施工第4章第1节疏浚工程

1 第四章航道整治工程 第一节疏浚工程 利用机具开挖水下土石方 以疏通航道 浚深港池和锚地水域等 称为疏 浚 疏浚工程按其性质和任务的不同 分为基建性疏浚和维护性疏浚两种 开 挖新航道 港池 扩大和加深现有航道 港池等均属于基建性疏浚 为了使现 有航道和港池维持所规定的尺度而挖除回淤的泥沙 属于维护性疏浚 疏浚即挖泥 在施工前 施工单位应向当地港航监督部门申请发布挖泥船 施工航行通告 航行通告应包括下列内容 1 工程名称和地点 2 施工起止日期 3 施工船舶名称和类型 锚缆 排泥管线设置情况 4 施工占用的水域范围 5 挖泥船作业时悬挂的信号 6 船舶在施工区航行注意事项 7 避让方法和联系信号 疏浚工程施工前应对工区进行浚前测量 以作为核实疏浚工程量和组织工 的依据 测量时应邀请业主代表或监理工程师参加 成果应由双方确认 当挖泥船采用导标法定位施工时 应采用导标将设计挖槽的起始线 终止 线 挖槽边线 边坡线 工程分界线 中线和转向点等标出 并根据需要设置 里程标 边坡开挖导标和分条施工导标 导标的精度应满足下列要求 1 陆地导标相对设计轴线的横向偏差应不大于 0 1m 2 浅滩上的导标相对其设计轴线的横向偏差应不大于 0 3m 3 导标放样的方向校核误差应不大于 12 导标设置后 应在施工区的最远端对准导标做多点定位检查 检查点应均 匀地分布于导标设计轴线两侧 检查点相对于导标轴线在图上的横向偏移距应 满足式 4 1 的要求 4 1 2 3 10 63 2 MV W u 式中 u 检查点相对于设计轴线在图上的横向偏移距 mm 2 V 望远镜放大倍率 M 测图比例尺分母 W 肉眼观察时的导标灵敏度 m 应不大于施工容许超宽值 一 挖泥船及其施工方法 挖泥船是开挖水下土石方的工程船舶 按其工作原理 通常有水力式 机 械式两大类 水力式是通过机械使泥沙和水混合形成泥浆 利用泥泵进行吸泥 和排泥 包括绞吸式和耙吸式挖泥船等 机械式是依靠泥斗挖掘水下土石方 包括链斗式 抓斗式和铲斗式挖泥船等 4 5 6 7 一 绞吸式挖泥船及其施工方法 绞吸式挖泥船一般为非自航式 它是利用转动着的绞刀绞松河底土壤 与 水混合成泥浆 经吸泥管吸入泵体并经排泥管输送至排泥区 绞吸式挖泥船的 生产过程 挖泥 输泥和卸泥都是由自身连续完成的 生产效率较高 一般为 40 400m3 h 挖深可达 3 10m 现代大型挖泥船生产率可达 5000m3 h 以上 挖 深可达 35m 它适用于风浪小 流速低的内河湖区和沿海港口的疏浚 以开挖 砂 砂壤土 淤泥等土质较适宜 采用有齿的绞刀后也可挖粘土 但工效较低 开工展布是指挖泥开工前的准备工作 包括定船位 抛锚 架接水上 水 下及岸上排泥管线等 进点定位方法有很多种 目前很多已采用 GPS 来定位 特别是近海航道 其方法简单易行 精度高 是今后发展的方向 在定位抛锚 时 先将挖泥船拖至起点导标附近 调正船位 使一定位桩对准挖槽 或分条 的施工中心导标 绞刀位于起点导标线上 待拖轮航行惯性消失后 下放该定 位桩定位 若遇水流流速较大或基床土质较硬 单靠一定位桩不足以稳住船位 时 则应是先抛锚 顺流松尾缆 待绞刀位于起点导标线上后 下放该定位桩 定位 抛设控制绞刀摆动的左右锚时 锚位的超前角不宜大于 25 为了减少 抛 移锚的时间 可沿挖泥前进方向按一定间距抛设若干对左 右锚 绞吸式挖泥船挖泥时的施工方法根据所采用的定位装置不同而划分 其中 最常用的是对称钢桩横挖法 还有钢桩台车横挖法 当在风浪较大的地区 装 有三缆定位设备的挖泥船 应采用三缆定位横挖法施工 在水流流速较大或风 浪较大的地区 对装有锚缆横挖设备的绞吸挖泥船应采用锚缆横挖法施工 挖泥时最简单的前移是利用两根钢桩轮流交替插入水底 作为船体摆动中 