耙吸船繞挖施工工藝

李超超，張海軍，陳飛飛，鄭選斌

（1.中交天航南方交通建設有限公司，廣東 深圳 518040；2.中交天津港航勘察設計研究院有限公司 天津市疏浚工程技術企業重點實驗室，天津 300000）

引 言

在進行航道拓寬施工時，為保證船舶通航安全，原有的航道兩側航標禁止在疏浚完成前進行移除。為保證港口正常運營，通常采用耙吸船進行航道拓寬施工，這就要求耙吸船要在不移動施工區中航標的情況下進行繞挖施工。本文針對耙吸船繞挖施工的問題開展研究，提出航標基礎穩定放坡的確定方法，耙吸船繞挖法施工的船舶航行中線設計以及船舶施工參數設定，耙吸船定點掃淺施工工藝等對應的解決措施和施工工藝，縮短移除燈浮標所再區域的開挖時間，在廣州港出航航道拓寬施工中得到了應用，取得了良好的效果，對類似工程有較高的指導意義。

1 工程概況

廣州港深水航道拓寬工程是在原航道基礎上進行雙向拓寬，東西側各拓寬71 m，拓寬后通航寬度385 m，浚深至設計底高程-17.0 m，設計邊坡坡比 1:7。根據鉆孔資料分析，航道兩側拓寬范圍內的土質主要為淤泥，泥面高程平均為-10.5 m。航道兩側分別有3座浮燈標，燈浮標基礎為混凝土塊錨，距離航道邊線50 m，航道拓寬后需要進行移位，港口運營單位要求降低燈浮標移位影響時間。

圖1 典型開挖斷面示意

2 繞挖施工工藝分析

耙吸船繞挖施工，主要存在以下問題，繞挖施工，會導致航標基礎出現坍塌，導致航標偏移位置，造成位置指示不清，對來往船舶存在安全風險，也可能會造成錨塊掩埋，影響移位作業；繞挖施工需要控制好耙吸船繞徑，對耙吸船定位和航行操控有較高要求，需要合理設計耙吸船航速及航線，確保安全和清淤質量；航標移除后，需快速對原有航標的基礎淺點進行快速定向掃淺，完成整體疏浚施工，在最短的時間內使航道具備通航條件。結合上述問題，制定繞挖施工工藝流程。

圖2 耙吸船繞挖施工工藝流程

3 航標基礎邊坡設計

航標基礎的邊坡坡比設計類似于航道邊坡設計，航道邊坡坡度的確定通常采用靜力計算進行確定。但是航標基礎的邊坡不同于航道邊坡，要考慮四周放坡，同時作為孤立淺點，將受到更多的波浪力、海流的沖刷影響。為保證耙吸船進行繞挖施工時，航標基礎的穩定，需要通過計算結合現場試驗的方法進行航標基礎邊坡的設計。

3.1 采用靜力方法計算邊坡坡度

針對本工程，采用整體穩定的靜力計算的方法，用圓弧滑動的理論計算的。采用直剪快剪的指標進行計算，取僅有淤泥土層進行計算。邊坡高度取-10.5 m，考慮邊坡坡度為 1:4、1:6、1:8進行穩定驗算。

表1 圓弧滑動計算最小抗力分項系數

通過靜力計算可知坡度小于1:6時，均可確保邊坡的穩定。[1]

3.2 靜力計算論證

采用繞挖施工后，航標基礎作為孤立淺點，其邊坡受到四周海流、航行波的影響，邊坡底部受到海流沖刷作用，特別是漲落潮潮流時，影響更為明顯。僅用靜力計算方法計算邊坡穩定是否可行，需進一步論證。

船舶的航行波和波浪力可以參照規范《港口及航道護岸工程設計與施工規范》（JTJ 300-2000）規定“斜坡式護岸工程，驗算其整體穩定性時，可以不考慮波浪力的作用”[2]。孤立航標基礎在水面10 m以下，且孤立航標基礎位于船舶航行位置的斜下方，距離較遠，可以忽略。

