南鐵雷

（中國水電建設(shè)集團十五工程局有限公司，陜西 咸陽 712000）

1 施工安排及部署

引江濟淮工程J002-1（河渠）標段7.5m 高程以下部位為疏浚和吹填工程。水下土方開挖主要使用絞吸式、斗輪式兩種類型挖泥船進行施工，水中障礙物拆除水位變幅區(qū)或橋下無法使用絞吸式挖泥船（斗輪式挖泥船）的部位使用反鏟式挖泥船配合泥駁進行施工，拆除的障礙物通過泥駁運至老河道排泥區(qū)或碼頭，再從碼頭采用挖掘機配合自卸車運至排泥區(qū)。

水下疏浚遵循“近土遠調(diào)、遠土近調(diào)”的施工原則，分塊、分段、分層、分條開挖。選用500m3/h 斗輪式挖泥船（絞吸式挖泥船），采用扇形橫挖法施工，開挖寬度為35m 左右；計劃投入2 個河道疏挖施工隊，各配備2 艘挖泥船及配套設(shè)備，包括錨艇、拖輪、油駁、交通艇等輔助船舶和排泥管等配套設(shè)施。對于排距大于3km 的部位，采用接力泵接力的方式進行疏浚施工。

排泥場退水設(shè)施采取豎井退水方案。泄水口以確保排泥區(qū)的退水需要，1 號排泥區(qū)泄水口設(shè)置≥2 個，其他小型排泥區(qū)設(shè)置1 個。泄水口前安裝布置攔污網(wǎng)，以確保漂浮物攔阻。泄水口通過排泥場外退水溝或附近排澇干溝排水至河道。排泥場區(qū)外圍，平行于圍堰外邊線6～8m 位置挖截水（滲）溝，滿足圍堰滲水截留需要。

2 排泥場平衡及規(guī)劃

2.1 排泥場需求容量計算

排泥場需求容量根據(jù)《疏浚與吹填工程技術(shù)規(guī)范》（SL 17—2014）中相關(guān)計算公式及不同土質(zhì)情況相關(guān)參數(shù)的取值進行計算，即水下排泥容量，如式（1）所示。

式中：Vp——排泥區(qū)容量，m3；K′——排泥不均勻系數(shù)，可根據(jù)排泥方式、設(shè)備性能、土質(zhì)、水流速度等確定，取值范圍為1.05～1.20；Vw——設(shè)計疏浚土方量，m3；Ks——土的松散系數(shù)，宜通過試驗確定，無試驗資料時參考《疏浚與吹填工程技術(shù)規(guī)范》（SL 17—2014）規(guī)范P19～P20 頁細粒土、粗粒土松散系數(shù)表3.3.4-1-2 選取[1]。

本項目水下土方設(shè)計開挖量約600 萬m3，轉(zhuǎn)換成虛方為600×1.1×1.15=759 萬m3，即排泥場總需求容量為759 萬m3。

2.2 排泥場圍堰施工

本工程排泥場圍堰均為筑土圍堰，堰頂設(shè)計寬度3m，圍堰底部高程約9m，頂部高程12m，充填高程為11.0m，內(nèi)外側(cè)邊坡均為1:3；圍堰填筑壓實度≥91%。圍堰施工流程如下：定位測量→清表→挖運及鋪筑→分層壓實→邊坡防護。

3 排泥場退水系統(tǒng)

3.1 退水口位置選擇

退水口位置的選擇遵循“利于沉淀、吹填平整及分布均勻、余水含泥少”的原則，根據(jù)吹填區(qū)地形條件、吹填管及排水通道布置位置等綜合考慮，將退水口布設(shè)在遠離排泥管線出口處或吹填區(qū)的死角位置。

3.2 退水井結(jié)構(gòu)選型

退水系統(tǒng)由退水豎井結(jié)合退水管道、消力池、退水明渠組成。退水井是退水系統(tǒng)的關(guān)鍵，是系統(tǒng)安全正常運行、回水泥漿濃度有效控制的關(guān)鍵。根據(jù)經(jīng)驗積累，針對排泥場容量大、回水流量大、施工周期長等特點，選用可自由調(diào)節(jié)排泥場水位的混凝土豎井結(jié)構(gòu)。

3.3 退水系統(tǒng)設(shè)計

3.3.1 退水流量計算

退水口水力計算：本工程擬投入4 艘出泥量為500m3/h 的絞吸式、斗輪式挖泥船施工，根據(jù)施工強度分析，JHGT-1 排泥場布置2 艘、JHGT-2-1、JHGT-2-2和JHGT-2-3 排泥場各1 艘，挖泥船出泥量為500m3/h（為挖泥船清水流量的10%），考慮設(shè)備利用率，設(shè)計出泥量乘0.85 的系數(shù)為實際出泥量；挖泥船施工日有效時間按20d 選取，退水流量的系數(shù)可為20/24≈0.833。