心 收放左右锚 摆动绞刀 一方面按扇形挖泥 一方面移船前进 称为双桩 前移 横挖 法 两 定位 桩前 移轨 迹如 8 图 4 1 所示 单桩前移横桩挖法 即以一根钢桩为主桩 始终对准挖槽中心线 作为摆 动中心 而以另一根钢桩作为副桩 为前移换桩之用 因只有一个摆动中心 故绞刀的挖泥轨迹互相平行 只要钢桩前移距保持适当 就可以避免重挖和漏 挖 如图 4 2 所示 当挖槽宽度大于绞吸挖泥船横移 次所能开挖的最大宽度时 应按下列情 况将挖槽分成若干条进行开挖 1 采用钢桩横挖法施工时 分条的宽度宜等于钢桩中心到绞刀头水平投 影的长度 分条的数量不宜太多 以免增加移锚 移船时间 降低挖泥船的工 效 分条的最大宽度不得大于挖泥船一次开挖的最大宽度 绞吸挖泥船的最大 挖宽一般不宜超过船长的 1 1 1 2 倍 视当地水流流速及横移锚缆抛放长度而 定 当流速较大时 应减少开挖宽度 分条最小宽度应大于挖泥船的最小挖宽 最小挖宽按以下方法确定 当浚前水深小于挖泥船的吃水时 最小挖宽等于绞 刀头挖到边线时 首船体两角不至于碰撞岸坡时的最小宽度 见图 4 3 当浚 前水深大于挖泥船的吃水时 最小挖宽采用等于挖泥船前移换桩时所需的摆动 宽度 2 采用三缆横挖法施工时 分条宽度由船的长度和摆动角确定 摆动角 宜选用 70 90 最大宽度不宜大于船长的 1 4 倍 3 采用锚缆定位横挖法施工时 分条宽度应根据主锚缆抛放的长度决定 最大宽度宜 100m 左右 当挖槽长度大于挖泥船水上管线有效伸展长度时或挖槽规格不一和工期要 求不同时需分段施工 当疏浚区泥层厚度很厚时 应分层开挖 分层时上层宜 厚 下层 接近设汁标高时 宜薄 厚度范围应在绞刀直径的 0 5 2 5 倍 9 10 11 12 二 耙吸式挖泥船及其施工方法 耙吸式挖泥船是一种装备有耙头挖掘机具和水力吸泥装置的大型自航 装 舱式挖泥船 挖泥时 将耙吸管下放河底 利用泥泵的真空作用 通过耙头和 吸泥管自河底吸取泥浆进入挖泥船的泥舱中 泥舱满载后 起耙航行至排泥区 开启泥门卸泥 或直接将挖起的泥土排出船外 有的挖泥船还可将装载于泥舱 的泥土自行吸出进行吹填 它具有良好的航行性能 可以自航 自挖 自载 自卸 并且在作业中处于航行状态 不需要定位装置 它适用于无掩护 狭长 和平整度要求低的沿海进港航道的开挖和维护 以开挖淤泥时效率高 耙吸式挖泥船施工作业无需抛锚展布 挖泥时 用陆上导标或水上浮标定 向 也可用雷达 无线电定位或 GPS 卫星定位 罗经定向 耙吸式挖泥船一般 采用逆流纵挖法施工 在水流流速较小 水域宽阔情况下采用顺流施工 根据 挖槽的情况可以分段 分条 分层施工 根据其排泥方式可分为装舱法 旁通 法及吹填法施工 旁通或边抛施工法宜在下列情况下采用 1 当地水流有足够的流速 可将旁通的泥沙携带至挖槽外 且疏浚增深的 13 效果明显大于旁通泥沙对挖槽的回淤时 2 施工区水深较浅 不能满足挖泥船装舱的吃水要求时 可先用旁通法施 工 待挖到满足挖泥船装载吃水的水深之后 再进行装舱施工 3 在紧急情况下 需要突击疏浚航道浅段 迅速增加水深时 4 环保部门许可 对附近水域的回淤没有明显不利影响时 吹填法施工是将装在泥舱中的泥浆 用挖泥船自身的泥泵排至填筑地点 但耙吸式挖泥船的泥泵多数扬程不高 一般排泥距离较短 耙吸式挖泥船应根据开挖的土质选用下列不同类型的耙头 1 挖淤泥 淤泥质土 软粘土宜选用 IHC 耙头 2 挖松散和中等密实的砂宜选用 加利福尼亚 耙头 3 挖密实的砂应在耙头上加高压冲水 4 挖较硬粘性土或土砂混合土质 宜在耙头上加切削齿或采用与推进功率 相匹配的切削型耙头 耙吸式挖泥船在施工时航行速度不宜过快 一般为 3 4km h 航行方向要 准 避免因左右摆动过大 致使泥耙 吸泥管等由于受到阻力而损坏 