淺析重力式碼頭深基槽回淤監(jiān)測措施及清淤方法

董帥帥

（中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510220）

1 深基槽概況

阿比讓港口擴建項目集裝箱碼頭主體工程按滿足第五代集裝箱船靠泊的需求進行建造，為重力式沉箱碼頭，碼頭主體結(jié)構(gòu)設(shè)計水深-18.5m，碼頭平面高程為+3.5m。深基槽主要分布在集裝箱碼頭，開挖底標高自北向南依次有：-18.0m、-22.5m、-26m、-32m、-25m、-36m、-31.5m、-27m、-35m、-31m、-34m、-38m、-39m、-33m、-34m 等15 種底標高，沉箱碼頭深基槽最深處，疏浚設(shè)計標高為-39m。

沉箱碼頭深基槽所在位置的土質(zhì)條件較為復雜，土質(zhì)包含淤泥、細砂-粗砂、粘土，局部區(qū)域存在腐木層夾層，為了保證沉箱的沉降及不均勻沉降滿足設(shè)計要求，須將軟弱粘土層和腐木層挖除并進行換填砂施工。

2 回淤物監(jiān)測難點分析

由于基槽開挖標高較深，采用分段、分層開挖施工方法，邊坡按照“上欠下超、超欠平衡”的原則開挖成階梯形狀；基槽周圍區(qū)域上層土質(zhì)基本為淤泥，深基槽開挖過程中周圍淤泥會流動，清淤施工完成后泥水渾濁物逐漸沉降至基槽底部，很容易在深基槽槽底面造成回淤物沉積。根據(jù)設(shè)計要求，換填砂料前槽底淤泥厚度小于10cm，否則須進行清淤施工，以保障后期沉箱安裝質(zhì)量。

目前監(jiān)測槽底淤泥厚度的方法主要有高差法、取樣測密度法、密度剖面圖法、取樣測厚度法等四種，第一種方法無論是單頻單波束測深儀還是雙頻單波束測深儀，儀器本身精度誤差可能會達到10～20cm，無法滿足規(guī)范要求和設(shè)計要求；后三種方法都是采取“以點代面”的方式進行基槽底回淤物厚度監(jiān)測，現(xiàn)場操作成本大、效率低，不能直接在現(xiàn)場得到結(jié)果，需室內(nèi)人工實驗確定，結(jié)果確定耗時長。因此，準確地、直觀地、快速地、經(jīng)濟地監(jiān)測深基槽底部的回淤物厚度是深基槽施工過程中的一大難點。

3 回淤監(jiān)測施工

3.1 方案確定

取樣測密度法、密度剖面圖法、取樣測厚度法等方法具有一定局限性，淤泥回淤物檢測效率低、成本高；高差法采用單頻單波束或雙頻單波束測深儀時儀器自身精度偏差較大，不能滿足施工要求。

鑒于此，為實現(xiàn)快速、全面監(jiān)測深基槽底回淤情況，經(jīng)研究決定擬采用“多波束測深儀測量深度+回淤物探摸取樣校核”方法來檢測本深基槽回淤物厚度，詳細步驟如下：

第一步：深基槽分段分層開挖至設(shè)計標高后，立即利用多波束測深儀測量水深，獲取初始深基槽斷面；

第二步：在深基槽進行換填砂施工或者塊石回填施工前，再次利用多波束測深儀測量水深，再次獲取深基漕斷面；

第三步：計算兩次獲取的基槽斷面的高程差，即為深基槽槽底淤積物的厚度。

第四步：利用PVC 管自制淤積物取樣管，潛水隊員攜帶取樣管潛入深基槽底進行淤積物取樣，然后用鋼尺量取管內(nèi)淤積物長度，以此直觀驗證淤積物厚度。

3.2 方案實施

結(jié)合現(xiàn)場施工進展，選擇集裝箱碼頭深基槽六區(qū)作為典型試驗區(qū)域，該段深基槽底標高-32.0m，基槽底土質(zhì)為砂。通過對該段深基槽進行淤泥回淤厚度檢測來驗證“多波束測深儀測量深度+回淤物探摸取樣校核”方法的可行性和實用性，積累經(jīng)驗，再進行后續(xù)基槽回淤物厚度監(jiān)測，保障基槽整體順利實施。

2017 年8 月27 日，典型試驗區(qū)域基槽開挖完成后，項目部立即聯(lián)合項目咨詢工程師采用多波束測深儀進行聯(lián)合驗收，測深結(jié)果顯示標高符合設(shè)計要求，驗收通過，以本次聯(lián)合驗收測量數(shù)據(jù)作為回淤觀測的初次監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制初始基槽斷面。9 月2 日，項目部對典型試驗區(qū)域進行換填砂施工前的水深測量，采用同一套多波束測深儀，則以該次水深數(shù)據(jù)作為回淤觀測的后一期監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制二次基槽斷面。經(jīng)比對前后兩次測量數(shù)據(jù)繪制的基槽斷面，整個典型試驗區(qū)域的回淤厚度都在10cm 內(nèi)，滿足設(shè)計要求。典型試驗區(qū)域的回淤物層厚情況見圖1：

