绞吸式挖泥船在精确疏浚水下边坡时的质量控制

绞吸式挖泥船在精确疏浚水下边坡时的质量控制

曹韩崇

中国电建集团港航建设有限公司 天津 300450

摘要：绞吸式挖泥船具有疏浚效率高、疏浚经济性好、疏浚技术成熟等诸多优点，这些优点使它广泛用于水下清淤、航道开挖、填海造陆等工程。而今环保理念深入人心，水工建设中对水下边坡的成坡质量要求逐步严苛。本文将结合中国电建集团港航建设有限公司在PADMA河道整治项目中精确疏浚边坡的实例，浅谈绞吸式挖泥船精确疏浚水下边坡时的质量控制。

关键词：绞吸式挖泥船、边坡精确疏浚、质量控制

1．水下边坡疏浚质量的重要性

随着环保理念深入人心，河道治理、海岸治理已然成为水工建设的一个重要方向，此类工程建设通常施工工序为：现场准备—设备进场—水下大土方疏浚—水下边坡疏浚—水下抛填防护—水下基槽回填—陆上筑堤—筑堤防护。在这些施工工序中，水下边坡疏浚无疑施工难度最大、技术要求最高，具体原因有：1.水下地质情况复杂且施工过程中不易直接观察其变化情况。2.河流、洋流、涌浪运动对边坡的影响巨大且变化无常。3.水下边坡疏浚时的直接扰动对土体稳定性影响巨大。4.水下边坡疏浚一旦发生塌方、滑坡现象对周围建筑、环境影响巨大，造成后续施工的工期、费用增加。5.水下边坡疏浚质量对整个工程质量影响巨大，水下边坡的平整度直接对水下土工布、水下土工袋、水下预制件的抛填质量造成影响，从而对水下防护工程的防护效果造成影响。正是因为水下边坡疏浚质量不易控制且其成坡质量对河道治理、海岸治理工程影响巨大，所以我们对水下边坡疏浚质量控制的研究极具意义。

2. 绞吸式挖泥船疏浚前的准备工作

疏浚是一个系统化的作业，要想保证疏浚质量，必须做好准备工作。

2.1场地准备

疏浚开始前必须准备好疏浚泥浆的排放场地，泥浆的排放场地设为回填施工时要注意排泥喷头的扩散处理，防止泥浆高速喷出对水体造成不必要的污染；泥浆的排放场地设为固定排泥场时要做好围堰与退水口的建设，防止对周围环境造成影响。疏浚开始前要依据实际情况利用岸管、潜管、浮管的组合布置好泥浆输送管道，此工作要考虑到水域内船舶通航需求。

2.2测量准备

进行疏浚前需先测量，通过浚前测量确定疏浚断面内的具体情况，然后依据测量结果进行疏浚施工设计。为防止测量后施工现场回淤或冲刷等情况造成测量与实际差距过大，浚前测量不宜过早，在疏浚前2天内进行即可。

2.3设备准备

对疏浚精度要求小的大土方疏浚，几乎所有的绞吸式挖泥船都可以满足作业要求，本文分析的项目大土方疏浚设备是IHC公司设计的7025型绞吸式挖泥船；对于疏浚精度要求高的边坡疏浚，要选用带有自动开挖功能的绞吸式挖泥船进行，本文分析的项目边坡精确疏浚设备是IHC公司的9029型绞吸式挖泥船，该船配备自动挖泥控制系统。两种设备详情如下所示：

2. 边坡开挖精度目标描述

PADMA河道整治项目对水下边坡疏浚精度要求极为罕见，此项目施工条件为：最大疏浚设计高程为-25m，土质为粉细砂和部分淤泥质粉土，设计坡度1:6，边坡允许偏差在垂直坡面的方向上为±250mm以内。在疏浚工程史上，如此高精度要求的边坡疏浚几乎从未有过，因此，该工程对高精度边坡疏浚的发展极具意义。

2. 疏浚方案设计

4.1大土方疏浚

为避免边坡土层过厚影响边坡成坡效果，要先对疏浚区域的大土方进行转移，其方法是在留有边坡保护层的基础上对土方分条分层，自上而下依次进行疏浚。在砂质土条件下7025型船分层厚度不宜大于4m，边坡保护层厚度不宜小于3m。

