關(guān)于毛里塔尼亞某疏浚項(xiàng)目疏浚設(shè)備選型和施工工藝探討

程方立 中國(guó)港灣西部非洲區(qū)域公司

1.工程概況

毛里塔尼亞某港疏浚項(xiàng)目位于毛里塔尼塔海岸線(xiàn)中部，項(xiàng)目所在地瀕臨大西洋，業(yè)主計(jì)劃在現(xiàn)有港口設(shè)施基礎(chǔ)上新建一座集裝箱碼頭，并對(duì)泊位、調(diào)頭圓、內(nèi)航道和外航道進(jìn)行疏浚加深，旨在對(duì)該港優(yōu)化升級(jí)，增加港口對(duì)大型商船的通航能力。該項(xiàng)目主要疏浚施工內(nèi)容有泊位前m3疏浚、調(diào)頭圓疏浚、內(nèi)航道疏浚、外航道疏浚：

（1）泊位前m3疏浚：泊位前m3疏浚區(qū)域總長(zhǎng)513.27m、寬50m，疏浚設(shè)計(jì)標(biāo)高為-14.3m CD，允許超深0.3m，設(shè)計(jì)邊坡為1∶2，設(shè)計(jì)工程量約28.6×104m3。

（2）調(diào)頭圓疏浚：調(diào)頭圓直徑為474m，疏浚設(shè)計(jì)標(biāo)高為-14.3m CD，允許超深0.3m，設(shè)計(jì)工程量約89.1×104m3。

（3）內(nèi)航道疏浚：內(nèi)航道樁號(hào)范圍為PK300～PK900，疏浚設(shè)計(jì)標(biāo)高為-14.3m CD，允許超深0.3m，設(shè)計(jì)工程量約為21.5×104m3。

（4）外航道疏浚：外航道樁號(hào)范圍為PK900～PK7806.6，疏浚設(shè)計(jì)標(biāo)高為-14.7m CD，允許超深0.3m，設(shè)計(jì)工程量為156.9×104m3。

2.土質(zhì)分析

根據(jù)該港前期地質(zhì)勘探資料可知，港池和航道施工區(qū)域土質(zhì)主要為細(xì)砂和中砂、貝殼礫巖以及粉細(xì)砂。土質(zhì)分布詳情如下：

細(xì)砂和中砂：上層土質(zhì)主要為砂，厚度較薄，0.3～1.4m不等，含少量有機(jī)粘土。

貝殼礫巖：灰白色，由貝殼和石灰質(zhì)介質(zhì)中的沙子粘結(jié)而成。除了偶爾遇到的少數(shù)貝類(lèi)外，貝類(lèi)都被腐蝕。巖心試樣處于蜂窩狀態(tài)，空隙又小又密。部分鉆孔顯示貝殼礫巖較硬，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N最小為31擊，絕大部分貝殼礫巖層擊數(shù)N＞50擊，部分鉆孔顯示標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N高達(dá)90擊。該層標(biāo)高范圍為-11.29～-14.41m。

粉細(xì)砂：灰白色，中等密度，均勻，石英砂，混合少量結(jié)節(jié)。在某些部分，一層薄薄的貝殼礫巖與之混合。標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)18≤N≤25。

結(jié)合目前水深情況，疏浚標(biāo)高范圍內(nèi)的主要土質(zhì)是貝殼礫巖，由貝殼、中砂鈣質(zhì)膠結(jié)，貝殼大部分已溶蝕，偶見(jiàn)未溶蝕的貝殼。該土層廣泛分布，層位穩(wěn)定，厚度相對(duì)較大，層厚一般在3～6m之間。通過(guò)對(duì)貝殼礫巖的巖土指標(biāo)進(jìn)一步分析，該貝殼礫巖屬于軟巖，具有軟化特性，疏浚巖土級(jí)別為11級(jí)。該土層疏浚可采用大型絞吸挖泥船、鏟斗挖泥船和大型抓斗挖泥船，可挖性為尚可～很難。

