李超超，張海軍，陳飛飛，鄭選斌

（1.中交天航南方交通建設(shè)有限公司，廣東 深圳 518040；2.中交天津港航勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 天津市疏浚工程技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300000）

引 言

在進(jìn)行航道拓寬施工時(shí)，為保證船舶通航安全，原有的航道兩側(cè)航標(biāo)禁止在疏浚完成前進(jìn)行移除。為保證港口正常運(yùn)營(yíng)，通常采用耙吸船進(jìn)行航道拓寬施工，這就要求耙吸船要在不移動(dòng)施工區(qū)中航標(biāo)的情況下進(jìn)行繞挖施工。本文針對(duì)耙吸船繞挖施工的問(wèn)題開(kāi)展研究，提出航標(biāo)基礎(chǔ)穩(wěn)定放坡的確定方法，耙吸船繞挖法施工的船舶航行中線設(shè)計(jì)以及船舶施工參數(shù)設(shè)定，耙吸船定點(diǎn)掃淺施工工藝等對(duì)應(yīng)的解決措施和施工工藝，縮短移除燈浮標(biāo)所再區(qū)域的開(kāi)挖時(shí)間，在廣州港出航航道拓寬施工中得到了應(yīng)用，取得了良好的效果，對(duì)類似工程有較高的指導(dǎo)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(chǔ)上進(jìn)行雙向拓寬，東西側(cè)各拓寬71 m，拓寬后通航寬度385 m，浚深至設(shè)計(jì)底高程-17.0 m，設(shè)計(jì)邊坡坡比 1:7。根據(jù)鉆孔資料分析，航道兩側(cè)拓寬范圍內(nèi)的土質(zhì)主要為淤泥，泥面高程平均為-10.5 m。航道兩側(cè)分別有3座浮燈標(biāo)，燈浮標(biāo)基礎(chǔ)為混凝土塊錨，距離航道邊線50 m，航道拓寬后需要進(jìn)行移位，港口運(yùn)營(yíng)單位要求降低燈浮標(biāo)移位影響時(shí)間。

圖1 典型開(kāi)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(wèn)題，繞挖施工，會(huì)導(dǎo)致航標(biāo)基礎(chǔ)出現(xiàn)坍塌，導(dǎo)致航標(biāo)偏移位置，造成位置指示不清，對(duì)來(lái)往船舶存在安全風(fēng)險(xiǎn)，也可能會(huì)造成錨塊掩埋，影響移位作業(yè)；繞挖施工需要控制好耙吸船繞徑，對(duì)耙吸船定位和航行操控有較高要求，需要合理設(shè)計(jì)耙吸船航速及航線，確保安全和清淤質(zhì)量；航標(biāo)移除后，需快速對(duì)原有航標(biāo)的基礎(chǔ)淺點(diǎn)進(jìn)行快速定向掃淺，完成整體疏浚施工，在最短的時(shí)間內(nèi)使航道具備通航條件。結(jié)合上述問(wèn)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(biāo)基礎(chǔ)邊坡設(shè)計(jì)

航標(biāo)基礎(chǔ)的邊坡坡比設(shè)計(jì)類似于航道邊坡設(shè)計(jì)，航道邊坡坡度的確定通常采用靜力計(jì)算進(jìn)行確定。但是航標(biāo)基礎(chǔ)的邊坡不同于航道邊坡，要考慮四周放坡，同時(shí)作為孤立淺點(diǎn)，將受到更多的波浪力、海流的沖刷影響。為保證耙吸船進(jìn)行繞挖施工時(shí)，航標(biāo)基礎(chǔ)的穩(wěn)定，需要通過(guò)計(jì)算結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法進(jìn)行航標(biāo)基礎(chǔ)邊坡的設(shè)計(jì)。

3.1 采用靜力方法計(jì)算邊坡坡度

針對(duì)本工程，采用整體穩(wěn)定的靜力計(jì)算的方法，用圓弧滑動(dòng)的理論計(jì)算的。采用直剪快剪的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，取僅有淤泥土層進(jìn)行計(jì)算。邊坡高度取-10.5 m，考慮邊坡坡度為 1:4、1:6、1:8進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。

表1 圓弧滑動(dòng)計(jì)算最小抗力分項(xiàng)系數(shù)

通過(guò)靜力計(jì)算可知坡度小于1:6時(shí)，均可確保邊坡的穩(wěn)定。[1]

3.2 靜力計(jì)算論證

采用繞挖施工后，航標(biāo)基礎(chǔ)作為孤立淺點(diǎn)，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(shí)，影響更為明顯。僅用靜力計(jì)算方法計(jì)算邊坡穩(wěn)定是否可行，需進(jìn)一步論證。

船舶的航行波和波浪力可以參照規(guī)范《港口及航道護(hù)岸工程設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTJ 300-2000）規(guī)定“斜坡式護(hù)岸工程，驗(yàn)算其整體穩(wěn)定性時(shí)，可以不考慮波浪力的作用”[2]。孤立航標(biāo)基礎(chǔ)在水面10 m以下，且孤立航標(biāo)基礎(chǔ)位于船舶航行位置的斜下方，距離較遠(yuǎn)，可以忽略。

