水下淤泥厚度檢測方法探討

徐亮 吳春兵 中國港灣西部非洲區域公司

1.工程概況

阿比讓港口擴建項目其碼頭基槽設計水深為17.5～44m，平均水深23.5m。該項目在瀉湖中填海造地新建碼頭，施工區域周邊為正在運營的各類碼頭、航道及港池，其平均水深約15m。項目所處布里埃瀉湖是阿比讓市周邊水系集中處，各類垃圾、岸邊泥土沖刷等都匯集至此，另外瀉湖底原沉積的淤泥因基槽開挖導致水下地形變化等因素的影響，導致基槽底回淤較嚴重。因此碼頭結構建設過程中需要定期對回淤進行監測。

在水運工程建設中，水下回淤是個不可回避的課題。對其研究及后續淤泥的清理，首先需要檢測淤泥厚度，方可進行后續工作。因此，水下淤泥厚度檢測方法的研究顯得尤為重要。本文通過科特迪瓦阿比讓港口擴建項目基槽底淤泥檢測中所采取的一系列方法進行探討，比較其優劣性，為類似施工項目的水下淤泥厚度檢測提供依據與經驗。

2.淤泥的定義

淤泥通常指在靜水和緩慢的流水環境中沉積并含有機質的細粒土。本文所敘淤泥包含了有機質土、泥炭及淤泥質土類。其判斷依據是土樣的天然重度。根據《疏浚巖土分類標準（附條文說明）》（JTJ/T 320-1996）要求，其上限為16.6kN/m3，其下限根據經驗確定為11.2kN/m3。

3.檢測方法

水下淤泥檢測方法多樣，較為傳統的方法有潛水員水下取樣、機械抓斗取樣以及地質勘探所用的搭設水上平臺進行鉆孔取樣。本項目根據最新的國內外技術，結合傳統水下淤泥檢測方法，再綜合考慮檢測區域的水文條件、水下淤泥性質、外部環境等因素的影響。采用以下四種檢測方法：

3.1 水深對比法

該方法的原理是根據多波束對檢測區域不同時期的掃海數據對比，計算水深差值來確定淤泥厚度。檢測過程：（1）在檢測區域完成開挖作業后利用多波束進行掃海，保存相關數據；（2）檢測區域進行下一項作業前定期對該區域進行掃海；（3）后續每次掃海數據與首次掃海數據進行高差分析，利用軟件對不同高差區域標注各類顏色；（4）通過多次高差數據對比可推測出該區域在回淤期內淤泥淤積的趨勢、回淤厚度及速率等。后續施工可根據數據對比得到的結論來決定是否需要進行清淤處理，并且可制定具體的防止回淤的相關措施。

使用此檢測方法的前提條件為：（1）檢測區域在首次掃海時需確保其水底無淤泥或淤泥層符合設計要求；（2）因多波束的測量設計原理，檢測區域自水面至淤泥頂不能存在大面積的漂浮物、浮泥等，否則掃海數據會出現極大的失真情況，導致分析出的結果是回淤層偏厚，影響對回淤的判斷。若檢測區域淤泥淤積速度較慢、底部浮泥較多的情況下，因聲波穿透性的問題，采用該方法檢測出的淤泥厚度普遍偏大。

3.2 淤泥取樣器檢測

該方法原理是通過重力，使淤泥取樣器垂直墜入水底，取樣器通過沖擊，將水下淤泥灌入其中，將取樣器提出水面，通過辨析取上來的土樣性質，測量出淤泥厚度。其結構見圖1。

圖1 淤泥取樣器結構示意圖

其檢測過程：（1）準備好淤泥取樣器的起落方式，可采用檢測區域施工船舶的吊機起落或是在交通船上搭設簡易的起落裝置，通過人工起落；（2）采用GPS定位，將船舶移至事先規劃好的檢測點處，使淤泥取樣器與已準備好的起落架或吊機連接；（3）松開連接，使取樣器通過自由落體（此時應有拉起取樣器的吊帶或繩子等與其相連）的方式垂直墜入水中；（4）待取樣器墜至水底后通過吊帶或繩子將其拉至水面；（5）取出取樣器中的儲泥管，從管出進泥口處推出取上來的土樣，判斷土樣各土質層并測量其厚度，記錄相關數據后移至下一檢測點。通過各檢測點測量出的淤泥厚度，在CAD圖中繪制出檢測區域各部位的回淤厚度，為后續施工提供相關依據。

該方法檢測較為準確，可根據取上土樣對水底自上而下的回淤情況進行分析。但是因為取樣器儲存長度有限，另外淤泥厚度太大，取樣器無法全部灌入等因素影響。采用該方法進行水下淤泥厚度檢測有限制條件，即水下淤泥厚度不得超過1m，超過該厚度后無法檢測出回淤的厚度。

3.3 人工取樣法

人工取樣檢測是指由人員潛入水底，將直徑5cm、長約1.5m、兩端鏤空的塑料管插入淤泥。然后密封管口，浮出水面，通過測量管中淤泥長度來確定水下淤泥厚度。該方法檢測過程與淤泥取樣器法類似，只是該方法需要用到專業的潛水設備，且潛水員在水下無法精確的定位，無法進行定點檢測。

該方法一般針對水深較淺，淤泥厚度較小的水域實施。而且需要潛水員的配合，檢測準確率相對較低。

3.4 鉆孔法

本方法為采用水上作業平臺，通過鉆機下桿鉆探取樣，根據取出土樣辨別其分類，測量長度等方式確定淤泥厚度。其檢測過程：（1）在水上作業平臺上架設好鉆機，通過相應的拖航船舶將其拉至檢測區域；（2）平臺通過其所配置的定位錨移動，采用GPS定位，移至事先標注的檢測點處；（3）下桿鉆孔取樣，根據鉆桿下降速率判斷其是否已通過淤泥層；（4）將取樣管升起，推出其所取土樣，判斷土樣各土質層并測量其厚度，記錄相關數據后移至下一檢測點。

采用水上作業平臺進行鉆孔取樣確定淤泥厚度的方法，其檢測結果精確最高。但是對于水下泥面以上的流泥無法進行檢測厚度，而且取樣配置專門的設備、人員，檢測效率低，在以上三種方法均無法采用的情況下才采取鉆孔法確定水下淤泥厚度。

3.5 優劣性比較

表1 為上述4 種方法的優劣性比較。

表1 優劣性比較

總的來說，淤泥取樣器檢測一般適用于水下淤泥厚度較小（＜1m）的情況下，其檢測精度較好；水深對比法適用與回淤情況監測，但是其無法取樣，對水下淤泥具體情況無法進行有效的檢測且周期較長，厚度檢測精度一般，需謹慎采用；人工取樣法適用與水深不大，檢測點較少，需要直觀了解水下情況的區域；鉆孔法檢測精度最高，但是需要特有的設備、人員，且檢測效率極低，成本較大，在已有相應資源的且檢測數量較小的情況下可采取該方法。

4.結語

本文通過四種水下淤泥厚度檢測方法作業流程說明、作業環境要求，分析其優缺點，為后續項目施工提供借鑒，也期望后續項目能在此基礎上進行改進，形成適用范圍更廣、檢測精度更高的方法，能更好地促進水運工程事業的發展。