淺析重力式碼頭深基槽回淤監(jiān)測(cè)措施及清淤方法

董帥帥

（中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510220）

1 深基槽概況

阿比讓港口擴(kuò)建項(xiàng)目集裝箱碼頭主體工程按滿足第五代集裝箱船靠泊的需求進(jìn)行建造，為重力式沉箱碼頭，碼頭主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水深-18.5m，碼頭平面高程為+3.5m。深基槽主要分布在集裝箱碼頭，開挖底標(biāo)高自北向南依次有：-18.0m、-22.5m、-26m、-32m、-25m、-36m、-31.5m、-27m、-35m、-31m、-34m、-38m、-39m、-33m、-34m 等15 種底標(biāo)高，沉箱碼頭深基槽最深處，疏浚設(shè)計(jì)標(biāo)高為-39m。

沉箱碼頭深基槽所在位置的土質(zhì)條件較為復(fù)雜，土質(zhì)包含淤泥、細(xì)砂-粗砂、粘土，局部區(qū)域存在腐木層夾層，為了保證沉箱的沉降及不均勻沉降滿足設(shè)計(jì)要求，須將軟弱粘土層和腐木層挖除并進(jìn)行換填砂施工。

2 回淤物監(jiān)測(cè)難點(diǎn)分析

由于基槽開挖標(biāo)高較深，采用分段、分層開挖施工方法，邊坡按照“上欠下超、超欠平衡”的原則開挖成階梯形狀；基槽周圍區(qū)域上層土質(zhì)基本為淤泥，深基槽開挖過(guò)程中周圍淤泥會(huì)流動(dòng)，清淤施工完成后泥水渾濁物逐漸沉降至基槽底部，很容易在深基槽槽底面造成回淤物沉積。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，換填砂料前槽底淤泥厚度小于10cm，否則須進(jìn)行清淤施工，以保障后期沉箱安裝質(zhì)量。

目前監(jiān)測(cè)槽底淤泥厚度的方法主要有高差法、取樣測(cè)密度法、密度剖面圖法、取樣測(cè)厚度法等四種，第一種方法無(wú)論是單頻單波束測(cè)深儀還是雙頻單波束測(cè)深儀，儀器本身精度誤差可能會(huì)達(dá)到10～20cm，無(wú)法滿足規(guī)范要求和設(shè)計(jì)要求；后三種方法都是采取“以點(diǎn)代面”的方式進(jìn)行基槽底回淤物厚度監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)操作成本大、效率低，不能直接在現(xiàn)場(chǎng)得到結(jié)果，需室內(nèi)人工實(shí)驗(yàn)確定，結(jié)果確定耗時(shí)長(zhǎng)。因此，準(zhǔn)確地、直觀地、快速地、經(jīng)濟(jì)地監(jiān)測(cè)深基槽底部的回淤物厚度是深基槽施工過(guò)程中的一大難點(diǎn)。

3 回淤監(jiān)測(cè)施工

3.1 方案確定

取樣測(cè)密度法、密度剖面圖法、取樣測(cè)厚度法等方法具有一定局限性，淤泥回淤物檢測(cè)效率低、成本高；高差法采用單頻單波束或雙頻單波束測(cè)深儀時(shí)儀器自身精度偏差較大，不能滿足施工要求。

鑒于此，為實(shí)現(xiàn)快速、全面監(jiān)測(cè)深基槽底回淤情況，經(jīng)研究決定擬采用“多波束測(cè)深儀測(cè)量深度+回淤物探摸取樣校核”方法來(lái)檢測(cè)本深基槽回淤物厚度，詳細(xì)步驟如下：

第一步：深基槽分段分層開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，立即利用多波束測(cè)深儀測(cè)量水深，獲取初始深基槽斷面；

第二步：在深基槽進(jìn)行換填砂施工或者塊石回填施工前，再次利用多波束測(cè)深儀測(cè)量水深，再次獲取深基漕斷面；

第三步：計(jì)算兩次獲取的基槽斷面的高程差，即為深基槽槽底淤積物的厚度。

第四步：利用PVC 管自制淤積物取樣管，潛水隊(duì)員攜帶取樣管潛入深基槽底進(jìn)行淤積物取樣，然后用鋼尺量取管內(nèi)淤積物長(zhǎng)度，以此直觀驗(yàn)證淤積物厚度。