挖掘的 垅沟左右交替也降低了平整度 在开挖边线时 要顶流 顶风 顶浪挖 以减 小超宽 此外 在挖左右交替垅沟时 常易出现吸泥口堵塞或只吸清水的不良 后果 必须注意 交抓交抓 117 14 船舶名称 交抓 117保有单位 三公司航区 港内 挖泥能力 810 m3 h 船籍港 大连港 原船名 第 18 周宏 丸 价格 3048 83 万元 建造厂 日 四 国建机 株 建造日期 1991 1 设计单位 日 四国建机 株 设计图号 SP 6207A 斗容 18 m3 主机功率 1457 kW 自持力 240 h定员 18 人 总长 55 m总宽 20 m型宽 20 m型深 3 75 m 总吨位 1163压载水 300t燃油 170t淡水 150t 空载艏吃水 1 572m艉吃水 1 572m排水量 1312t 满载艏吃水 2 5 m艉吃水 2 5 m排水量 1862 9t 主要 参数 建筑物最高点距轻载水线的高度 34 8 m 挖泥 机参 数 挖泥机型号 SKK 20018GDT F 15 三 抓斗式挖泥船及其施工方法 抓斗式挖泥船有自航式和非自航式两种 自航式一般自带泥舱 泥舱装满 后自航至排泥区卸泥 非自航式则利用泥驳装泥和卸泥 挖泥时运用钢缆上的 抓斗 依靠其重力作用 放入水中一定深度 通过插入泥层和闭合抓斗来挖掘 和抓取泥沙 然后通过操纵船上的起重机械提升抓斗出水面 回旋到预定位置 将泥沙卸入泥舱或泥驳中 如此反复进行 抓斗式挖泥船一般用于航道 港池 及水下基础工程的挖泥上作 它适合于挖掘淤泥 砾石 卵石和粘性土等 但 不适合挖掘细砂和粉砂土 若采用特制的抓斗 也可用于水下的清除碎石 抓斗挖泥船定位抛锚和链斗式挖泥船基本相同 只是由于多为顺流挖泥 型号 Z280L ST台数 1 功率 1457kW转速 720 rpm 柴油 机 燃油耗率 200 g kW h制造厂 雅马 型号 液压台数 2卷扬 机卷筒拉力 kN绳速 m min 型号DENYO S6D125E 2 ADENYO 6D22 功率 kW 205136 转速 rpm 1800 1800 柴油 机 台数11 型号DCA 220SPKDCA 150SPI 电制交流三相交流三相 电压220 110 伏220 110 伏 发电 机组 参数 发电 机 发电量 kW 200120 起重起重量 70 t水上吊高 10 m舷外跨距 10 2 m钩速 0 70 m min 挖泥挖深 50 m挖泥能力 810m3 h斗容 18 m3斗重 43 t 用途型式拉力 kN 绳速 m min 数量绳直径 mm 绳长 m 移船起锚液压2450 172 2 40250 绞车 参数 移船起桩液压1470 25 82 34110 类型数量重量 t 用途 海军锚44系泊 工作锚 定位 桩 尺寸 1300mm长度 38 3 m根数 2 避风生存 抗风浪等级 使用 条件作业抗风浪等级 港内水域作业 浪高 1 5 米 风力 5 级 拖带 条件 所需拖轮功率 拖力 294 千瓦以上拖轮拖带作业 备注挖泥疏浚 碎岩棒 40 吨 16 前边锚不考虑超前角 后边锚多向后抛 当流速比较小时 亦可不抛设边锚 一般采用纵挖法施工 可根据施工条件而采用顺流 分条 分段 分层施工 当泥层厚度较薄 土质松软时 可采用梅花挖泥法 即挖泥时不连续下斗 而 是斗与斗之间留有一定距离 前移后挖第二排时 在原第一排两斗之间处下斗 这样依次进行 使泥面呈梅花形土坑 如图 4 6 所示 17 抓斗挖泥船的挖泥为非连续性的 质量控制比较困难 因此必须强化施工 的深度和平面控制 加强定位和水深检测 控制挖泥船移动范围与船的大小 抛锚的方向和长度有关 一般抛一次锚可以前移 40 50m 横移 3 倍船宽 作 业宽度决定于抓斗吊杆的伸出跨度 但当水深流急时 