港航工程基槽開(kāi)挖與港池疏浚施工技術(shù)的研究

◎ 張焱 廣東正方圓工程咨詢(xún)有限公司

與其他建筑工程相比，港航工程施工難度較高、施工量較大，主要內(nèi)容包括水下開(kāi)挖、疏浚清障、水下炸礁等。在實(shí)際施工中，無(wú)論何種港航工程，其質(zhì)量均受基槽開(kāi)挖、港池疏浚作業(yè)效果的影響，為確保施工效果符合預(yù)期，應(yīng)注重上述兩項(xiàng)施工技術(shù)研究?；坶_(kāi)挖作為基礎(chǔ)施工的第一道工序，開(kāi)挖成敗將直接影響碼頭后期運(yùn)行穩(wěn)定性，還會(huì)對(duì)周?chē)Ｓ虍a(chǎn)生一定影響。對(duì)此，應(yīng)采取合適的開(kāi)挖方式，優(yōu)化基槽開(kāi)挖技術(shù)，做好疏浚清淤工作，為碼頭基礎(chǔ)施工創(chuàng)設(shè)良好條件，還可優(yōu)化周?chē)鷳B(tài)環(huán)境，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

1.工程概況

以某港航建設(shè)工程為例，位于廣東省廣州市沿海區(qū)域，在基槽開(kāi)挖中共計(jì)挖泥27.9×104m3，每日挖泥強(qiáng)度為784m3。該項(xiàng)目配備一艘鋼樁定位絞吸挖泥船，一艘泥駁，每日挖泥強(qiáng)度為3000m3，上述設(shè)備可滿(mǎn)足工程開(kāi)挖量需求。護(hù)岸基槽開(kāi)挖量為80000m3，選用規(guī)格為1000m3的泥駁運(yùn)輸，一艘400t定位船用于換砂拋填。經(jīng)過(guò)地質(zhì)水文調(diào)查可知，現(xiàn)場(chǎng)以風(fēng)化巖為主，需要向下挖掘23m，才可到達(dá)基槽深度設(shè)計(jì)值，利用絞吸船施工，如若遇到堅(jiān)硬底層或者障礙物，則采用炸礁方式破除。整體工程施工重難點(diǎn)在于基槽開(kāi)挖、港池疏浚兩個(gè)方面，對(duì)施工質(zhì)量具有直接影響，要求嚴(yán)格把控施工技術(shù)，妥善完成上述兩項(xiàng)施工，便于水下各種管道填埋，還可減少施工作業(yè)對(duì)周?chē)h(huán)境的污染，取得良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

2.基槽開(kāi)挖與港池疏浚施工技術(shù)

2.1 基槽開(kāi)挖技術(shù)要點(diǎn)

2.1.1分條

在基坑挖掘階段，選用鋼樁定位絞吸挖泥船，以定位小車(chē)水平開(kāi)挖法，分層分段完成挖掘任務(wù)。正式挖掘時(shí)，為避免延長(zhǎng)錨與船只的轉(zhuǎn)移時(shí)間，致使挖泥船疏通效率降低，應(yīng)合理設(shè)定分條數(shù)量，分條跨度控制在挖泥船單次挖掘跨度最大值以?xún)?nèi)，一般在10—15m之間，條與條之間重疊應(yīng)超過(guò)2m。因此類(lèi)船只以鋼樁作為擺動(dòng)中心，挖掘面為扇形，當(dāng)挖掘到底線后，兩端中心位置無(wú)法挖掘，如若繼續(xù)挖掘則不符合規(guī)定，甚至威脅海岸線安全。針對(duì)上述技術(shù)難點(diǎn)，可選用以下開(kāi)挖方案，待絞吸船最后一次挖進(jìn)時(shí)，鉸刀挖入兩分條中心時(shí)，將船只向前移動(dòng)，達(dá)到該范圍的挖掘目標(biāo)[1]。

2.1.2分層開(kāi)挖

因基槽深度較深，該項(xiàng)目選用分層挖掘法，并根據(jù)土質(zhì)情況，確保外耳面積準(zhǔn)確，斜坡穩(wěn)定。分層開(kāi)挖厚度根據(jù)土質(zhì)情況而定，如表1所示，如若分層過(guò)厚，容易導(dǎo)致土方塌陷，影響船只穩(wěn)固與施工安全。對(duì)此，頂層分層應(yīng)相對(duì)薄，可提高項(xiàng)目成功率與穩(wěn)定性。

