湯梟劍

（中國港灣工程有限責(zé)任公司，北京100027）

1 引言

內(nèi)河及沿海港口、航道在建設(shè)和運(yùn)營過程中必須進(jìn)行疏浚，否則泥沙淤積會導(dǎo)致港口水深不足，進(jìn)而影響港口的建設(shè)和運(yùn)營。回淤問題具有不確定性高、清淤難度大、反復(fù)發(fā)生以及影響大等特點(diǎn)，要有效解決此問題，首先要深入分析施工區(qū)域泥沙來源，掌握回淤規(guī)律以及影響回淤的因素，在此基礎(chǔ)上制訂針對性的治理方案，從而在施工過程中采取相應(yīng)的防淤減淤措施。

2 項(xiàng)目概況

喀麥隆克里比深水港二期工程項(xiàng)目位于喀麥隆南部大洋省克里比市南Mboro 村，距克里比市區(qū)約35 km，緊鄰深水港一期項(xiàng)目，所建兩個泊位與一期集裝箱泊位銜接，碼頭岸線向北面延伸。項(xiàng)目航道、港池、停泊水域疏浚及碼頭基槽開挖總方量約3.93×106m3，炸礁約1.0×105m3。本項(xiàng)目最為突出的問題就是港口近岸水深不足，航道回淤嚴(yán)重，影響正常通航。項(xiàng)目所處海域海況變化具有明顯的季節(jié)性，5～8月海況最差，屬于不利施工期。而在12月至來年4月海況相對較好，有利于近岸工程施工；年平均降雨量3 200 mm，每年降雨天為180～240 d，降雨量較大，對于施工活動影響較大。

3 泥沙來源及回淤規(guī)律分析

3.1 泥沙來源

一般來說，造成回淤問題的泥沙來源主要包括河流來砂、沉積在港域附近淺灘上的泥沙以及其他砂源[1]，本文從這3 方面對本項(xiàng)目回淤泥沙來源進(jìn)行分析。

3.1.1 河流來砂

喀麥隆克里比深水港二期項(xiàng)目所處區(qū)域無河流入海，海域北面區(qū)域僅有幾條小河流入海，其中入海泥沙最大的河流每年不超過3.5×105t，呈逐年下降的趨勢；海域南面僅有兩條河流入海，其中入海泥沙含量最大的河流每年不超過5.0×105t，也呈逐年減少的趨勢，主要得益于沿岸綠植豐富起到較好的水土保持作用。綜合來看，喀麥隆克里比深水港回淤主要泥沙來源并非河流來砂。

3.1.2 沉積在港域附近淺灘上的泥沙

沉積在港域附近淺灘上的泥沙受潮流和風(fēng)浪的作用，會被來回搬運(yùn)，而這些泥沙流入航道后，流速明顯下降，因此，大概率會沉積下來[2]，本項(xiàng)目回淤主要泥沙來源之一就是沉積在港域附近淺灘上的泥沙。

3.1.3 其他砂源

喀麥隆克里比深水港二期項(xiàng)目所處區(qū)域存在兩處拋泥區(qū)，是在一期項(xiàng)目施工時(shí)拋棄淤泥的區(qū)域，雖然大部分淤泥在海浪以及潮流作用下沖刷至其他區(qū)域，但也有少部分殘留，長時(shí)間累積后也會形成較大規(guī)模。在項(xiàng)目施工前對兩處拋泥區(qū)進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)其含沙量相較于其他區(qū)域高出30%左右，因此，拋泥區(qū)殘留泥沙也是本項(xiàng)目回淤問題主要泥沙來源之一。

3.2 回淤規(guī)律

3.2.1 隨時(shí)間變化規(guī)律

根據(jù)對本項(xiàng)目所處區(qū)域的觀測，發(fā)現(xiàn)上半年回淤厚度相較于下半年回淤厚度明顯較小，意味著該海域回淤主要發(fā)生在下半年；同噸級航道回淤厚度在不同時(shí)間段極為接近，這意味著回淤厚度并不隨時(shí)間變化；近岸淺灘高程淤值大，沿外海方向逐漸減小，航道的回淤值也減小。

3.2.2 隨水深變化規(guī)律

根據(jù)對本項(xiàng)目所處區(qū)域的觀測，發(fā)現(xiàn)5 萬t 級航道回淤值相較于7 萬t 級航道回淤值低0.3m 左右，這表明港區(qū)回淤厚度與航道水深之間存在聯(lián)系，具體表現(xiàn)為航道水深越深則回淤厚度越大。

