反鏟挖泥船結合機載液壓砂漿泵開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山一期陸域河道區布置于大小魚山南防波堤堤軸線以北60m寬度范圍內，全長約2800m，河道設計面寬為34～38m，底寬10m；主要建設內容包括河道范圍內清砂、吹填固化土、地基加固、河道開挖以及生態護坡建設。河道主要施工工序：河道區分段清砂→南堤內坡倒濾結構→河道范圍固化土吹填（+0.0m）→河道區地基加固（插板+堆載）→河道范圍二次固化土吹填（+2.5m）→堆載至設計標高→滿足堆載預壓卸載標準后開挖河道、施工護坡。河道施工第一道工序為清除設計清砂斷面內的泥沙和塊石，工程量約33萬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，清砂的施工質量將會對南堤閉氣及河道防滲產生較大的影響。面對復雜的施工環境，為了確保清砂質量，施工機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

根據鄰近岱山長期驗潮站實測潮位資料統計分析成果，該區域屬半日潮海區，潮位特征值如表1所示。

表1 潮位特征值

2.2 地質條件

（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，發育厚度一般為2.6～6.6m，該層屬于強透水層，為擬建河道的不良地基土層。（2）Ⅲ1-1灰色淤泥質粉質黏土（淤泥包）層。根據此次勘探揭露，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，為擬建場地不良地基土層。（3）拋填石層。根據收集到的資料，該層考慮為南側防波堤回填石料時散落而成，在擬建河道區局部分布。

2.3 施工工況

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

根據設計文件，部分清砂斷面下層存在南堤爆破過程中產生的成片塊石區域，石塊粒徑大小不一，水下地質情況較為復雜，尤其在樁號SK1+000～SK1+400段高層-1m以下位置存在大量石塊。

3 施工船機的選擇及參數

3.1 清砂施工機具選擇

根據現場實際工況，施工時不僅要清除上層泥沙，還要挖除下層塊石，這樣才能滿足設計要求。在工藝的選擇及設備選型上，常規小型絞吸船、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，但該船尺寸過大，吃水較深，不適合開挖邊坡，是否需要輔助駁船待定。面對此施工工況，項目部選擇采用反鏟式挖泥船配合機載液壓砂漿泵相組合的施工工藝。

3.2 設備參數

（1）反鏟式挖泥船。反鏟式挖泥船長24m、寬10m，船體吃水深度為0.6m，船首做下嵌設計處理，設計尺寸為長5m、寬3.5m、高0.7m，用于停放中大型挖掘機。（2）反鏟挖掘機。配置1臺日立ZX250H-3反鏟挖掘機，整機工作重量為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。挖機頭上可裝載1個機載液壓砂漿泵，可抽吸表層泥砂混合物，經管線輸送至指定區域；當清到下層石塊區時，挖機頭換裝反鏟挖斗，對石塊區域進行有序開挖。（3）機載液壓砂漿泵。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；電機速度為980～1180r/min，電機功率為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3根錨拉式定位樁，樁采用直徑為18cm的實心圓鋼，長度為9.5m，自重約2t，可以保證貫入塊石層，起到定位作用，起樁設備為承載拉力為5t的卷揚機。在樁的位置設置船中左右舷各1根，施工時同時起落，用于承受挖掘機在挖除塊石時的各向載力，保證船體穩定不發生位移。船尾設1根舷，在局部斷面施工達到設計指標后，以該樁為圓心，左右兩側以扇形位移船定位，有效工作斷面長度為16m。

4 清砂施工工藝

4.1 施工準備

（1）開工前對清砂作業班組做好技術交底，交底內容包括施工方法、施工要點及質量標準等。（2）施工前對河道底坡邊線測量放樣，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，以達到過濾格擋石塊的目的，防止石塊破壞絞刀片。準備就緒后進行扇形清砂作業，泥沙通過管線吹至泥庫，完成可挖斷面后按照清砂順序更換船位，施工中以100m為一個清砂周期。（2）當一個周期表層砂清完后，將機載液壓砂漿泵卸下，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清砂開始處，挖除下層石塊，挖出塊石堆放在河道邊坡，由陸上挖機裝車外運。在水下石塊挖除過程中，挖機最大挖深為6950mm，考慮漲落潮影響，高潮時清理上層石塊,低潮時清理下層石塊。（3）開挖完成后，由測量隊用測深桿或水砣進行現場檢測，檢測清砂斷面是否滿足設計要求，若滿足要求則移船至下個清砂工作面，若不滿足設計要求則退回重新開挖。上述三道工序即為一個清砂（清石）周期，一個周期結束后，合格即進行下一周期清砂（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收合格的回淤泥沙，確保固化土閉氣質量。

5 工藝特點

（1）施工效率。經現場測算，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。考慮挖機、船舶機械臺班費、人工費、材料費和機載液壓泵合理折舊費，估算清砂施工成本為11元/m3，清石施工成本為25元/m3。（3）適應工況。反鏟挖泥船船體較小，吊裝方便，靈活性高，適應在狹長河道進行水下清砂（清石）作業，特別適宜在開挖斷面既有泥沙又有塊石的河道施工。

6 結束語

反鏟式挖泥船與機載液壓砂漿泵相組合的施工工藝對該河道區施工工況有較強的適用性，液壓砂漿泵和挖機抓斗的靈活轉換能有效清除上層泥沙混合物及下層塊石。反鏟挖泥船結合機載液壓砂漿泵施工工藝既能清除表層泥沙也能開挖下層塊石，適宜在狹長河道進行開挖作業，避免了清砂、清石施工設備的更換，降低了施工成本，且施工效率較高，能滿足施工進度要求。