表1 分層厚度設(shè)定

該工程引入GP S 定位儀，設(shè)置GPS基站，提升船機(jī)定位精確性，使設(shè)備運(yùn)行與計(jì)算機(jī)相連接，測(cè)定疏浚區(qū)域的坐標(biāo)范圍，測(cè)量數(shù)據(jù)輸入電腦，生成直觀圖像，開(kāi)挖范圍、深度等信息也會(huì)完整顯示出來(lái)。在施工期間，絞吸船不能開(kāi)挖到設(shè)計(jì)值，為在規(guī)定期間內(nèi)完工，除挖泥船投入使用之外，還安排一艘泥駁船，將挖掘的淤泥運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢茫儆媒g吸船二次吹填到指定陸地回填區(qū)域內(nèi)，流程如圖1所示。該工程選用階梯式挖掘邊坡，利用3600m3絞吸船挖掘邊坡1:2為例，土質(zhì)粉砂臺(tái)階階梯的開(kāi)挖高度為4.0m，實(shí)施分層挖掘，寬度為8.0m。正式開(kāi)挖時(shí)，橫移架挖進(jìn)一層后，寬度縮短8m，由人工利用橫向移動(dòng)同步提升刀架形成斜坡。在此期間，堅(jiān)持上多下少原則，階梯位置自行坍塌成坡度[2]。

圖1 挖泥船施工流程圖

2.1.3開(kāi)挖監(jiān)控測(cè)量

在挖掘階段，很容易出現(xiàn)超挖、欠挖等情況，受現(xiàn)場(chǎng)潮汐作用影響，測(cè)量值與真實(shí)值間存在一定偏差，挖泥船工作狀態(tài)也會(huì)有所改變，縱坡開(kāi)挖效果可能無(wú)法達(dá)到預(yù)期。對(duì)此，應(yīng)加強(qiáng)開(kāi)挖數(shù)據(jù)監(jiān)控，該工程引入聲吶測(cè)距儀，其作為先進(jìn)的開(kāi)挖深度監(jiān)控設(shè)備，可對(duì)固定點(diǎn)位的開(kāi)挖量精準(zhǔn)測(cè)量，但不具備動(dòng)態(tài)化測(cè)量功能，可在船底安裝水下地形掃描儀，彌補(bǔ)聲吶儀的缺陷，當(dāng)每次淤泥開(kāi)挖深度達(dá)到10nm時(shí)，便開(kāi)展一次深度測(cè)量，以聲吶為基準(zhǔn)調(diào)校點(diǎn)，對(duì)挖掘深度實(shí)時(shí)測(cè)量，真正實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)掌控的目標(biāo)。

2.1.4礁石爆破作業(yè)

經(jīng)過(guò)地質(zhì)水文調(diào)查可知，現(xiàn)場(chǎng)以風(fēng)化巖為主，在絞吸船施工中，如若遇到堅(jiān)硬底層或者障礙物，則采用炸礁方式破除。在爆破作業(yè)之前，先結(jié)合施工條件、施工需求，將巖層上的覆蓋物質(zhì)清理干凈，可減少爆破期間淤泥量的產(chǎn)生，還可使爆破施工作業(yè)安全得到保障。爆破結(jié)束后，還要最終清礁，如若為水下爆破，還要確保爆破產(chǎn)生的水下沖擊不會(huì)威脅船只、潛水作業(yè)者的安全，保證炸礁作業(yè)安全可靠地完成[3]。

2.2 港池疏浚技術(shù)要點(diǎn)

2.2.1方案制定

該項(xiàng)目采用絞吸式挖泥船開(kāi)展疏浚作業(yè)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)基本情況，提前制定總體施工方案，將該項(xiàng)施工分成兩個(gè)階段。第一階段，按照業(yè)主要求，準(zhǔn)確計(jì)算船舶功效與工期，配置兩組抓斗船，挖泥裝船，運(yùn)送到指定的拋泥區(qū)。第二階段，配置一艘絞吸船，將疏浚土吹填到陸地指定區(qū)域，吹填距離為12km左右。總體施工方案如下，先做好施工準(zhǔn)備，復(fù)核控制點(diǎn)，布設(shè)測(cè)量控制網(wǎng)。在施工區(qū)域浚前測(cè)量，科學(xué)調(diào)遣施工船舶設(shè)備，正式開(kāi)展第一階段的疏浚施工，掃淺后，由監(jiān)理進(jìn)行驗(yàn)收，剩余區(qū)域浚前測(cè)量，調(diào)遣設(shè)備后開(kāi)展第二階段的疏浚施工，掃淺后竣工測(cè)量驗(yàn)收。