3.2 方案實(shí)施

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)展，選擇集裝箱碼頭深基槽六區(qū)作為典型試驗(yàn)區(qū)域，該段深基槽底標(biāo)高-32.0m，基槽底土質(zhì)為砂。通過(guò)對(duì)該段深基槽進(jìn)行淤泥回淤厚度檢測(cè)來(lái)驗(yàn)證“多波束測(cè)深儀測(cè)量深度+回淤物探摸取樣校核”方法的可行性和實(shí)用性，積累經(jīng)驗(yàn)，再進(jìn)行后續(xù)基槽回淤物厚度監(jiān)測(cè)，保障基槽整體順利實(shí)施。

2017 年8 月27 日，典型試驗(yàn)區(qū)域基槽開挖完成后，項(xiàng)目部立即聯(lián)合項(xiàng)目咨詢工程師采用多波束測(cè)深儀進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)收，測(cè)深結(jié)果顯示標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)收通過(guò)，以本次聯(lián)合驗(yàn)收測(cè)量數(shù)據(jù)作為回淤觀測(cè)的初次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制初始基槽斷面。9 月2 日，項(xiàng)目部對(duì)典型試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行換填砂施工前的水深測(cè)量，采用同一套多波束測(cè)深儀，則以該次水深數(shù)據(jù)作為回淤觀測(cè)的后一期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制二次基槽斷面。經(jīng)比對(duì)前后兩次測(cè)量數(shù)據(jù)繪制的基槽斷面，整個(gè)典型試驗(yàn)區(qū)域的回淤厚度都在10cm 內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。典型試驗(yàn)區(qū)域的回淤物層厚情況見(jiàn)圖1：

圖1 典型試驗(yàn)區(qū)域淤積物層厚斷面圖

9 月2 日，在多波束水深測(cè)量完畢后，項(xiàng)目部隨后安排專業(yè)潛水團(tuán)隊(duì)潛入典型試驗(yàn)區(qū)域基槽底部，使用自制的PVC 取樣管，對(duì)槽底淤積物進(jìn)行探摸取樣，據(jù)此來(lái)驗(yàn)證說(shuō)明槽底淤積物厚度。取樣點(diǎn)位均勻遍布整個(gè)典型試驗(yàn)區(qū)域，取樣時(shí)由技術(shù)員手持DGPS-RTK 設(shè)備水上隨船定位取樣點(diǎn)和指揮潛水員。潛水員取樣完畢后，切割取樣管，測(cè)量并記錄管內(nèi)淤積物長(zhǎng)度，分別為5cm、7cm、8cm、6cm、8m，取樣管內(nèi)的淤積物厚度亦滿足設(shè)計(jì)要求。潛水員下水探摸取樣工作情況見(jiàn)圖2。

圖2 潛水隊(duì)員下水探摸取樣工作圖

3.3 效果分析總結(jié)

典型試驗(yàn)區(qū)域的淤積物厚度監(jiān)測(cè)結(jié)果證明，采取“多波束儀器測(cè)量深度+淤積物探摸取樣校核”方法進(jìn)行深基槽槽底回淤厚度監(jiān)測(cè)是可行的，該方法能夠直觀且全面地了解整個(gè)基槽的回淤情況，能夠快速地、經(jīng)濟(jì)地監(jiān)測(cè)基槽底的回淤狀況。但是由于介質(zhì)密度不同，聲波反射面介質(zhì)密度小于淤泥介質(zhì)密度，致使多波束測(cè)深技術(shù)測(cè)量出來(lái)的回淤厚度比實(shí)際取樣結(jié)果偏大。即便如此，采取多波束測(cè)深技術(shù)并輔以槽底回淤物探摸取樣校核的方法，能夠全面地、高效地完成基槽淤泥厚度監(jiān)測(cè)工作。

