航道整治工程設(shè)計和施工方法研究

◎ 萬長征 江西省贛中航道事務(wù)中心

航運期間，科學整治航道能夠保證航運的安全性，推動航道穩(wěn)定運行，為經(jīng)濟發(fā)展創(chuàng)造有利條件。對此需要加強對航道整治工程的重視程度，做好工程設(shè)計工作，從工程實際情況出發(fā)，并注重施工質(zhì)量的控制，把握工程要點和難點，為工程穩(wěn)定進行奠定基礎(chǔ)。

1.航道整治工程施工特點

航道整治工程施工過程中，作業(yè)地點多位于水上，極易受到多種因素的影響，顯著增加整體作業(yè)難度，威脅作業(yè)人員的生命安全。開展此類工程主要為船舶航行創(chuàng)造有利條件，避免航行過程存在安全隱患，由于船舶噸位大小差異性明顯，要求施工階段全方位考慮，施工流程呈現(xiàn)復雜化特點，并且整體資金投入較多，如表1所示。根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，航道整治工程施工地點常常存在獨立礁石、狹窄航道、淺灘等，大幅度增加作業(yè)難度，水下開挖任務(wù)量繁重，極易出現(xiàn)延長作業(yè)時間現(xiàn)象。水下開挖作業(yè)條件較差，施工空間有限，技術(shù)人員難以靈活操控設(shè)備。不僅如此，航道整治施工受到天氣、季節(jié)等因素的影響，一旦出現(xiàn)水位上漲或下降情況，需要立刻停止施工，調(diào)整作業(yè)方案。

表1 某河道工程計量表格

2.航道整治工程應(yīng)遵循的原則

為了進一步提升航道整治工程效果，需要遵守以下原則：其一，提前調(diào)查附近水域的動力學原理，了解河床演變規(guī)律（如圖1所示），針對性制定施工方案，之后選擇最恰當?shù)氖┕すに嚕龅娇茖W規(guī)劃，避免后期施工階段頻繁出現(xiàn)問題。其二，參考航道水流特點和流速等，不斷調(diào)整和優(yōu)化整治方案，可以通過紅外圖像和可見光圖像展開分析，表2為江西某航道船舶流量。其三，若航道位于山區(qū)，應(yīng)重點考察施工地點的實際情況，若發(fā)現(xiàn)影響航行穩(wěn)定性和安全性的區(qū)域，重點對區(qū)域進行科學規(guī)劃，以此改善航道水流條件。

圖1 河床演變規(guī)律

表2 紅外圖像和可見光船舶流量統(tǒng)計

表3 號燈技術(shù)要求

表4 絞吸式挖泥船參數(shù)

其四，若航道位于平原區(qū)域，應(yīng)根據(jù)航道地形地勢，選擇最佳位置建設(shè)建筑物，方便隨時掌握航道實際情況，及時調(diào)整施工計劃。此外，整治平原區(qū)域航道過程中，重視疏浚施工，盡可能的滿足施工要求。其五，處于整治方案規(guī)劃階段時，設(shè)計人員反復分析現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)，明確險灘、淺灘等區(qū)域，并了解影響安全航行的因素，分清工程設(shè)計主次。其六，若航道部分位置設(shè)有水利樞紐設(shè)施，重點考慮此類設(shè)施帶來的影響[1]。

3.航道整治工程設(shè)計

3.1 設(shè)計思路

航道整治工程可分成疏浚、建筑物整治兩種方法，通過疏浚挖泥、整治建筑物，達到改變水流結(jié)構(gòu)的目的，構(gòu)造良好的通航條件。基于此，重視航道整治工程設(shè)計，根據(jù)工程基本情況，明確設(shè)計思路，科學規(guī)劃設(shè)計方案。首先，掌握具體建設(shè)目標，了解航道等級劃分，分析本區(qū)域?qū)降赖幕疽螅砗恿魉臈l件，分析灘險、河流的特點，多方面調(diào)查河道歷史演變情況，為工程設(shè)計提供可靠資料信息。其次，掌握河流真實環(huán)境，以及當?shù)貙降赖男枨螅梢詮霓r(nóng)業(yè)、發(fā)電、防洪、灌溉等方面入手，深入與當?shù)夭块T展開溝通，制定綜合化的整治方案，不斷提高工程效益。再次，工程方案的構(gòu)思，確定整治航道長度、建筑類別、航道最大寬度、最小寬度等，編制完善的工程方案。最后，反復多次優(yōu)化工程方案，根據(jù)航道基本數(shù)據(jù)，系統(tǒng)化展開水力計算，了解較復雜、較困難的河段，再提前進行模型試驗。

