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)計研究院有限公司 天津市疏浚工程技術(shù)企業(yè)重點實驗室，天津 300000）

引 言

在進(jìn)行航道拓寬施工時，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，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施工區(qū)中航標(biāo)的情況下進(jìn)行繞挖施工。本文針對耙吸船繞挖施工的問題開展研究，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)計以及船舶施工參數(shù)設(shè)定，耙吸船定點掃淺施工工藝等對應(yīng)的解決措施和施工工藝，縮短移除燈浮標(biāo)所再區(qū)域的開挖時間，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)計底高程-17.0 m，設(shè)計邊坡坡比 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)營單位要求降低燈浮標(biāo)移位影響時間。

圖1 典型開挖斷面示意

2 繞挖施工工藝分析

耙吸船繞挖施工，主要存在以下問題，繞挖施工，會導(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，對來往船舶存在安全風(fēng)險，也可能會造成錨塊掩埋，影響移位作業(yè)；繞挖施工需要控制好耙吸船繞徑，對耙吸船定位和航行操控有較高要求，需要合理設(shè)計耙吸船航速及航線，確保安全和清淤質(zhì)量；航標(biāo)移除后，需快速對原有航標(biāo)的基礎(chǔ)淺點進(jìn)行快速定向掃淺，完成整體疏浚施工，在最短的時間內(nèi)使航道具備通航條件。結(jié)合上述問題，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

航標(biāo)基礎(chǔ)的邊坡坡比設(shè)計類似于航道邊坡設(shè)計，航道邊坡坡度的確定通常采用靜力計算進(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，同時作為孤立淺點，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，航標(biāo)基礎(chǔ)的穩(wěn)定，需要通過計算結(jié)合現(xiàn)場試驗的方法進(jìn)行航標(biāo)基礎(chǔ)邊坡的設(shè)計。

3.1 采用靜力方法計算邊坡坡度

針對本工程，采用整體穩(wěn)定的靜力計算的方法，用圓弧滑動的理論計算的。采用直剪快剪的指標(biāo)進(jìn)行計算，取僅有淤泥土層進(jìn)行計算。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)定驗算。

表1 圓弧滑動計算最小抗力分項系數(shù)

通過靜力計算可知坡度小于1:6時，均可確保邊坡的穩(wěn)定。[1]

3.2 靜力計算論證

采用繞挖施工后，航標(biāo)基礎(chǔ)作為孤立淺點，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，影響更為明顯。僅用靜力計算方法計算邊坡穩(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)計與施工規(guī)范》（JTJ 300-2000）規(guī)定“斜坡式護(hù)岸工程，驗算其整體穩(wěn)定性時，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。

對某港主航道邊坡測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，坡肩處坡度從1:80快速過度到1:4，說明坡肩受海流作用被沖刷成緩坡，坡肩沖刷后，采用圓弧滑動法對其整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗算，被削坡后，滑動力矩變小，對邊坡穩(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，需開挖至-17.0 m，開挖深度為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

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

圖4 耙吸船分層開挖示意

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)計航標(biāo)基礎(chǔ)半徑為10 m。綜上所述，耙吸船設(shè)計開挖航線應(yīng)以航標(biāo)為圓心，半徑為32.75 m。航線設(shè)計如圖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，施工過程中繞徑逐漸擴(kuò)大，向外拓展。對整個航道范圍內(nèi)的航標(biāo)進(jìn)行連續(xù)施工，耙吸船繞開燈浮標(biāo)區(qū)域開展螺旋式“8”字形航道拓寬，通過往復(fù)循環(huán)，耙吸船耙頭逐漸下放到設(shè)計深度，逐步完成疏浚作業(yè)[3]。

5 錐形淺點疏浚

采用繞法施工完成航標(biāo)周邊疏浚，并將航標(biāo)移位后，需要對錐形基礎(chǔ)進(jìn)行疏浚。每個錐形淺點剩余的土方量V=s1×h1/3-s2×h2/3，其中s1為淺點底面面積，h1為完整錐體高度，s2為航標(biāo)基礎(chǔ)平臺的底面面積，h2為以航標(biāo)基礎(chǔ)平臺為底面的錐體高度，剩余工程量約為25 400方。該淺點如采用單艘15方抓斗船開挖，預(yù)計最少需要2天的時間，且施工期間會影響航道運(yùn)營，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，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，在施工過程中定時進(jìn)行觀測，保證質(zhì)量要求。施工過程中加強(qiáng)觀測、及時進(jìn)行質(zhì)量分析，及時調(diào)整施工參數(shù)。

7 結(jié) 語

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

2）繞法施工設(shè)計需要考慮疏浚土質(zhì)自然放坡，要對不同土質(zhì)在自然條件下的穩(wěn)定坡度進(jìn)行計算分析，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)計航線繞徑在此基礎(chǔ)上進(jìn)行計算確定，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，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量頻次，保證施工質(zhì)量。