4 清淤施工方法

沉箱碼頭基床上部的淤泥會(huì)減弱沉箱墻身與基床之間的摩擦力，基槽槽底淤泥回淤厚度不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)需進(jìn)行清淤施工，以滿足有關(guān)規(guī)范要求，保障碼頭結(jié)構(gòu)安全。由于深基槽的特殊性，很容易產(chǎn)生回淤現(xiàn)象，且淤泥殘留厚度的要求一般比較高，因此，清淤施工是深基槽施工中比較常見(jiàn)的必要工作。

深基槽槽底的回淤物主要是因?yàn)榛坶_挖時(shí)泥水渾濁物的沉降落淤或基槽開挖過(guò)程中周圍的淤泥覆蓋層受擾動(dòng)后在風(fēng)浪、水流作用下流入槽底或基槽邊坡因不穩(wěn)定而坍塌后淤泥流入槽底等。因此，槽底的回淤物主要是浮泥、流泥和淤泥等，具有塑性指數(shù)低、流動(dòng)性大、不易被抓取等特點(diǎn)。

4.1 設(shè)備選型

結(jié)合實(shí)際情況，施工現(xiàn)場(chǎng)可快速投入使用的清淤設(shè)備有抓斗式挖泥船、絞吸式挖泥船和射吸式抽砂船。經(jīng)比選、分析，最終確定使用絞吸式挖泥船進(jìn)行深基槽底部的清淤施工，原因如下：

（1）射吸式抽砂船工藝原理為水力沖挖，施工時(shí)一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)施工，無(wú)法在平面上均勻擺動(dòng)，不能確保槽底淤泥清除干凈。且抽砂船施工效率較低，清淤施工耗時(shí)較長(zhǎng)，影響施工進(jìn)度，不能滿足工期進(jìn)度要求。

（2）抓斗式挖泥船適合抓取塑性指數(shù)較高的淤泥、淤泥質(zhì)土，塑性指數(shù)較低的浮泥、流泥、淤泥則抓取不上來(lái)。根據(jù)基槽槽底回淤產(chǎn)生原因，回淤物主要為塑性指數(shù)低的浮泥、流泥、淤泥等，流動(dòng)性較大，抓斗入水后槽底回淤物易在水流作用下向兩邊散開，待抓斗提出水面后又再次回?cái)n，導(dǎo)致施工效率低，且很容易造成淺點(diǎn)，出現(xiàn)反復(fù)掃淺的情況，不能滿足施工質(zhì)量和工期進(jìn)度要求。

（3）絞吸式挖泥船進(jìn)行基槽底清淤施工的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三方面：第一，絞吸式挖泥船適宜于開挖砂質(zhì)土、流泥、淤泥質(zhì)土等土質(zhì)，即便在絞刀頭不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，在距離槽底泥面一定范圍內(nèi)，能通過(guò)泥泵轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的真空吸力吸取塑性較低的浮泥、流泥、淤泥等土質(zhì)；第二，絞吸式挖泥船采用鋼樁臺(tái)車橫挖法進(jìn)行分段開挖施工，在平面位置上能實(shí)現(xiàn)清淤區(qū)域全覆蓋，不存在漏挖現(xiàn)象，能保證槽底清淤施工質(zhì)量；第三，絞吸式挖泥船集挖泥、輸泥和排泥于一體，施工生產(chǎn)效率較高，清淤施工耗時(shí)短，能滿足施工質(zhì)量要求和工期進(jìn)度需求。

4.2 施工工藝

絞吸式挖泥船清除基槽槽底回淤物采用特殊施工工藝——吸淤工藝，即絞吸式挖泥船在清淤作業(yè)時(shí)，挖泥操作人員控制絞刀橋架入水后，啟動(dòng)泥泵，不開動(dòng)絞刀，隨后繼續(xù)下放絞刀橋架至既定挖泥深度，通過(guò)絞刀橋架控制絞刀頭左右均勻擺動(dòng)，利用船舶真空泵轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的真空吸力吸取基槽底部流泥、淤泥，再由船舶輸出泵通過(guò)船艉輸泥管線將泥水混合物排放至指定區(qū)域，從而達(dá)到清淤施工目的。