2.2.2技術(shù)要點(diǎn)

（1）拋射橫移錨。根據(jù)風(fēng)流條件合理安排拋錨順序，先拋上流錨。錨泊期間，鉸刀移動(dòng)到疏浚邊線，掛在水底泥漿內(nèi)，錨固船體，嚴(yán)格控制周?chē)^點(diǎn)的位置，減少位移。拋擲點(diǎn)位在側(cè)錨索與船頭夾角45°處，就位后立即下錨，擰緊水平線纜，待錨索固定后，才可將鉸刀從泥漿內(nèi)提起。

（2）排泥管線布設(shè)。該項(xiàng)施工需要在陸地鋪設(shè)吹砂管線，在水泥設(shè)置吹泥管線，分別為岸管和浮管。在岸管布設(shè)中，綜合考慮吹淤距離、總揚(yáng)程、吹填標(biāo)高等因素，準(zhǔn)確設(shè)定挖泥船管道位置，發(fā)揮裝載機(jī)、挖掘機(jī)的輔助力量，使岸管與水下管道相連，管口開(kāi)設(shè)三通接頭，一個(gè)向前延伸，另一頭進(jìn)入充填區(qū)域。提前布設(shè)吹填所需的預(yù)制管道，與加長(zhǎng)吹填范圍支管相連，吹泥管接口密封，避免出現(xiàn)滲漏情況。管道鋪設(shè)可定期繞著軸線旋轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)管材的試用期，岸管鋪設(shè)應(yīng)堅(jiān)持最近距離原則，避免與其他路段、建筑物相交，下穿路段填充泥土保護(hù)。在浮管布設(shè)中，選用1+1組合方式，即一根鋼管、一根膠管，浮管兩側(cè)端口與挖泥船、岸管相連。浮標(biāo)管道管段之間卡箍應(yīng)穩(wěn)固緊密，免受河水流向、吹填結(jié)構(gòu)作用的影響，使其受到損壞。對(duì)此，盡量將管道設(shè)置成流線型，禁止死彎，預(yù)留充足的浮筒管路長(zhǎng)度，便于絞吸船長(zhǎng)距離推進(jìn)，浮管需要用管道錨加固，即便在重載情況下，仍然露出水面，便于后期檢修；根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)潮汐情況，合理定位管道錨固點(diǎn)；根據(jù)地形與水域標(biāo)高變化范圍，合理選擇浮管與岸管的連接形式，確保緊密可靠，無(wú)滲漏情況產(chǎn)生[4]。

（3）不同區(qū)域的疏浚方法。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)原本航道地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果可知，施工區(qū)域巖區(qū)挖槽長(zhǎng)度較短，且?guī)в卸嗵帋r石淺區(qū)，為使巖石集聚區(qū)破巖結(jié)果符合設(shè)計(jì)深度需求，可采用絞吸分層分條處理法，先將巖石絞碎，再用排泥管將其吹填到指定位置，實(shí)現(xiàn)巖石破碎處理；對(duì)于分散巖石，可利用絞吸船進(jìn)行巖石粉碎處理；對(duì)于施工場(chǎng)地之外的巖石，可利用抓斗船清理，促進(jìn)施工效率提升。該項(xiàng)目在26+0—27+0范圍內(nèi)存在地貌突變情況，成為疏浚施工重難點(diǎn)所在。對(duì)此，選用絞吸船進(jìn)行分層施工，使該范圍的浚前施工深度符合規(guī)定，由此降低挖泥船滿(mǎn)載后的觸底風(fēng)險(xiǎn)。在底層無(wú)巖區(qū)疏浚前，可按照疏浚流程，對(duì)該范圍分層分條開(kāi)挖后，再將淤泥裝艙，運(yùn)送到指定拋泥區(qū)；在基槽挖泥期間，駕駛員將挖泥船以特定航速行駛到挖槽區(qū)域，到達(dá)位置后，放緩航速，發(fā)出“備耙”指令，控制船體方向與位置；當(dāng)操耙手接受指令后，將耙臂放入水中，使其與吸入口對(duì)接。待上述指令完畢后，啟動(dòng)泥泵、低濃度外排閥，使清水排出船艙。在此期間，操耙手應(yīng)按照駕駛員的指令，放置耙頭、吸泥管，待挖泥船到達(dá)挖槽點(diǎn)位后，駕駛員發(fā)出指令，耙手將耙頭放到泥面，泵機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為常規(guī)，啟動(dòng)挖泥模式，觀察儀表盤(pán)，如若指示濃度增加，則要開(kāi)啟裝艙閥，關(guān)閉外排閥裝艙。在挖泥過(guò)程中，耙手應(yīng)密切關(guān)注壓力值、濃度、流速等指標(biāo)變化情況，以此為依據(jù)，合理調(diào)整下耙深度。