也只能稍大于船宽 因水 流作用 抓斗即便超出船舷入水 亦将被水流冲向船舷 前移距宜取抓斗张开 宽度的 0 6 0 7 倍 疏浚厚度与抓斗开口宽度和土质有关 抓斗开口宽度一定 则完全取决于土质 抓斗开口宽度应以抓斗充泥 满而不外溢 为限 用抓斗 挖泥船挖泥 平整度较差 一般有 0 3 0 8 m 的误差 为了提高平整度 应根 据水位 控制下抓斗的深度 根据土质 控制下抓斗的间距 重叠 1 4 1 3 的抓 斗宽度 必要时 最后一层土宜用小抓斗 轻 挖 按土质选斗时 挖淤泥和松软土用普通斗 挖小石块和坚硬土用半齿斗 按挖深选斗时 挖深大用较重的斗 挖深小用较轻的斗 二 作业船的选择和数量的确定 一 挖泥船选择 选择挖泥船时要考虑工程土方量 施工地区自然条件 施工条件及泥土处 理要求等因素 具体有以下几方面 1 挖泥船的性能 包括船长 船宽 吃水 动力 航速 排泥方法 泥泵 性能 最大最小和最有效挖深 最大最小挖宽 船的抗风浪能力和各种条件下 的生产率等 是否与所承担的任务和施工条件相适应 2 对土质的适应性 土质对挖泥船的生产率影响很大 对不同性质的土壤 应选择与之相适应的挖泥船类型 如前所述自航耙吸式和绞吸式挖泥船适宜挖 淤泥 砂土 链斗式挖泥船适宜挖松软砂壤土 除细砂 石质外 其他土质一 般也能适用 抓斗式挖泥船适宜挖松软成块土壤或坚硬夹石质土壤 铲斗式挖 泥船适宜开挖硬土 碎石或砾石河床 3 考虑挖泥船的生产能力及经济合理性 如对土方量较大的河口浅滩和进 港航道 一般选用自航耙吸式挖泥船施工 港池 锚泊地以及要求质量较高的 基槽开挖 一般选用链斗式和绞吸式挖泥船施工 土方量不大的码头泊位 基 18 槽等 选用抓斗式挖泥船施工 4 考虑施工地区 包括抛泥区 的水文 气象及地理条件 如自航式挖泥 船抗浪性能强 可进行外海作业 非自航挖泥船抗浪性能差 尤其是靠定位桩 固定和输泥管拉得很长的绞吸式挖泥船抗风浪能力更弱 仅适于在内河 湖区 和有掩护的港池施工 5 考虑挖槽条件及排泥方式 挖槽条件主要是指挖槽宽度 水深和泥层 厚度 排泥方式主要有运到远处深水抛弃 直接或间接吹填等 二 辅助船只配备 当确定某种类型的挖泥船作为施工主体船后 就必须选择配备相应的辅助 船只 组成挖泥船队 辅助船只应根据挖泥船的类型 大小和卸泥方法来配备 如采用链斗式 抓斗式和铲斗式挖泥船施工 应配备拖船和泥驳 采用绞吸式 挖泥船施工 则需配备排泥管 水上浮筒 拖船和绞锚艇 此外 尚需配备供应船 包括供水 供煤 供油船 抛锚艇 宿舍船 交 通船和舢板等 三 作业船数量的确定 1 挖泥船数量计算 若已知疏浚工程的工期和挖泥船的计算生产率 Pc m h 则每艘挖泥船可 以完成的工程量 E m 为 E TehePc 4 2 Te kdT 4 3 he kht 4 4 Te 挖泥船在规定的工期中进行实际疏浚作业的天数 T 疏浚的工期 天 kd 工作天利用率 我国华东和华北地区其值为 0 55 华南地区为 0 50 he 每天平均工作小时数 即在一天中实际进行疏浚作业的小时数 kh 工时利用率 一般不小于 0 75 t 一天的工作时间 h 三班制按 24h 计算 所需挖泥船数量 N 艘 N Q E 4 5 式中 Q 总工程量 m 19 2 泥驳和拖船数量计箅 用链斗或抓斗 铲斗等挖泥船作业时 必须配备足够数量的泥驳和拖船 自航泥驳则不需拖船 以保证挖泥船连续工作 设 t1为泥驳到抛泥地点抛泥 及往返所需时间 t2为每只泥驳装泥所需时间 则每艘挖泥船所需配备的泥驳 数 n 和拖船数目 B 为 n t1 t2 n0 4 6 B t1 t2D 4 7 式中 n0 停靠在挖泥船旁备用的泥驳数 D 拖船一次拖带的泥驳数 在上述关系中 是假定所有的泥驳容量 拖船能力都是相同的 而实际上 