3.2 設(shè)計原則

以贛江水系航道整治工程為例，航道里程2477千米，包含袁河、錦河等32支河流，其中工程設(shè)計階段遵守國家相關(guān)規(guī)定，遵守合理利用原航道、降低影響的原則。通過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多數(shù)航道寬度較窄，存在較多的彎曲部分，導致拓寬開挖任務(wù)較為繁重，可以通過陸地開挖方式施工，有效減少作業(yè)時間，對于一些航道路線較為順直的區(qū)域，布置航道中心線時以原航道路線為依據(jù)，防止出現(xiàn)大規(guī)模征地或拆遷現(xiàn)象，而影響工程進度。并且只有部分航道兩側(cè)修建護岸，其他多數(shù)為自然護岸。另外，航道新建護岸線型布置應(yīng)遵守美觀性、順直性的要求[2]。

3.3 設(shè)計要點

3.3.1 注重節(jié)能環(huán)保

近年來，國家愈加重視生態(tài)環(huán)境保護，提出低碳環(huán)保理念，要求各行各業(yè)發(fā)展過程中注重對環(huán)境的保護，降低能源的消耗量，以保護環(huán)境為核心發(fā)展理念。航道整治工程設(shè)計過程中，應(yīng)遵守節(jié)能環(huán)保的要求，促進航道綠色發(fā)展，采用綠色航道設(shè)計理念。譬如，本工程建設(shè)10千米的生態(tài)護岸、25千米的局部生態(tài)護岸，改善航道周邊環(huán)境。并且著重利用太陽能資源，不僅減少資金的投入，還節(jié)約能源。

3.3.2 精細化設(shè)計，引入全壽命周期理念

航道整治屬于一種“帶狀”工程，涉及多個領(lǐng)域的專業(yè)知識，包括市政工程、水利工程、橋梁工程等等。以通楊線航道為例，整個航道跨河橋梁超過120座，航道長為300千米。由此可見，航道整治工程包含內(nèi)容繁多，需要相關(guān)人員展開精細化設(shè)計，重點關(guān)注碼頭、取水口、排灌站等接頭位置，做到一處一銜接。另外，工程設(shè)計階段考慮結(jié)構(gòu)的耐久性，明確材料選擇標準和施工技術(shù)要點，并從設(shè)計角度出發(fā)，指出航道工程常見質(zhì)量問題，提出可行性的參考意見。

3.3.3 做到因地制宜

在綜合運輸體系中，水運優(yōu)勢較為明顯，存在不同種類的資源，航道周邊存在不同規(guī)模的企業(yè)，但具體整治施工階段常常需要修改線路、擴充土地，與城市土地規(guī)劃相違背，無法獲得充足的土地資源。針對這一情況，工程設(shè)計需要做到因地制宜，根據(jù)航道周邊實際情況，科學規(guī)劃航道線路，防止出現(xiàn)新開河道或征用土地等情況，并優(yōu)先選用鋼板樁結(jié)構(gòu)、預制樁結(jié)構(gòu)。

3.3.4 安全設(shè)施設(shè)計

保障航行的安全性是最為核心要素，應(yīng)注重安全設(shè)施設(shè)計，遵守相關(guān)設(shè)置原則，突出安全裝置的指示作用，及時為船民提供真實的通航信息，提高夜間航行的安全性[3]。實際工作過程中，根據(jù)有關(guān)規(guī)定選擇號燈和號型（如表1所示），并科學規(guī)劃警戒區(qū)域、安全作業(yè)區(qū)域，增設(shè)相關(guān)安全標志。同時，安排值班人員巡邏并監(jiān)聽航道信息。

4.航道整治工程施工方法

4.1 施工條件和材料選擇

航道整治工程施工過程中，應(yīng)重點考慮施工圍堰、排水等作業(yè)內(nèi)容，選取不斷航施工方法，并提前與相關(guān)單位展開深入溝通。材料選擇過程中，提前到當?shù)夭牧鲜袌稣{(diào)查，詢問所需要施工材料的單價，優(yōu)先選用石料、水泥等材料。

4.2 施工放樣

放樣作業(yè)開始之前，技術(shù)人員反復檢查設(shè)計放樣元素的坐標點，以及水平控制網(wǎng)點，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準確情況。具體作業(yè)階段，若發(fā)現(xiàn)控制網(wǎng)點數(shù)量較小，不滿足施工要求，應(yīng)根據(jù)圖跟點測量要求，設(shè)計完善的導線網(wǎng)。此外，嚴格控制測量誤差，基線測角測量誤差小于12，基線長度的相對誤差深小于1/10000。

