板樁碼頭疏浚吹填施工質量控制

張吉軼，王軍偉

(中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510290)

板樁碼頭作為一種常用的碼頭結構形式，具有結構形式簡單、用料省、工程造價低、施工方便等優點，而且可以先打樁后對墻前泊位水域進行疏浚開挖，能大量減少挖填土方量。同時，板樁結構對復雜地質結構具有較強的適應性[1]。但是板樁材料易受海水腐蝕，耐久性較差，且薄壁結構的板樁抗彎能力有限，因此一般只在中小型碼頭中采用板樁結構。目前，關于板樁碼頭結構的研究主要涉及碼頭結構形式的設計與優化、板樁結構與地基的相互作用等[2]，而對于板樁碼頭疏浚吹填施工工藝的研究較少。以色列阿什杜德南部港項目板樁碼頭施工過程中，疏浚吹填施工與板樁碼頭施工緊密銜接，通過優化施工工序，采取多種質量控制措施，在滿足結構穩定性要求的同時，保證了疏浚吹填施工質量。

港池開挖前樁側土壓力基本保持不變，港池開挖后樁側土壓力分布急劇變化[3]，因此，板樁碼頭墻前區域疏浚及墻后回填施工有嚴格的工序順序要求。板樁碼頭的土方開挖是一個很重要的工序，若開挖順序安排得不好，極可能引起板樁墻前后的土壓力不平衡，從而引起板樁墻的位移甚至傾斜，因此，必須安排好挖泥順序[4]。錨桿未初張拉前進行回填施工時嚴格按照技術規格書的要求控制板樁兩側土體高差，錨桿終張拉完畢后再進行墻前水域疏浚，才能確保碼頭結構穩定。

1 土質情況

項目疏浚區域主要由密實粉細砂、流塑狀淤泥、粉質黏土及庫卡層組成，疏浚回填料以粉細砂為主。泊位水域疏浚開挖深度范圍內未遇到硬質庫卡層，但部分區段沉樁過程中遇到硬質庫卡層，加大了沉樁難度，由于未進行預鉆孔處理，造成沉樁完畢后部分區段AZ樁與H型樁之間的鎖扣存在大量鎖扣脫索情況。板樁碼頭作為一種組合式鋼板樁結構，鎖扣脫索的組合板樁泊位區域疏浚時，隱藏在泥面下的脫索縫隙隨著疏浚施工逐步暴露，板樁后方的細顆粒土從這些縫隙處流失，造成陸域地基沉陷，危及陸域構筑物[5]。

在粉細砂吹填過程中，細顆粒土流程長。在板樁碼頭吹填施工過程中，錨桿未張拉前須嚴格監測吹填粉細砂自然流淌邊坡，確保板樁、錨定樁兩側砂面高差滿足技術規格書的要求。

2 疏浚吹填施工質量要求

2.1 高差

為確保疏浚吹填過程中，在錨桿安裝之前，前排樁、錨樁、翼墻結構不會因兩側土壓力差別過大而產生變形、偏位，依據組合鋼板樁材料抗剪抗彎能力計算碼頭結構穩定性，針對前排樁、錨樁、翼墻結構疏浚回填分別提出如下高差要求:1)前排樁海側與陸側之間高差< 7.5 m；2)錨樁及翼墻兩側回填土高差< 3.0 m；3)錨桿初張拉后為確保錨桿始終處于張拉狀態，雙排樁之間回填土必須高于錨定墻后側回填土以確保錨桿不受壓。

2.2 吹填質量

2.2.1吹填砂質量

前排樁與錨樁之間的區域以及錨定墻后側區域采用水力回填時，吹填砂必須級配良好，粒徑小于75 μm的細顆粒含量< 10%。

2.2.2淤泥層厚度

吹填區域內每1 m厚度范圍內，淤泥層厚度不得超過25 cm。

2.3 泊位水域疏浚施工

錨桿未終張拉之前，墻前泊位水域不得開挖。其中泊位區域設計挖深-17.6 m，允許超深0.3 m，膜袋安裝前基床面須平整無淺點。膜袋混凝土末端壓腳溝槽底寬2 m，坡比1:2，設計挖深-19.7 m，允許超深0.6 m。泊位水域疏浚斷面見圖1。