很难集合相同的泥驳和拖船来施工 这时 t1和 t2都各不相同 则可先求 t1和 t2 的平均值 再按上述原则进行估计 三 疏浚泥土的处理及吹填工程 一 疏浚泥土的处理方法 疏浚泥土的处理 是疏浚工程施工中一个极其重要的问题 经验表明 疏 浚泥土处理方法恰当与否 直接关系到工程进度 挖泥效率 巩固疏浚成果 工程成本以及环境保护等 因此必须从经济和环保的角度作出分析和评价 疏 浚泥土的处理方法随挖泥船的类型 生产方式和施工条件而异 主要有水下抛 泥法 边抛法和吹填法等三种 1 水下抛泥法 将疏浚泥土运往指定的水下抛泥区 抛弃不用 称为水下抛填法 若有关 部门未事先规定抛泥区 可自由选择适宜的抛填区时 要考虑以下几点 1 尽量靠近挖泥地点 以缩短抛泥距离 降低费用 2 抛泥区要有一定的水域面积和水深 以便于船只出入和转头 节省抛 泥作业时间 3 抛泥区沿途的水域风浪 不妨碍抛泥作业 4 不影响其他船只航行 不妨碍其他用水行业 如水利 筏运 渔业等 不影响环境 选择的抛泥区要征得港航 海事和环保部门及其他有关部门的同 意 5 在满足上述要求的前提下 同时必须摸清水流情况 把抛泥区选在流 20 速小 流向偏离挖槽一侧的地区 以避免抛弃的泥土重新返回港池或航道 2 边抛法 自航耙吸式挖泥船在疏浚作业中 一边挖泥 一边将吸起的泥浆排入水中 随水流带走 称为边抛法 3 吹填法 是将疏浚泥土送往陆地或水下边滩等进行填筑 这不仅增加了港口陆域面 积 可使废土得到利用 而且避免了疏浚泥土回淤航道的可能性 是一种较优 的方案 二 吹填工程 吹填工程按其性质可分为 以挖泥为主 结合处理疏流泥土的吹填工程 以吹填为主 专为某建设项目服务的吹填工程 吹填工程现已广泛应用于围垦 造地 扩大陆域 吹砂填筑路基及结合河道整治等 可节省大量的建设资金 1 接力泵站的布置 当疏浚泥土需经中转进行远距离输送时 必须设立固定的接力泵站 它是 把几台泥泵用输泥管线串联起来工作的疏泥系统 接力泵站与吹泥船的联接方式 一种是设中间站池 泥浆池 贮存泥浆方式 吹泥船和接力泵站分别单独工作 互不干扰 一种是将吹泥船与接力泵站直接 串联的方式 但在吹泥船换驳时 为了不使接力泵停顿需改吸清水 相互串联 的泥泵可以集中串在一起 也可以分段设置 前者管理方便 但输泥管内的压 力成倍增加 输泥管的管壁需要增厚 后者两泵站距离越远 输泥管内压力降 得越低 所以应保证后面接力泵的吸泥管具有正压力 以免空气进入管路 2 泥场的选择 用来储存吹填泥浆的区域 称为泥场 泥场的选择条件因工程性质而异 对以吹填为主的吹填工程 主要取决于所需吹填的范围 选择时要考虑 1 根据挖槽的土质 数量来决定泥场的范围和容量大小 2 选择有低洼 废坑 荒地等有利于容泥的地区 3 附近有沟渠 河浜 相通 以便于排水 4 在没有接力泵条件时 只能就近吹填 此时 泥场的数量和容量需 根据挖泥船扬程和排泥管线长度等决定 3 围堤的修筑 21 吹填工程中设置围堤的作用在于构造泥场 促使泥浆在规定的范围内沉积 使其不能任意漫流 在水中吹填时 围堤起到护岸或护坡的作用 保护吹填土 不受水流和风浪的淘刷 围堤的布置要按照地形 尽量把堤线布置在有高岗 土埂处 以减少工程量 围堤的断面形式一般为梯形 如图 4 9 所示为分期进 行吹填作业设置两期围堰的情况 围堤的尺度 依不同的土质而定 当围堤高度大于 3m 时 一般采用分期 吹填分层填筑 以减小围堤断面 防止坍塌事故 H H0 H 4 8 式中 H 围堤标高 m H0 要求吹填的泥场设计标高 m H 预留超高 即考虑吹填终了时泥场水位超出泥场没计标高和围堤本 身的沉降所预留的高度 一般为 0 3 0 5m 围堤基础处理应满足下列要求 1 围堤地基上的树根 杂草 淤泥及腐殖土应清除 2 围堤地基