3.2.3 隨航道位置變化規(guī)律

根據(jù)對本項(xiàng)目所處區(qū)域的觀測，發(fā)現(xiàn)斷面平均回淤強(qiáng)度沿航道里程表現(xiàn)出先增后減的趨勢，從航道內(nèi)段至里程6 km的區(qū)域內(nèi)，回淤強(qiáng)度隨航道里程增加而增加；從里程6 km 處至外海，回淤強(qiáng)度隨航道里程增加而減小?；赜購?qiáng)度最大處即里程6 km 區(qū)域，這主要是由于該區(qū)域處在輸沙主通道上，相較于其他區(qū)域含沙量明顯較大，回淤厚度基本在1.50 m 左右。

4 回淤因素分析及治理對策研究

4.1 影響回淤的因素

1）水文地質(zhì)因素。水文地質(zhì)因素指的是因風(fēng)、潮流、海浪等自然因素造成的回淤[3]。在本項(xiàng)目中回淤泥沙屬于淤泥質(zhì)泥沙，港區(qū)含沙量隨季節(jié)變化較大，因此，在施工過程中無法有效規(guī)避此類風(fēng)險(xiǎn)。

2）極端氣候因素。極端天氣主要指的是因大風(fēng)造成的回淤，這是港航施工中較為常見的極端天氣，屬于不可抗力因素。施工單位在施工過程要實(shí)時(shí)關(guān)注天氣變化，在大風(fēng)天氣來臨的前3～4 d，要對施工區(qū)域水深進(jìn)行測量，并在大風(fēng)天氣過后再次測量，從而計(jì)算出因大風(fēng)造成的回淤量。

3）挖泥船溢流因素。挖泥船溢流也是港航施工中造成回淤的因素之一，土質(zhì)不同挖泥船溢流時(shí)間會存在明顯差異[4]。

4）施工期因素。施工期的選擇也是影響港航施工中回淤問題的主要因素之一，受區(qū)域氣候條件、地質(zhì)條件的影響，施工過程中港域含沙量會隨季節(jié)變化，同時(shí)不同季節(jié)極端天氣出現(xiàn)的頻率也存在較大差異。

4.2 治理對策

4.2.1 完善項(xiàng)目前期規(guī)劃

港航施工中，回淤問題的治理具有一定的復(fù)雜性，因此，在施工前必須做好完善的規(guī)劃，通過分析施工過程中影響回淤的因素，提前制定相應(yīng)的措施。在本項(xiàng)目中影響回淤的主要因素包括水文地質(zhì)、極端天氣、施工時(shí)期等，考慮到本項(xiàng)目所處區(qū)域每年5～11月風(fēng)浪較大，9～11月為大雨季，因此，施工時(shí)期選擇在每年12月至次年4月，盡可能規(guī)避極端天氣對施工活動的影響。針對地質(zhì)水文因素，在項(xiàng)目施工前，對所處海域進(jìn)行持續(xù)觀測，分析回淤隨時(shí)間、空間以及隨水深變化的規(guī)律，掌握回淤泥沙性質(zhì)，從而制訂合理的施工方案。

4.2.2 控制挖泥船溢流時(shí)間

項(xiàng)目施工前，對施工區(qū)域進(jìn)行試挖，從泥艙中取樣分析回淤泥沙性質(zhì)，并對土質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)分析，從而確定挖泥船合理的溢流時(shí)間，需要注意的是，試挖時(shí)要控制對土質(zhì)形態(tài)的擾動。針對不同的土質(zhì)，需進(jìn)行試驗(yàn)，測算準(zhǔn)確的溢流時(shí)間。本項(xiàng)目中根據(jù)挖泥船裝艙時(shí)間、拋泥時(shí)間、往返時(shí)間以及裝艙量的變化關(guān)系建立起函數(shù)模型，由于拋泥時(shí)間與往返時(shí)間基本固定，因此，僅需關(guān)注裝艙時(shí)間與裝艙量的變化即可。在施工初期全程采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)，基本確定單位時(shí)間的最大生產(chǎn)率，在此之后的溢流可認(rèn)為無效，確定裝艙溢流時(shí)間后，就可以使挖泥船裝艙量達(dá)到最大，從而減少因挖泥船溢流產(chǎn)生的回淤量[5]。此外，還可以根據(jù)施工區(qū)域潮流的變化規(guī)律對潮流進(jìn)行利用，比如，在漲潮和落潮時(shí)挖泥船可以選擇不同走向，從而最大限度地帶走因溢流產(chǎn)生的細(xì)顆粒泥沙。