圖1 典型試驗區(qū)域淤積物層厚斷面圖

9 月2 日，在多波束水深測量完畢后，項目部隨后安排專業(yè)潛水團隊潛入典型試驗區(qū)域基槽底部，使用自制的PVC 取樣管，對槽底淤積物進行探摸取樣，據(jù)此來驗證說明槽底淤積物厚度。取樣點位均勻遍布整個典型試驗區(qū)域，取樣時由技術(shù)員手持DGPS-RTK 設(shè)備水上隨船定位取樣點和指揮潛水員。潛水員取樣完畢后，切割取樣管，測量并記錄管內(nèi)淤積物長度，分別為5cm、7cm、8cm、6cm、8m，取樣管內(nèi)的淤積物厚度亦滿足設(shè)計要求。潛水員下水探摸取樣工作情況見圖2。

圖2 潛水隊員下水探摸取樣工作圖

3.3 效果分析總結(jié)

典型試驗區(qū)域的淤積物厚度監(jiān)測結(jié)果證明，采取“多波束儀器測量深度+淤積物探摸取樣校核”方法進行深基槽槽底回淤厚度監(jiān)測是可行的，該方法能夠直觀且全面地了解整個基槽的回淤情況，能夠快速地、經(jīng)濟地監(jiān)測基槽底的回淤狀況。但是由于介質(zhì)密度不同，聲波反射面介質(zhì)密度小于淤泥介質(zhì)密度，致使多波束測深技術(shù)測量出來的回淤厚度比實際取樣結(jié)果偏大。即便如此，采取多波束測深技術(shù)并輔以槽底回淤物探摸取樣校核的方法，能夠全面地、高效地完成基槽淤泥厚度監(jiān)測工作。

4 清淤施工方法

沉箱碼頭基床上部的淤泥會減弱沉箱墻身與基床之間的摩擦力，基槽槽底淤泥回淤厚度不滿足設(shè)計要求時需進行清淤施工，以滿足有關(guān)規(guī)范要求，保障碼頭結(jié)構(gòu)安全。由于深基槽的特殊性，很容易產(chǎn)生回淤現(xiàn)象，且淤泥殘留厚度的要求一般比較高，因此，清淤施工是深基槽施工中比較常見的必要工作。

深基槽槽底的回淤物主要是因為基槽開挖時泥水渾濁物的沉降落淤或基槽開挖過程中周圍的淤泥覆蓋層受擾動后在風浪、水流作用下流入槽底或基槽邊坡因不穩(wěn)定而坍塌后淤泥流入槽底等。因此，槽底的回淤物主要是浮泥、流泥和淤泥等，具有塑性指數(shù)低、流動性大、不易被抓取等特點。

4.1 設(shè)備選型

結(jié)合實際情況，施工現(xiàn)場可快速投入使用的清淤設(shè)備有抓斗式挖泥船、絞吸式挖泥船和射吸式抽砂船。經(jīng)比選、分析，最終確定使用絞吸式挖泥船進行深基槽底部的清淤施工，原因如下：

（1）射吸式抽砂船工藝原理為水力沖挖，施工時一個點一個點施工，無法在平面上均勻擺動，不能確保槽底淤泥清除干凈。且抽砂船施工效率較低，清淤施工耗時較長，影響施工進度，不能滿足工期進度要求。

（2）抓斗式挖泥船適合抓取塑性指數(shù)較高的淤泥、淤泥質(zhì)土，塑性指數(shù)較低的浮泥、流泥、淤泥則抓取不上來。根據(jù)基槽槽底回淤產(chǎn)生原因，回淤物主要為塑性指數(shù)低的浮泥、流泥、淤泥等，流動性較大，抓斗入水后槽底回淤物易在水流作用下向兩邊散開，待抓斗提出水面后又再次回攏，導致施工效率低，且很容易造成淺點，出現(xiàn)反復掃淺的情況，不能滿足施工質(zhì)量和工期進度要求。