4.3 施工方法

4.3.1 土方工程

由于航道整治工程的特殊性，土方開挖包含陸上開挖、水下疏浚兩種，二者施工存在較大的差異性，需要提前向施工人員系統(tǒng)性介紹，以此推進施工順利開展。具體而言，水下疏浚作業(yè)過程中，借助絞吸式挖泥船或抓斗式挖泥船，并根據(jù)工程作業(yè)量以及挖泥船的各項參數(shù)，譬如重載吃水情況、最大挖深等等（如表2所示），科學確定挖泥船的類型，提高機械作業(yè)質(zhì)量。當挖泥船型號確定后，即可展開疏浚作業(yè)，此時可利用泥駁將泥土輸送至指定位置。陸上開挖作業(yè)借助推土機、挖掘機等機械設(shè)備，再結(jié)合護岸要求合理堆放泥土。處于護岸基坑開挖階段時，需要根據(jù)施工地點的地質(zhì)條件，確定開挖比例，本工程可按照1:2開挖，一旦遇到特殊地質(zhì)情況，或者開挖操作威脅周邊建筑的穩(wěn)定性，需要施工人員采取臨時支護方法。此外，基坑開挖施工過程中，技術(shù)人員分析航道岸坡的穩(wěn)定性，若存在安全隱患，立刻與管理者溝通并停止作業(yè)。基槽底板需要預留保護基土，厚度約為0.3米，避免由于長時間暴露而降低地基的穩(wěn)定性。

4.3.2 護岸工程

通過查閱并分析楊林塘昆山段航道相關(guān)資料，此航道采用二級生態(tài)擋土墻結(jié)構(gòu)、一級素砼重力式結(jié)構(gòu)、板樁墻結(jié)構(gòu)，對此護岸施工過程中需要征占土地。航道土質(zhì)主要為淤泥質(zhì)粘性土、粉質(zhì)粘土，需要修建縱向明溝排水線路，并設(shè)置集水坑，購買單級離心清水泵，規(guī)格為φ15厘米，以此創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境。本工程航道二級擋墻結(jié)構(gòu)包含鉸接式、自嵌式、仿木樁，其中鉸接式生態(tài)護坡塊主要由預制混凝土塊構(gòu)成，將鍍鋅鋼纜緊密連接，打造連鎖矩陣；自嵌式擋墻運用預制砼模塊，設(shè)計尺寸為440＊305＊150毫米，與土工格柵連接；仿木樁結(jié)構(gòu)由C25鋼筋砼槽型組成。另外，一級擋墻施工過程中，需要消耗大量的混凝土材料，要求施工人員重視混凝土養(yǎng)護作業(yè)，嚴格把控混凝土溫度和濕度，最大限度上縮短暴露時間，避免表面水分快速蒸發(fā)。具體作業(yè)階段，施工人員可利用覆蓋物進行覆蓋，而在混凝土初凝期間，則應(yīng)適當卷起覆蓋物[4]。

4.3.3 水下鉆孔爆破施工技術(shù)

本工程航道部分區(qū)域存在體積較大的巖石，泥沙淤積現(xiàn)象較為嚴重。鑒于此，航道整治施工過程中，施工團隊可以采用水下鉆孔爆破施工技術(shù)，主要施工流程為：首先，委派經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員作業(yè)，按照要求仔細佩戴安全設(shè)施，再潛入巖石區(qū)域鉆孔。也可以由技術(shù)人員提前下水勘察并標記巖石位置，再利用專業(yè)化設(shè)備高質(zhì)量完成鉆孔作業(yè)。其次，在孔內(nèi)放入相同大小的炸藥，并做好炸藥的固定工作，避免爆破后未達到預期效果。再次，水下鉆孔爆破施工過程中，同時采取并聯(lián)和串聯(lián)的連接方式。先在鉆孔位置放置3-5排的炸藥，再以并聯(lián)方式進行連接，形成一個龐大的爆破網(wǎng)絡(luò)。最后，炸藥安裝工作結(jié)束后，為了降低水下爆破對周邊的影響，需要對爆破系統(tǒng)進行延時爆炸處理。通過采用水下鉆孔爆破施工技術(shù)，能夠降低航道整治工程水下施工難度，但應(yīng)做好前期準備工作，從多方面入手進行安全防護，并明確安全施工距離。

5.總結(jié)

總而言之，在時代快速發(fā)展背景下，航道通行情況關(guān)系到城市經(jīng)濟發(fā)展，決定相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟效益。對此航道整治工程施工過程中，應(yīng)明確此類工程特點以及應(yīng)遵守的原則，再仔細調(diào)查航道周邊地理情況，做好工程設(shè)計工作，選擇最恰當?shù)氖┕し椒ǎ`活運用水下鉆孔爆破施工技術(shù)，了解土方工程、護岸工程的施工要點，從而大幅度提高航道整治工程施工效果，創(chuàng)造良好的船舶通行條件。