圖1 泊位水域疏浚斷面

3 板樁碼頭吹填施工方法優化

板樁碼頭水力吹填施工順序為：水上施打前排樁→層厚為2 m的吹填施工→施打錨樁→下一層吹填施工，吹填厚度須滿足各板樁結構兩側壓高要求→錨桿安裝及初張拉→下一層吹填施工。但是，水上分層吹填施工難度大，往往需要鋪砂駁等專屬設備輔助施工，吹填管線移動頻繁且與水工結構存在較多施工干擾，施工效率低。依據項目特點及要求，優化方案為：水上施打前排樁，具備一定的圍閉條件后，在距離前排樁安全距離處平行于前排樁布設、延伸吹填管線，在滿足前排樁結構穩定(壓高< 7.5 m)的前提下，通過吹填砂自然流淌吹淺前排樁后側水域，錨樁沉樁作業區域回填至水面以上0.5 m，以陸地施打錨樁提高打樁效率。優化后的吹填施工方案無須再進行分層吹填，盡可能地減少了與水工結構之間的施工干擾，提高吹填施工效率。

4 質量控制措施

4.1 高差與吹填砂坡度監測

錨桿未安裝時，通過水坨及水深測量儀監測板樁兩側高差。由于當地潮差約為0.5 m，在錨桿安裝區域測量船無法正常行駛，高差監測較為困難，引進吃水僅為20 cm的無人測量船進行水深測量，達到監控板樁兩側高差及吹填砂流淌后形成的自然坡度的目的。

4.2 吹填時板樁兩側高差控制

4.2.1控制吹填管口距前排樁安全距離

吹填細砂在有風浪水域吹填施工中形成的坡度在1:15～1:30之間[6]，回填區實測坡度約1:20，以此確定吹填管口距離前排樁的安全距離。

在前排樁自然水深5～8 m的淺水區域，按照水陸兩側高差不超過7.5 m的要求，前排樁后側區域可以吹填至-1.0～2.0 m高程，將管口附近陸域吹填至2.0 m時，前排樁后側區域達到-1 m左右的極限高程，按照1:20的邊坡計算，吹填管口距離前排樁的安全距離約為60 m，在距離前排樁60～70 m處平行于前排樁布設吹填管線較為穩妥，前期通過耙吸式挖泥船直接在前排樁外側水域開展虹吹施工，逐步將前排樁后側吹淺后再接管進行吹填施工。

在前排樁自然水深8～10 m 、10～12 m的區域，按照上述方法計算吹填管口距離前排樁的安全距離，分別按照60～100 m、100～140 m的安全距離布設吹填管線，盡可能地在將距離前排樁50 m的錨樁作業區域吹淺的同時，確保前排樁的穩定，以減少錨樁區域陸地運輸車輛倒運砂料的工作量。板樁碼頭吹填施工斷面見圖2。

圖2 板樁碼頭吹填施工斷面(單位： m)

4.2.2抬高前排樁水域泥面高程

對于前排樁水域原始水深較深的12～14 m區域，須通過耙吸船進行拋砂作業，人為抬高施打區域泥面高程至-11～-10 m，以降低吹填管口距離前排樁的安全距離，盡可能將后側錨樁沉樁作業區域通過吹填施工吹淺，減少錨樁區域陸地運輸車輛倒運砂料工作量。人為抬高泥面高程后，在大風浪侵襲時，孤立的前排樁具有更好的穩定性。

4.3 土質檢測及清淤

4.3.1吹填前土質檢驗

在耙吸船裝艙過程中，需要在泥艙內加強取樣，通過激光粒度分析儀，快速檢測泥艙內土質含泥量，如果粒徑小于75 μm的細顆粒含量> 10%，則泥艙內的不合格吹填料拋填至傾廢區；若粒徑小于75 μm的細顆粒含量< 10%，則可吹填至回填區，做到事前有效控制，避免淤泥吹填上岸。

4.3.2吹填過程中淤泥監測

由于吹填施工過程中粒徑較小的細顆粒流程更遠，易在吹填砂流淌邊坡的坡腳部位聚集，因此在吹填施工過程中須加強監測。常用的淤泥監測方法有小型抓斗表層取樣和潛水員利用樣品管潛水取樣(圖3)。將該2種方法結合，實時監控回填區內淤泥的分布。

圖3 淤泥監測取樣

4.3.3回填區淤泥清理

前排樁未封閉前，吹填過程中部分細顆粒可以通過前排樁預留的通道排出回填區外；前排樁封閉后，對于層厚超過要求的淤泥，須及時用設備進行清理。對于板樁間及錨樁后側區域，錨桿安裝前可以通過容易起吊的小型絞吸船將板樁間或錨定墻后方聚集的淤泥進行清理；小型絞吸船無法清理的邊角部位，使用抽砂泵將聚集的淤泥排出回填區域。