（1）排水流量確定。

根據(jù)河道疏浚水下方的土方平衡，PN-1 排泥場最大的退水流量即2 艘挖泥船向該排泥區(qū)進行吹填。則按此最大退水流量為：Q最大退水=（5150×2）÷3600×0.85×0.833=2.03m3/s。

（2）計算堰寬。

退水豎井可在泄水口位置通過調(diào)整擋水板來控制泄水流量和水位大小，泄水流態(tài)按照薄壁堰流考慮。根據(jù)疏浚吹填工程設(shè)計規(guī)范（JTS 181-5—2012），堰頂過水寬度可按式（2）計算：

式中：b——溢流堰的寬度，m；P——泥漿濃度，%；Q——泥漿總流量，m3/s；H——溢流水頭；K——修正系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗一般取1.1～1.3；本標段取1.2；m1——溢流堰流量系數(shù)，根據(jù)規(guī)范表10.9.3-1 確定，取0.43；g——重力加速度[2]。

經(jīng)計算，堰寬b=2.57m，則單邊井寬為L=2.57÷4=0.64m，考慮退水管管徑，單邊井寬取1.5m。

（3）退水涵管管徑計算。

JHGT-1 排泥場在靠近排泥場的東北角和東南角分別設(shè)置一個退水口，最大退水流量為2.03m3/s。退水涵管與豎井使用混凝土澆筑為一體，根據(jù)鋼筋混凝土圓管水力學(xué)計算公式，計算公式如式（3）所示。

其中：V——流速，m/s；D——管徑，m；i——水力坡降，取3.3%；n——粗糙系數(shù)，取0.013；Q——流量，m3/s，2.03m3/s；A——水 流 斷 面，m2；R——水 力 半 徑，m；P——濕周，m[2]。

經(jīng)計算，D=0.75m，綜合考慮雨季施工、水流條件及其他因素影響，管道直徑取值按D=1.2m 確定。

（4）退水明渠。

退水明渠采用現(xiàn)有河道、溝渠，將原有溝渠的坡面及溝底進行清理，通過新建建筑物將余水排至派河；劉夾河涵設(shè)計排澇流量為7.39m3/s，走馬溝排水涵設(shè)計流量為10m3/s，均大于2.03m3/s，過流斷面滿足要求。

3.3.2 退水豎井設(shè)計

退水豎井的作用是保證泄水口尾水含泥量不大于3%。退水井主要結(jié)構(gòu)如下。

（1）退水豎井井柱及底板均為C20 混凝土結(jié)構(gòu)。

（2）立柱內(nèi)布設(shè)10 根φ14mm 的螺紋鋼和φ8mm的圓鋼箍筋與基座相連，與基座澆筑成一體。

（3）立柱頂高程同排泥場圍堰頂高程平齊。立柱兩側(cè)預(yù)留凹型擋板槽，用于加放擋板。相鄰立柱之間加設(shè)鋼筋混凝土連系梁，用于增加立柱的側(cè)壓力。連系梁從立柱頂端開始設(shè)置，每1.5m 加設(shè)一道。連系梁的斷面尺寸為0.1m×0.15m。

（4）擋板采用槽鋼，用于插入相鄰立柱的凹槽中，采用增減槽鋼來調(diào)節(jié)泄流量及排泥場內(nèi)水位，加放閘板的高度每次不大于30cm。

（5）退水涵管采用2000mm×φ1200mm 的混凝土預(yù)制管若干節(jié)，接頭采用承插聯(lián)接，穿過排泥場圍堰堰體，排至現(xiàn)有渠道。

4 水下土方疏浚

水下土方疏浚主要施工工序如下：測量定位、放樣→施工標志設(shè)立→水上、水下障礙物拆除及清理→觀測水尺設(shè)立→排泥管架設(shè)→挖泥船施工→疏浚和吹填工程→排泥場沖填及泄水工程→質(zhì)量檢查和驗收。

4.1 水上、水下障礙物拆除及清理

根據(jù)本工程實際情況，水上、水下障礙物主要為碼頭、邊坡砌石、磚頭瓦塊、小型建筑物、樹枝以及建筑垃圾和生活垃圾等河道障礙物，障礙物清理采用反鏟式挖泥船，挖泥船配備2m3長臂挖掘機配合150m3泥駁拉運至老河道排泥場（裁彎取直段充填區(qū)）或拉運至碼頭，通過岸上反鏟配合自卸汽車拉運至排泥場。

4.2 排泥管線架設(shè)

輸泥管由浮管、潛管、岸管組成，管徑為650mm；水上浮管的安裝采取浮筒，浮筒采取拋錨固定。安裝時先連接水中浮管和挖泥船，然后再進行水中浮筒安裝，安裝完成后，與岸上的管線連接為一體，浮筒利用拋錨進行固定，施工時需要防止錨纜埋死。岸管采取人工直接安裝，為了保證施工時圍堰的安全，岸管出泥管口位置應(yīng)當距離圍堰坡腳大于2m，出泥口最低點距離排泥面應(yīng)大于0.5m。排泥管的安裝必須牢固可靠；水中與地面排泥管相接部位必須用柔性接頭連接。排泥管布置必須平順，避免打彎。輸泥管主管路沿新堤堤頂?shù)缆繁乘畟?cè)路肩處鋪設(shè)，支管過堤防時利用鋼管上部覆土措施。