3.施工區(qū)海況分析

通過(guò)研讀項(xiàng)目施工區(qū)海況資料，該港口現(xiàn)場(chǎng)波浪條件為：（1）本海區(qū)波高在2m以下的概率大約是99.9%；（2）本海區(qū)主導(dǎo)波型為以涌浪為主的混合浪，出現(xiàn)頻率達(dá)68%；（3）每年12月至翌年3月為大浪期，多以長(zhǎng)涌波型出現(xiàn)，周期一般為13～18s，m3向?yàn)閃和WNW；每年6、7、8月出現(xiàn)偏西南向浪，周期較小，一般為6s左右；目測(cè)最大周期達(dá)24.4s，大浪期周期較長(zhǎng)；（4）本海區(qū)波浪中含有明顯的長(zhǎng)周期波成分；（5）本海區(qū)的常浪向?yàn)镹W，頻率48.64%；次常浪向?yàn)镹NW，頻率36.16%；強(qiáng)浪向?yàn)閃NW，次強(qiáng)浪向?yàn)閃。

由海況情況可知，在無(wú)掩護(hù)的內(nèi)航道和外航道區(qū)域，直接受到長(zhǎng)周期涌浪作用，波浪氣候在每年1月至5月最為強(qiáng)烈，具有明顯的季節(jié)性。在季風(fēng)期（1～5月），海況比較惡劣，在該種海況下，絞吸船和耙吸船預(yù)計(jì)每天將間斷性停滯8～10h。錨錠型挖泥船（抓斗船、絞吸船）只可以勉強(qiáng)錨泊，難以進(jìn)行施工展布。為保證船機(jī)設(shè)備和人員安全，內(nèi)外航道疏浚施工宜選擇在非季風(fēng)期（6～12月）進(jìn)行施工。

4.疏浚設(shè)備選型分析

根據(jù)土質(zhì)和海況分析結(jié)果，加上本項(xiàng)目地處非洲大陸西北部，項(xiàng)目所在地瀕臨大西洋，大西洋季風(fēng)期惡劣的海況對(duì)疏浚設(shè)備的施工影響較大，同時(shí)本項(xiàng)目下層分布廣泛的貝殼礫巖，選擇適宜的疏浚設(shè)備和施工工藝對(duì)項(xiàng)目安全、按時(shí)保質(zhì)完成尤為重要。

4.1 疏浚設(shè)備對(duì)海況適應(yīng)性分析

根據(jù)《疏浚與吹填工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 181-5-2012），基于本項(xiàng)目疏浚工作受大西洋季風(fēng)期惡劣海況影響的客觀情況，建議選擇毛里塔尼亞非季風(fēng)期（每年6～12月）對(duì)港池和航道進(jìn)行疏浚施工。根據(jù)前期收集的海況資料，有效波高一般在2m內(nèi)，艙容9000m3以上耙吸船、裝機(jī)總功率＞10000kW的絞吸船和斗容＞20m3的抓斗船具備非季風(fēng)外航道的施工可行性。

4.2 疏浚設(shè)備對(duì)土質(zhì)的適挖性分析

根據(jù)《疏浚與吹填設(shè)計(jì)規(guī)范》，基于根據(jù)本項(xiàng)目土質(zhì)分布情況分析，本項(xiàng)目疏浚區(qū)下層普遍存在貝殼礫巖，且厚度相對(duì)較大，層厚一般在3～6m之間。通過(guò)對(duì)貝殼礫巖的巖土指標(biāo)進(jìn)一步分析，該貝殼礫巖屬于軟巖，具有軟化特性，疏浚巖土級(jí)別為11級(jí)。

根據(jù)疏浚巖土可挖性和港池航道疏浚區(qū)設(shè)計(jì)疏浚標(biāo)高要求，耙吸船和抓斗船普遍不適合直接開(kāi)挖巖石類(lèi)土，且8m3以上斗容抓斗船開(kāi)挖11級(jí)巖土可挖性表現(xiàn)為很難，而絞刀功率＞1000kW的絞吸船具備施工可挖性且設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，因此可選擇絞刀功率＞1000kW的大型絞吸船進(jìn)行貝殼礫巖土質(zhì)疏浚施工。