4.2高精度边坡疏浚

最终边坡疏浚亦应分条分层，自上而下依次进行，在砂质土条件下9029型船疏浚边坡最后3m土层宜分三次，其分层厚度分别为1.5m、1.0m、0.5m。

2. 疏浚过程中质量控制要点

5.1防止定位导航和船舶位置、深度深度误差是疏浚质量控制的前提

疏浚控制系统主要通过GPS采集挖泥船坐标信息以确定挖泥船位置及航向，GPS出现误差会使挖泥船在作业区域定位不准，在空间位置上出现误差，造成自动开挖时出现错误。施工过程中GPS出现误差的常见原因有：GPS信号微弱、基站异常、GPS接受器异常、自动挖泥控制系统软件运行异常。为保障施工质量，发现GPS信号异常应暂停施工，并对其进行排查与处理，直至GPS恢复正常方可继续施工。为了确认挖泥船的偏移参数是否合理，可以通过检查绞刀和主桩的GPS坐标精度来判断整个挖泥船平面上的位置精度，铰刀下放深度精度可以通过“水线校准法”校准。

5.2挖泥船操作者的职业素养是疏浚质量控制的关键

挖泥船操作者要严格遵守操作规程，在最终边坡疏浚时还要注意以下细节：1.在边坡抛锚时脱泵，防止吸口对边坡持续影响。2.换桩操作前先将铰刀抬离设计面至少1m,防止吸口对边坡持续影响。3.禁止将锚抛在保护层少于1.5m的边坡上。4.利用岸锚进行疏浚且开挖深度较深时需在横移绳下加垫浮筒抬高横移缆，防止刮蹭边坡。5.边坡开挖过程中保持横移速度在20~25m/min，匀速开挖保证成坡均匀。每次台车步进距离0.7/0.8m，保证开挖干净无欠土。6.边坡开挖时必须检查绞刀模式为边坡开挖，控制绞刀匀速转动，将绞刀转速设定为10~20r/min，保证成坡均匀。7.最终边坡开挖期间，泥泵流速不宜过快，防止局部松散等特殊土质由于吸力过大造成超挖。

5.3施工过程中的数据监测是边坡质量的重要保证

我们要充分利用数据监测对施工状况进行了解、判定。施工过程中测量船要及时对施工区域进行监测，疏浚工程师依据测量结果对设计数据纠偏。施工中，船上的泥浆浓度、铰刀负荷、横移拉力等监测数据对土层厚度特别敏感，在土层厚度一致的环境中疏浚突遇泥浆浓度变大、铰刀负荷变高、横移拉力变大的情况要特别留意水下塌方、滑坡的质量事件发生。

2. 水下边坡疏浚遭遇塌方、滑坡质量事件的处理

塌方、滑坡是水下边坡疏浚过程中影响最大的质量事故，要极力避免。在施工过程中发现有塌方、滑坡迹象时，及时停止施工防止扩大，同时测量船及时对施工区域进行监测，及时分析塌方、滑坡的成因，采取相应措施对其进行处理。通常塌方、滑坡趋于稳定后，应及时在超过设计边坡的深坑内抛填沙袋，防止过陡边坡受到扰动造成的新的塌方、滑坡。

2. 绞吸式挖泥船在对水下边坡进行精确修坡的具体应用

PADMA河道整治项目利用IHC公司9029型船，根据科学的疏浚设计与严格的质量控制，在10km河道整治范围内的实际疏浚工程中，实现在水下深度29m范围内，边坡高程误差±250mm范围内成坡。其具体疏浚质量效果如下图所示：

PADMA河道整治项目疏浚成坡的典型断面示意图

结语：

随着河道治理、海岸治理工程中水下边坡疏浚质量需求不断提高和绞吸式挖泥船自动开挖系统的成熟运用，传统的台阶开挖成坡法，自然塌方成坡法等施工工艺已然不能满足边坡疏浚要求。事实证明，利用绞吸式挖泥船的自动开挖技术采用科学的工艺、工法疏浚时边坡土体扰动更少、成坡质量更优。