3.港航工程基槽與疏浚施工控制措施

3.1 質(zhì)量把控

在基槽與疏浚施工期間，為滿(mǎn)足施工質(zhì)量要求，應(yīng)加大質(zhì)量把控力度，通過(guò)引入先進(jìn)監(jiān)控設(shè)備，豐富管理手段，具體如下。一是水深檢測(cè)。在檢測(cè)開(kāi)始前，對(duì)所用測(cè)量設(shè)備的精準(zhǔn)度進(jìn)行校驗(yàn)，確保檢測(cè)結(jié)果客觀準(zhǔn)確，更加接近真實(shí)值；檢測(cè)期間，對(duì)施工區(qū)域各控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，創(chuàng)建控制網(wǎng)絡(luò)，為后續(xù)工作開(kāi)展提供參考。二是為絞吸船配備DPGS，確保質(zhì)量管控面積覆蓋絞吸船工作區(qū)，通過(guò)下放深度指示器，精準(zhǔn)控制鉸刀下放深度，促進(jìn)絞吸船工作效率提升。三是施工期間，浪涌對(duì)施工活動(dòng)順利開(kāi)展產(chǎn)生一定干擾，可在施工現(xiàn)場(chǎng)周?chē)O(shè)置報(bào)潮站，及時(shí)將浪涌信息傳遞給疏浚船，便于疏浚人員掌握更多疏浚區(qū)信息，合理操控鉸刀下放深度，提高開(kāi)挖平整性。四是加強(qiáng)施工人員間的溝通交流，人員作為施工活動(dòng)的主體，其專(zhuān)業(yè)性直接影響基槽開(kāi)挖與疏浚施工質(zhì)量，應(yīng)提前做好技術(shù)交底，使其充分掌握?qǐng)D紙與施工標(biāo)準(zhǔn)，如若對(duì)某項(xiàng)施工數(shù)據(jù)持有懷疑，應(yīng)及時(shí)與技術(shù)人員溝通，分析問(wèn)題的成因并解決，確保港航工程的順利開(kāi)展。

3.2 安全控制

港航工程涉及水上作業(yè)，為確保施工活動(dòng)開(kāi)展與人員安全，加強(qiáng)安全控制十分必要。在正式開(kāi)工前，應(yīng)遵循相關(guān)規(guī)定，辦理水下、水上作業(yè)許可證，還要提前為水上作業(yè)者準(zhǔn)備充足的救生衣，并指導(dǎo)人員正確穿戴；場(chǎng)地周?chē)鋫浣煌ň浯芮嘘P(guān)注施工現(xiàn)場(chǎng)情況，有效調(diào)度通航情況，一旦發(fā)生意外，馬上投入到救援工作中。為避免其他船只誤入施工場(chǎng)地，在拋錨作業(yè)期間，應(yīng)設(shè)置沉錨警示標(biāo)志，發(fā)揮警示作用。施工活動(dòng)還要考慮到環(huán)境保護(hù)，船只應(yīng)具備廢油艙與圍油欄，在作業(yè)期間，可將廢油直接導(dǎo)入，以免排放到水域造成水污染。如若船只作業(yè)中出現(xiàn)漏油情況，應(yīng)馬上利用圍油欄將油污匯總起來(lái)，全面清理，以免油污擴(kuò)散，對(duì)水域以及水體生物帶來(lái)不良影響。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前港航工程建設(shè)中，應(yīng)注重基槽開(kāi)挖、港池疏浚兩項(xiàng)施工技術(shù)要點(diǎn)把握，使施工水域環(huán)境得以保護(hù)。在實(shí)際施工中，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況優(yōu)選施工工藝，并通過(guò)分條分層開(kāi)挖、水下炸礁、疏浚清淤等方式，順利達(dá)到施工預(yù)期，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益共贏。