對某港主航道邊坡測量數據進行分析，坡肩處坡度從1:80快速過度到1:4，說明坡肩受海流作用被沖刷成緩坡，坡肩沖刷后，采用圓弧滑動法對其整體穩定性進行驗算，被削坡后，滑動力矩變小，對邊坡穩定更加有利。

圖3 航標錨塊基礎坡肩沖刷示意

綜上所述采用靜力方法計算邊坡穩定是可行的，因此在該工程耙吸船繞挖施工中，航標基礎邊坡確定為1:7。航標基礎平均深度為-10.5 m，需開挖至-17.0 m，開挖深度為6.5 m，因此放坡的半徑為6.5 m×7=45.5 m。

4 耙吸船航線設計

根據設計的放坡坡比和放坡半徑，需要對耙吸船的航線進行設計。為形成上述坡度和放坡半徑，計劃采用上挖下欠的方式進行耙吸船航線設計。開挖深度為6.5 m，開挖土質主要是淤泥和淤泥混砂，土質內摩擦角小，流動性較強，可分兩層進行開挖，每層3.25 m。分層開挖設計詳見圖4。

圖4 耙吸船分層開挖示意

考慮到坡肩容易受到沖刷，航標基礎需要較大的范圍，以免航標受到基礎沖刷影響，設計航標基礎半徑為10 m。綜上所述，耙吸船設計開挖航線應以航標為圓心，半徑為32.75 m。航線設計如圖5。

圖5 耙吸船航線示意

圖上所示的航線為耙吸船最小繞徑，施工過程中繞徑逐漸擴大，向外拓展。對整個航道范圍內的航標進行連續施工，耙吸船繞開燈浮標區域開展螺旋式“8”字形航道拓寬，通過往復循環，耙吸船耙頭逐漸下放到設計深度，逐步完成疏浚作業[3]。

5 錐形淺點疏浚

采用繞法施工完成航標周邊疏浚，并將航標移位后，需要對錐形基礎進行疏浚。每個錐形淺點剩余的土方量V=s1×h1/3-s2×h2/3，其中s1為淺點底面面積，h1為完整錐體高度，s2為航標基礎平臺的底面面積，h2為以航標基礎平臺為底面的錐體高度，剩余工程量約為25 400方。該淺點如采用單艘15方抓斗船開挖，預計最少需要2天的時間，且施工期間會影響航道運營，效率低。因此考慮仍采用耙吸船進行疏浚，采用上層單耙定點清淺，下層快速掃淺的方法，1天即可完成疏浚作業。

6 質量控制措施

采用耙吸船繞法施工時，影響質量的關鍵因素是耙吸船的定位系統，本工程采用的耙吸船采用DGPS進行定位，定位精度在1 m以內，航向進度在 0.5°以內[4]，考慮到航線設計的冗余度，耙吸船的精度滿足的施工質量要求。耙吸船耙頭下放深度由傳感器進行定位控制，在施工過程中定時進行觀測，保證質量要求。施工過程中加強觀測、及時進行質量分析，及時調整施工參數。

7 結 語

1）通過采用耙吸船繞法施工，可減少航道拓寬工程中航標移位疏浚的影響時間，單點疏浚影響時間降低至1天，降低了安全風險。

2）繞法施工設計需要考慮疏浚土質自然放坡，要對不同土質在自然條件下的穩定坡度進行計算分析，在考慮冗余度的情況下，確定坡比。

3）耙吸船的航標基礎疏?？刹捎梅謱邮杩５姆椒?，其設計航線繞徑在此基礎上進行計算確定，要保證航線與航標基礎的距離是在影響范圍外。

4）耙吸船精確定位是繞法施工的質量控制重點，建議采用高精度的DGPS和傳感器分別控制耙吸船的平面定位和耙頭下放深度，在施工期間要加密測量頻次，保證施工質量。