4.3 方案實(shí)施

2018 年9 月份，深基槽二區(qū)出現(xiàn)回淤，經(jīng)潛水員水下探摸和取樣，回淤物主要是浮泥、流泥和塑性低的淤泥。隨后立即協(xié)調(diào)、組織絞吸挖泥船移船就位至深基槽二區(qū)回淤區(qū)域進(jìn)行清淤施工。船位展布完畢后下放絞刀頭，為了保證不對(duì)基槽槽底產(chǎn)生較大擾動(dòng)影響，控制絞刀頭下放深度距基槽槽底的距離為1.5m。由于深基槽二區(qū)回淤前標(biāo)高分別為-22.5m、-24.5m，因此，絞刀頭下放控制深度分別為-21.0m、-23.0m。絞吸挖泥船吸淤施工作業(yè)過(guò)程中，不開動(dòng)絞刀頭，僅左右勻速擺動(dòng)絞刀頭，通過(guò)真空泵轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的巨大吸力吸取流泥、淤泥，經(jīng)提前敷設(shè)好的輸泥管線排放至指定區(qū)域。

經(jīng)過(guò)兩天的吸淤施工作業(yè)，絞吸式挖泥船完成深基槽二區(qū)槽底清淤工作。吸淤作業(yè)結(jié)束后立即組織進(jìn)行多波束掃海，測(cè)量結(jié)果顯示深基槽二區(qū)全部區(qū)域水深達(dá)到回淤前標(biāo)高（吸淤后基槽二區(qū)水深見(jiàn)下圖3）。后經(jīng)過(guò)潛水員水下探摸和取樣，結(jié)果顯示槽底淤泥厚度滿足設(shè)計(jì)要求，也側(cè)面驗(yàn)證了絞吸式挖泥船吸淤施工效果較好，施工質(zhì)量滿足要求。

圖3 吸淤后深基槽二區(qū)水深圖

4.4 效果分析總結(jié)

當(dāng)深基槽槽底為塑性指數(shù)低的流泥、淤泥時(shí)，利用絞吸式挖泥船采用特殊施工工藝——吸淤，即僅擺動(dòng)而不轉(zhuǎn)動(dòng)絞刀頭，進(jìn)行深基漕槽底回淤物清除施工能夠取得較好的施工效果，清淤質(zhì)量能夠滿足要求。絞吸式挖泥船吸淤施工過(guò)程中，為避免對(duì)槽底產(chǎn)生較大擾動(dòng)影響，應(yīng)合理設(shè)置絞刀頭距離基槽槽底距離，嚴(yán)格控制絞刀頭下放深度。吸淤施工完畢后及時(shí)開展多波束水深測(cè)量，分析吸淤施工效果，針對(duì)存在的淺點(diǎn)區(qū)域，及時(shí)組織絞吸式挖泥船進(jìn)行復(fù)吸、掃淺施工。總之，對(duì)于流泥、淤泥等回淤物，絞吸式挖泥船采用吸淤施工工藝能夠高效、快速、高質(zhì)量完成清理工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

科特迪瓦阿比讓港沉箱碼頭深基槽施工過(guò)程中，針對(duì)深基槽底部回淤物厚度監(jiān)測(cè)難點(diǎn)，采取“多波束測(cè)深儀測(cè)量深度+回淤物探摸取樣校核”的方法能夠直觀地、快速地反映槽底淤泥回淤情況，不僅滿足了項(xiàng)目技術(shù)規(guī)范對(duì)槽底淤積物層厚監(jiān)測(cè)的要求，而且充分發(fā)揮了現(xiàn)場(chǎng)人力物力，實(shí)現(xiàn)了降本增效。當(dāng)槽底回淤物厚度超出設(shè)計(jì)要求，回淤物為塑性指數(shù)低的流泥、淤泥時(shí)，利用絞吸式挖泥船采取吸淤這一特殊施工工藝能夠清除回淤物，清淤效果較好，施工效率高，所需工期短，能夠保障施工質(zhì)量和工期進(jìn)度。