4.3 挖泥船施工

水下疏浚按照“近土遠調(diào)、遠土近調(diào)”的原則，分區(qū)、分塊、分層、分條開挖。本工程選用規(guī)格500m3/h 的斗輪式、絞吸式挖泥船，以定位樁為中心，絞刀橫向移動，擺動挖泥，橫移錨錨纜拋在開開挖邊線以外，錨定方向與船身夾角應(yīng)當大于45°，以不背不吊為原則。土料通過排泥管線吹填到吹填區(qū)。

4.3.1 疏浚開挖的分區(qū)、分條與分層

（1）當挖槽區(qū)域?qū)挾瘸^挖泥船單幅挖寬時，可分條開挖，鋼樁固定施工的最大挖寬一般為挖泥船投影范圍的1.1～1.2 倍或按照左右擺幅80°確定。

（2）當挖槽區(qū)域長度超過管線伸展長度，需進行分段開挖。

（3）分層施工需按照設(shè)備性能、開挖總厚度、泥層土質(zhì)等因素，分層開挖時采用“上層厚、下層薄”的原則，大于3m 小于5m 的段落，第一層3m，第二層2m，大于3m 小于6m 的，第一層3.5m，第二層2.5m。由于施工區(qū)受水位影響，考慮挖泥效率，先疏浚水位合適的區(qū)域，然后，根據(jù)水位的變化，選擇合適的區(qū)域，假如水位不能滿足挖泥船的施工水深條件，側(cè)開槽進入施工區(qū)。

（4）分條之間需搭接大于1.5 倍泥層厚的寬度。絞吸式挖泥船絞刀的選型需要根據(jù)泥層土質(zhì)確定，并結(jié)合現(xiàn)場情況，確定最優(yōu)開挖厚度、橫向移動速度和向前移動距離，以確保較好的工效及施工質(zhì)量。

4.3.2 疏浚施工方法

挖泥船操作時以單根鋼樁為主樁和步進樁，瞄準開挖區(qū)中心位置插入河道底部，用作橫向移動的中心，通過絞刀架前端擺動纜收放，左右擺動挖泥，擺動方向與船身夾角＜45°。并用另外一個鋼樁換樁臺車保證跨步向前。下放絞刀至泥面攪動泥層，在泥泵的作用下，泥漿通過吸泥管、排泥管到達指定排泥區(qū)。步進樁向前移動路徑需保持在開挖中心線上，并且確保距離相等、跨步均勻，保證絞切路徑始終平緩向前移動，防止漏挖或重復(fù)開挖，其絞挖路徑為月牙形狀。

利用鋼樁固定橫向開挖時，根據(jù)現(xiàn)場實際情況將中部位置分為兩層，邊線位置分為一層實施。中部位置切入分兩層實施重復(fù)開挖率小，吸入的清水量小，高效質(zhì)量有保證。邊線部位切入按照一層實施較簡單方便，但是回程途中重復(fù)開挖和吸入清水量的情況較大。

（1）絞吸式挖船施工按分條分層法開挖，絞吸船能適應(yīng)除風(fēng)化巖外的各類土質(zhì)，施工時根據(jù)現(xiàn)場施工土質(zhì)的實際情況選用合適的絞刀架及絞刀齒或斗輪，并根據(jù)土質(zhì)的變化采用合理的絞刀（斗輪）轉(zhuǎn)速、泵機轉(zhuǎn)速、橫移速度等技術(shù)參數(shù)。

（2）反鏟式挖泥船施工主要用于水上水下障礙物清理，水位變幅區(qū)、橋梁下方及邊坡刷坡等部位進行開挖。

為了保證反鏟挖泥船疏浚施工、平板駁運輸?shù)裙ば蜚暯佑行颍總€施工區(qū)配置1 艘抓斗式挖泥船，每艘反鏟挖泥船配2～4 艘泥駁。用平板駁將棄土運抵拋泥區(qū)域，絞吸式挖泥船全部吹填到排泥場內(nèi)，對于砌石、混凝土塊及樹枝等絞吸式挖泥船無法吹填的，采用泥駁運至碼頭，由岸上反鏟配合自卸汽車拉運之排泥場或泥駁直接運至老河道排泥場。

5 結(jié)語

引江濟淮工程J002-1 標水下土方疏浚工程施工，通過科學(xué)合理的施工組織及制定切實可行的技術(shù)措施，各項建設(shè)成效得到了各方的一致肯定。在施工過程中總結(jié)的各項流程、關(guān)鍵技術(shù)、施工工藝等，可以為類似項目施工提供可借鑒經(jīng)驗。