（3）絞吸式挖泥船進行基槽底清淤施工的優(yōu)勢體現(xiàn)在三方面：第一，絞吸式挖泥船適宜于開挖砂質(zhì)土、流泥、淤泥質(zhì)土等土質(zhì)，即便在絞刀頭不轉(zhuǎn)動的情況下，在距離槽底泥面一定范圍內(nèi)，能通過泥泵轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的真空吸力吸取塑性較低的浮泥、流泥、淤泥等土質(zhì)；第二，絞吸式挖泥船采用鋼樁臺車橫挖法進行分段開挖施工，在平面位置上能實現(xiàn)清淤區(qū)域全覆蓋，不存在漏挖現(xiàn)象，能保證槽底清淤施工質(zhì)量；第三，絞吸式挖泥船集挖泥、輸泥和排泥于一體，施工生產(chǎn)效率較高，清淤施工耗時短，能滿足施工質(zhì)量要求和工期進度需求。

4.2 施工工藝

絞吸式挖泥船清除基槽槽底回淤物采用特殊施工工藝——吸淤工藝，即絞吸式挖泥船在清淤作業(yè)時，挖泥操作人員控制絞刀橋架入水后，啟動泥泵，不開動絞刀，隨后繼續(xù)下放絞刀橋架至既定挖泥深度，通過絞刀橋架控制絞刀頭左右均勻擺動，利用船舶真空泵轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的真空吸力吸取基槽底部流泥、淤泥，再由船舶輸出泵通過船艉輸泥管線將泥水混合物排放至指定區(qū)域，從而達到清淤施工目的。

4.3 方案實施

2018 年9 月份，深基槽二區(qū)出現(xiàn)回淤，經(jīng)潛水員水下探摸和取樣，回淤物主要是浮泥、流泥和塑性低的淤泥。隨后立即協(xié)調(diào)、組織絞吸挖泥船移船就位至深基槽二區(qū)回淤區(qū)域進行清淤施工。船位展布完畢后下放絞刀頭，為了保證不對基槽槽底產(chǎn)生較大擾動影響，控制絞刀頭下放深度距基槽槽底的距離為1.5m。由于深基槽二區(qū)回淤前標高分別為-22.5m、-24.5m，因此，絞刀頭下放控制深度分別為-21.0m、-23.0m。絞吸挖泥船吸淤施工作業(yè)過程中，不開動絞刀頭，僅左右勻速擺動絞刀頭，通過真空泵轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的巨大吸力吸取流泥、淤泥，經(jīng)提前敷設(shè)好的輸泥管線排放至指定區(qū)域。

經(jīng)過兩天的吸淤施工作業(yè)，絞吸式挖泥船完成深基槽二區(qū)槽底清淤工作。吸淤作業(yè)結(jié)束后立即組織進行多波束掃海，測量結(jié)果顯示深基槽二區(qū)全部區(qū)域水深達到回淤前標高（吸淤后基槽二區(qū)水深見下圖3）。后經(jīng)過潛水員水下探摸和取樣，結(jié)果顯示槽底淤泥厚度滿足設(shè)計要求，也側(cè)面驗證了絞吸式挖泥船吸淤施工效果較好，施工質(zhì)量滿足要求。

圖3 吸淤后深基槽二區(qū)水深圖

4.4 效果分析總結(jié)

當深基槽槽底為塑性指數(shù)低的流泥、淤泥時，利用絞吸式挖泥船采用特殊施工工藝——吸淤，即僅擺動而不轉(zhuǎn)動絞刀頭，進行深基漕槽底回淤物清除施工能夠取得較好的施工效果，清淤質(zhì)量能夠滿足要求。絞吸式挖泥船吸淤施工過程中，為避免對槽底產(chǎn)生較大擾動影響，應(yīng)合理設(shè)置絞刀頭距離基槽槽底距離，嚴格控制絞刀頭下放深度。吸淤施工完畢后及時開展多波束水深測量，分析吸淤施工效果，針對存在的淺點區(qū)域，及時組織絞吸式挖泥船進行復吸、掃淺施工。總之，對于流泥、淤泥等回淤物，絞吸式挖泥船采用吸淤施工工藝能夠高效、快速、高質(zhì)量完成清理工作。

5 結(jié)束語

科特迪瓦阿比讓港沉箱碼頭深基槽施工過程中，針對深基槽底部回淤物厚度監(jiān)測難點，采取“多波束測深儀測量深度+回淤物探摸取樣校核”的方法能夠直觀地、快速地反映槽底淤泥回淤情況，不僅滿足了項目技術(shù)規(guī)范對槽底淤積物層厚監(jiān)測的要求，而且充分發(fā)揮了現(xiàn)場人力物力，實現(xiàn)了降本增效。當槽底回淤物厚度超出設(shè)計要求，回淤物為塑性指數(shù)低的流泥、淤泥時，利用絞吸式挖泥船采取吸淤這一特殊施工工藝能夠清除回淤物，清淤效果較好，施工效率高，所需工期短，能夠保障施工質(zhì)量和工期進度。