4.2.3 制定防淤減淤措施

在港航施工中要進(jìn)行全過程觀測，特別是疏浚清淤作業(yè)過程中，要通過測量以及取樣分析獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，從而對回淤問題進(jìn)行全面分析，包括回淤物質(zhì)、回淤厚度等相關(guān)信息，然后根據(jù)結(jié)果適時(shí)調(diào)整施工方案，采取相應(yīng)的防淤減淤措施[6]。在本項(xiàng)目中，采用開挖備淤槽的方式來減少回淤，但發(fā)現(xiàn)仍存在懸移質(zhì)落灰。經(jīng)綜合分析論證，決定施工步距由100 m 更改為35 m，同時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)，合理制訂挖泥船調(diào)配以及作業(yè)加護(hù)方案，使施工過程中的回淤問題得到了有效控制。

4.2.4 合理選擇疏浚清淤設(shè)備

由于港口或者航道在發(fā)生回淤前期的地質(zhì)條件與回淤后存在差異，因此，在選擇疏浚清淤設(shè)備時(shí)必須考慮到地質(zhì)條件變化，應(yīng)當(dāng)具備前瞻性。在本項(xiàng)目中，回淤厚度最大處為里程6 km 區(qū)域，回淤厚度為1.50 m 左右，插釬取樣結(jié)果顯示，淤泥層僅0.3 m，剩余部分主要為硬質(zhì)黏土。疏浚清淤作業(yè)初期，采用的是8 m3抓斗船，每次下斗開挖深度不超過0.3 m，施工效率較低，嚴(yán)重影響項(xiàng)目整體進(jìn)度，后采用水下松動爆破方式對硬質(zhì)黏土進(jìn)行爆破，然后采用絞吸式挖泥船與超長臂反鏟式挖泥船進(jìn)行清淤，施工效率顯著提升，并且清淤效果良好。

4.2.5 基床回淤處理

清理基床回淤主要有兩種方式：（1）挖掉基床，完成清淤后重新進(jìn)行拋石，這種方式較為復(fù)雜，并且會增加項(xiàng)目施工成本，多用于回淤厚度較大的情況；（2）清除掉回淤泥沙，確保塊石能夠完整露出即可，這種方式較為簡單，多采用高壓水泵進(jìn)行沖排，適用于輕微回淤的情況，并且回淤物為流動性相對較好的淤泥質(zhì)泥沙[7]。在本項(xiàng)目中，潛水員探摸使用駁49 定位，船體垂直于基槽擺放，在船邊使用GPS 定位里程及相對碼頭前沿線偏距，從船上放下3 個定位水坨，相對碼頭前沿線偏距分別為+7 m（前沿），-5 m（基槽中間）及-17 m（基槽后沿），并在3 個水坨上水平系上一條導(dǎo)向繩，便于潛水員在下水探摸過程中尋找前進(jìn)方向，同時(shí)潛水員配備一根測深管，管上每間隔10cm 做一個標(biāo)記，用來測量軟弱層厚度，并在每個斷面的前、中、后3 個位置進(jìn)行取樣?；厶矫疽鈭D如圖1所示。對基床回淤進(jìn)行插釬取樣，發(fā)現(xiàn)基床區(qū)域回淤厚度為0.8 m，土質(zhì)主要為粉質(zhì)沙、黏土。雖然回淤物流動性較好，但是由于回淤厚度加大，僅采用高壓水泵進(jìn)行沖排，會形成泥沙坑，無法達(dá)到理想的清淤效果。因此，決定先采用絞吸式挖泥船或超長臂反鏟式挖泥船進(jìn)行清淤，待清理至基床頂部標(biāo)高后，采用高壓水泵對剩余回淤物進(jìn)行處理，直到全部塊石完整露出。

圖1 基槽探摸示意圖

5 結(jié)語

綜上所述，在港航施工中，受地質(zhì)條件、水文條件、氣象條件、施工期以及挖泥船溢流等多種因素的影響，回淤問題普遍存在，為避免影響施工進(jìn)度和質(zhì)量，必須進(jìn)行治理。通過分析泥沙來源、回淤規(guī)律以及影響回淤的因素，在實(shí)際施工過程中做好施工前期規(guī)劃，選擇合適的清淤設(shè)備，合理控制挖泥船溢流時(shí)間，制定防淤減淤措施，妥善處理基槽回淤，從而有效控制施工中的回淤風(fēng)險(xiǎn)。