減砼地早期溫峰，降低其內(nèi)部最高溫度，同時(shí)減少砼內(nèi)表溫差值，有效防止裂縫產(chǎn)生。在進(jìn)出口離頂面砼以下10cm位置，采用塑料管對(duì)接，且鋼管不得露出砼面，反之冷卻管在砼終凝后及時(shí)進(jìn)行壓水循環(huán)。冷卻管的通水時(shí)間要控制在7-10天以內(nèi)，必要時(shí)根據(jù)實(shí)際的港口測(cè)溫結(jié)果予以確定。在砼溫度測(cè)試期間，峰值以前每2h監(jiān)測(cè)一次為基準(zhǔn)，峰值以后每4h監(jiān)測(cè)一次，以此持續(xù)5天作業(yè)，然后轉(zhuǎn)入每天測(cè)2次的操作環(huán)節(jié)，直到溫度變化維持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，且每次檢測(cè)結(jié)束后及時(shí)填寫(xiě)測(cè)溫記錄表。等待冷卻水管通水全部結(jié)束以及最后的養(yǎng)生環(huán)節(jié)完成后，用水泥砂漿封堵冷卻管，以實(shí)現(xiàn)冷卻管的初期降溫結(jié)果。此項(xiàng)操作要求足額區(qū)域內(nèi)有專(zhuān)門(mén)的人員對(duì)其負(fù)責(zé)，選擇適宜的水泵設(shè)備，務(wù)必確保冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.4 岸管布設(shè)

此次岸管的布設(shè)工作在吹填區(qū)域內(nèi)逐一開(kāi)展，且一分為二的分時(shí)段進(jìn)行。介于排泥管的分頭設(shè)置原則，岸管的布置間隔距離定為200m，與此同時(shí)在此處設(shè)置一個(gè)專(zhuān)業(yè)的膠管設(shè)備，便于后續(xù)的拆裝操作。且為降低圍堤被沖刷毀壞的后果，在具體的岸管泥漿噴射期間，要與堤岸的坡面線保持30m以上的距離為最佳。

4.5 出泥口噴頭

為更好地達(dá)到疏浚和吹填的實(shí)際效果，在挖泥船作業(yè)前期，要裝好漏斗形的噴頭用于出泥的處理。遇近距離的堤岸范圍，要對(duì)噴頭做特殊處理，降低所噴泥沙對(duì)堤岸的直接沖刷，另外，實(shí)際的出泥噴頭形狀要以具體吹填堤岸的高度、寬窄及結(jié)構(gòu)來(lái)確定，常規(guī)狀況下以漏斗形為準(zhǔn)即可。

5.挖泥

此次挖泥作業(yè)使用的方式為橫挖法，且為對(duì)稱(chēng)方式同時(shí)開(kāi)挖。首先將挖槽線的中心點(diǎn)予以確立，隨后開(kāi)展第二步橫移中心的確立，然后通過(guò)船只內(nèi)部構(gòu)件絞刀架實(shí)現(xiàn)不同方位的擺動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)交替和收換的工作，并保持一定的連續(xù)性。在另外的鋼樁位置，開(kāi)展換樁和跨步的前行操作。需要注意的是，在整個(gè)挖泥期間，要隨時(shí)保證中心線的準(zhǔn)確程度，不可隨意扭擺找錯(cuò)方向，在設(shè)備破土而入時(shí)，借助真空泵實(shí)現(xiàn)抽砂的最終結(jié)果，最后按照2m厚度的層面實(shí)現(xiàn)分層、分段的吹填作業(yè)。

6.結(jié)語(yǔ)

介于疏浚工藝經(jīng)濟(jì)性好、處理徹底等優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外普遍采用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行港口及河道底泥的工程治理。如何提升和改善港口污染物的無(wú)害化及資源化，已成為業(yè)內(nèi)備受關(guān)注的議題。當(dāng)下，疏浚吹填工藝在農(nóng)田、林地、園林綠化及嚴(yán)重?cái)_動(dòng)的土地修復(fù)與重建等工程項(xiàng)目中應(yīng)用廣泛，該技術(shù)在作業(yè)過(guò)程中使底泥的有機(jī)部分轉(zhuǎn)化成土壤的改良劑，也是目前被認(rèn)為最具發(fā)展?jié)摿Φ馁Y源化利用方式手段之一，極具推廣價(jià)值。