對(duì)某港主航道邊坡測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，坡肩處坡度從1:80快速過(guò)度到1:4，說(shuō)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(dòng)法對(duì)其整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，被削坡后，滑動(dòng)力矩變小，對(duì)邊坡穩(wěn)定更加有利。

圖3 航標(biāo)錨塊基礎(chǔ)坡肩沖刷示意

綜上所述采用靜力方法計(jì)算邊坡穩(wěn)定是可行的，因此在該工程耙吸船繞挖施工中，航標(biāo)基礎(chǔ)邊坡確定為1:7。航標(biāo)基礎(chǔ)平均深度為-10.5 m，需開(kāi)挖至-17.0 m，開(kāi)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(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)的放坡坡比和放坡半徑，需要對(duì)耙吸船的航線進(jìn)行設(shè)計(jì)。為形成上述坡度和放坡半徑，計(jì)劃采用上挖下欠的方式進(jìn)行耙吸船航線設(shè)計(jì)。開(kāi)挖深度為6.5 m，開(kāi)挖土質(zhì)主要是淤泥和淤泥混砂，土質(zhì)內(nèi)摩擦角小，流動(dòng)性較強(qiáng)，可分兩層進(jìn)行開(kāi)挖，每層3.25 m。分層開(kāi)挖設(shè)計(jì)詳見(jiàn)圖4。

圖4 耙吸船分層開(kāi)挖示意

考慮到坡肩容易受到?jīng)_刷，航標(biāo)基礎(chǔ)需要較大的范圍，以免航標(biāo)受到基礎(chǔ)沖刷影響，設(shè)計(jì)航標(biāo)基礎(chǔ)半徑為10 m。綜上所述，耙吸船設(shè)計(jì)開(kāi)挖航線應(yīng)以航標(biāo)為圓心，半徑為32.75 m。航線設(shè)計(jì)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(guò)程中繞徑逐漸擴(kuò)大，向外拓展。對(duì)整個(gè)航道范圍內(nèi)的航標(biāo)進(jìn)行連續(xù)施工，耙吸船繞開(kāi)燈浮標(biāo)區(qū)域開(kāi)展螺旋式“8”字形航道拓寬，通過(guò)往復(fù)循環(huán)，耙吸船耙頭逐漸下放到設(shè)計(jì)深度，逐步完成疏浚作業(yè)[3]。

5 錐形淺點(diǎn)疏浚

采用繞法施工完成航標(biāo)周邊疏浚，并將航標(biāo)移位后，需要對(duì)錐形基礎(chǔ)進(jìn)行疏浚。每個(gè)錐形淺點(diǎn)剩余的土方量V=s1×h1/3-s2×h2/3，其中s1為淺點(diǎn)底面面積，h1為完整錐體高度，s2為航標(biāo)基礎(chǔ)平臺(tái)的底面面積，h2為以航標(biāo)基礎(chǔ)平臺(tái)為底面的錐體高度，剩余工程量約為25 400方。該淺點(diǎn)如采用單艘15方抓斗船開(kāi)挖，預(yù)計(jì)最少需要2天的時(shí)間，且施工期間會(huì)影響航道運(yùn)營(yíng)，效率低。因此考慮仍采用耙吸船進(jìn)行疏浚，采用上層單耙定點(diǎn)清淺，下層快速掃淺的方法，1天即可完成疏浚作業(yè)。

6 質(zhì)量控制措施

采用耙吸船繞法施工時(shí)，影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素是耙吸船的定位系統(tǒng)，本工程采用的耙吸船采用DGPS進(jìn)行定位，定位精度在1 m以內(nèi)，航向進(jìn)度在 0.5°以內(nèi)[4]，考慮到航線設(shè)計(jì)的冗余度，耙吸船的精度滿足的施工質(zhì)量要求。耙吸船耙頭下放深度由傳感器進(jìn)行定位控制，在施工過(guò)程中定時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，保證質(zhì)量要求。施工過(guò)程中加強(qiáng)觀測(cè)、及時(shí)進(jìn)行質(zhì)量分析，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。

7 結(jié) 語(yǔ)

1）通過(guò)采用耙吸船繞法施工，可減少航道拓寬工程中航標(biāo)移位疏浚的影響時(shí)間，單點(diǎn)疏浚影響時(shí)間降低至1天，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）繞法施工設(shè)計(jì)需要考慮疏浚土質(zhì)自然放坡，要對(duì)不同土質(zhì)在自然條件下的穩(wěn)定坡度進(jìn)行計(jì)算分析，在考慮冗余度的情況下，確定坡比。

3）耙吸船的航標(biāo)基礎(chǔ)疏?？刹捎梅謱邮杩５姆椒?，其設(shè)計(jì)航線繞徑在此基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算確定，要保證航線與航標(biāo)基礎(chǔ)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(zhì)量控制重點(diǎn)，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(cè)量頻次，保證施工質(zhì)量。