4.4 泊位水域疏浚施工質量控制

受板樁碼頭結構穩定性要求制約，為避免海側砂料開挖卸載后板樁產生較大偏位，泊位水域疏浚施工必須在錨桿完成終張拉之后進行。泊位水域疏浚施工精度要求高，疏浚實施過程的主要難題包括：水深淺于耙吸船滿載吃水、易出現超挖、外伸胸墻底模支架干擾等。

4.4.1淺水區域開挖

項目使用的耙吸船滿載吃水7.2 m，空載吃水4.8 m。若采用常規耙吸船裝艙施工，在疏浚開挖過程中，水深5～7 m的淺水區域耙吸船裝艙施工將會擱淺。為避免調遣其他設備進行淺水區域開挖從而增加施工成本，對耙吸船泥泵和管路做適應性改造，并將耙頭更換成球形吸口，泥沙由吸口吸入后直接通過管路吹填上岸，而不再裝入耙吸船泥艙，耙吸船在施工過程中一直處于空載狀態，有效解決了淺水區域開挖難題。

4.4.2超深控制

膜袋平整區域允許超深僅30 cm。使用1艘4 500 m3的耙吸船進行泊位水域疏浚施工。開挖至-17.0 m后，耙吸船進行最下層精挖，須加強水深監測，耙吸船每裝艙一船進行一次多波速水深測量，并將測量結果及時反饋給施工船舶。由耙吸船對淺點區域進行開挖，須降低泥泵功率，盡可能避免超挖。在實際實施過程中，出現超深大于30 cm的區域不可避免。對于超過允許超深范圍的區域，在耙吸船施工電子底圖中加以標識，并計算超挖方量，耙吸船吹填施工時艙底預留相應方量的砂，航行至超挖區域時通過耙頭精準定位后，緩慢航行將艙底砂通過耙頭均勻反拋至超挖區域。

4.4.3平整度控制

耙吸船疏浚開挖平整度不易控制，容易出現壟溝[7]。為確保膜袋混凝土施工前基床平整度，由耙平設備對水下基床進行整平處理。通過DGPS結合Hypack軟件對耙平器進行平面定位，實時顯示耙平器平面位置，耙平器由拖輪或多功能船牽引拖帶進行水下基床整平，耙平器由絞車通過鋼絲繩控制下放深度。

4.4.4貼近板樁區域疏浚

泊位水域貼近板樁區域受限于胸墻底模外伸支架干擾，且船身須與碼頭岸線保持一定的安全距離以避免碰撞事故發生，近板樁區域有2～3 m范圍疏浚過程中耙頭無法有效覆蓋，最下層開挖時近板樁區域會有砂料附著在前排樁上難以清除。針對砂性土易被沖刷的特點，將耙吸船耙頭原有向下的高壓沖水改造為側沖水(圖4)，耙吸船保持安全距離平行于碼頭岸線緩慢航行，通過高壓橫向水流將附著在前排樁上的砂料沖離近板樁區域后，由耙吸船將沖離的砂料進行二次開挖，可解決貼近板樁區域疏浚施工難題。

圖4 耙吸船高壓沖水改為側沖水施工

5 結語

1)板樁碼頭疏浚吹填施工有嚴格的施工順序要求，應嚴格控制吹填管口距離前排樁的安全距離，并加強過程監控，合理抬高深水區域泥面高程，保障吹填施工既有效抬高錨樁沉樁區域砂面高程，又確保前排樁兩側土體高差滿足要求。

2)臨近板樁區域疏浚是板樁碼頭泊位水域疏浚過程中的重點和難點，粉細砂具有受水流沖刷后易剝離的特點，耙吸船高壓沖水改側沖水施工，船體與前排樁保持安全距離進行側沖施工，能有效解決臨近板樁區域疏浚開挖的難題。

3)耙吸船疏浚開挖后泥面平整度難以滿足膜袋混凝土對基床面的平整度要求，采用耙平器進行基床面整平，為膜袋鋪設提供平整的基床面。

4)經吹填施工方案優化并采取相應的質量控制措施，吹填施工在加快陸地施打錨樁進度的同時，滿足板樁結構穩定性要求，未出現板樁偏位、變形等質量事故。

5)采取多種措施監控淤泥聚集并及時清理，能清理大多數區域的淤泥，但聚集在結構角落的淤泥清理困難，須謹慎處理。