5.施工工藝研判

基于上述海況、土質(zhì)和設(shè)備選型分析，對(duì)于疏浚區(qū)大范圍的貝殼礫巖，特別是無(wú)掩護(hù)條件的航道貝殼礫巖，適宜采用的施工時(shí)段和疏浚工藝為：在非季風(fēng)期（每年6～12月）采用大型絞吸船進(jìn)行破巖施工，破巖后選擇適宜疏浚設(shè)備進(jìn)行航道清礁外拋施工。

通過(guò)查閱《疏浚和吹填設(shè)計(jì)規(guī)范》，不同類(lèi)型的疏浚設(shè)備對(duì)預(yù)處理后的巖石破碎程度D95要求不同：

對(duì)于抓斗船，預(yù)處理后的破碎程度要求最低，小型抓斗要求破碎后的D 95≤700 m m 即可，大型抓斗要求破碎后的D95≤1500mm即可；對(duì)于絞吸船，對(duì)于預(yù)處理后的巖石破碎程度要求較高，排泥管徑＞800mm的，破碎程度D95≤300mm，排泥管徑≤800 m m的，破碎程度D95≤250mm；對(duì)于耙吸船，對(duì)于預(yù)處理后的巖石破碎程度與絞吸船排泥管徑＞800m m的要求一致：D95≤300mm，但在破碎程度要求一致的情況下耙吸船抗風(fēng)浪能力更好，對(duì)航道通航干擾小。

結(jié)合本項(xiàng)目施工區(qū)的特點(diǎn)，在無(wú)掩護(hù)的內(nèi)、外航道區(qū)域，絞吸船破巖后的清礁施工適宜采用抗風(fēng)浪能力強(qiáng)且對(duì)通航干擾小的大型耙吸船。

絞吸船先破巖，耙吸船再清礁的施工工藝流程為：非季風(fēng)期絞吸船拋錨展布駐位→下放絞刀進(jìn)行分層破巖→分層破巖區(qū)多波束水深檢測(cè)→滿(mǎn)足巖石破碎程度要求后，耙吸船清礁施工→滿(mǎn)足設(shè)計(jì)深度要求→破巖清礁施工完成。

6.破巖清礁施工注意要點(diǎn)

6.1 選擇在非季風(fēng)期進(jìn)行破巖施工

根據(jù)上述施工區(qū)海況分析，季風(fēng)期間長(zhǎng)周期有效波高較大的涌浪對(duì)無(wú)掩護(hù)航道疏浚區(qū)能否進(jìn)行破巖施工起決定性作用，必須在非季風(fēng)期安排絞吸船破巖施工，以保證破巖施工安全高效地開(kāi)展。

6.2 加強(qiáng)破巖效果監(jiān)控

耙吸船清礁外拋施工對(duì)破巖效果要求較高，需達(dá)到巖石破碎程度D95≤300mm，巖石破碎程度越高越好。故加強(qiáng)日常絞吸船破巖過(guò)程監(jiān)控至關(guān)重要，直接關(guān)系到耙吸船能否順利開(kāi)展破巖后的清礁作業(yè)，也關(guān)系到耙吸船疏浚設(shè)備管路是否受到嚴(yán)重磨損。破巖后需輔以多波束掃海測(cè)量以檢測(cè)巖石破碎程度和水深是否達(dá)到要求。

7.結(jié)語(yǔ)

本文以毛里塔尼亞某疏浚項(xiàng)目為例，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目土質(zhì)和海況進(jìn)行研讀分析，結(jié)合常規(guī)疏浚設(shè)備對(duì)自然海況適應(yīng)性和對(duì)不同疏浚土質(zhì)的適挖性情況，對(duì)毛里塔尼亞某疏浚項(xiàng)目無(wú)掩護(hù)航道疏浚區(qū)的貝殼礫巖土質(zhì)的疏浚設(shè)備選型和施工工藝進(jìn)行探討，可為類(lèi)似項(xiàng)目的實(shí)施提供參考。