浅析重力式码头深基槽回淤监测措施及清淤方法

董帅帅

（中交广州航道局有限公司，广东 广州 510220）

1 深基槽概况

阿比让港口扩建项目集装箱码头主体工程按满足第五代集装箱船靠泊的需求进行建造，为重力式沉箱码头，码头主体结构设计水深-18.5m，码头平面高程为+3.5m。深基槽主要分布在集装箱码头，开挖底标高自北向南依次有：-18.0m、-22.5m、-26m、-32m、-25m、-36m、-31.5m、-27m、-35m、-31m、-34m、-38m、-39m、-33m、-34m 等15 种底标高，沉箱码头深基槽最深处，疏浚设计标高为-39m。

沉箱码头深基槽所在位置的土质条件较为复杂，土质包含淤泥、细砂-粗砂、粘土，局部区域存在腐木层夹层，为了保证沉箱的沉降及不均匀沉降满足设计要求，须将软弱粘土层和腐木层挖除并进行换填砂施工。

2 回淤物监测难点分析

由于基槽开挖标高较深，采用分段、分层开挖施工方法，边坡按照“上欠下超、超欠平衡”的原则开挖成阶梯形状；基槽周围区域上层土质基本为淤泥，深基槽开挖过程中周围淤泥会流动，清淤施工完成后泥水浑浊物逐渐沉降至基槽底部，很容易在深基槽槽底面造成回淤物沉积。根据设计要求，换填砂料前槽底淤泥厚度小于10cm，否则须进行清淤施工，以保障后期沉箱安装质量。

目前监测槽底淤泥厚度的方法主要有高差法、取样测密度法、密度剖面图法、取样测厚度法等四种，第一种方法无论是单频单波束测深仪还是双频单波束测深仪，仪器本身精度误差可能会达到10～20cm，无法满足规范要求和设计要求；后三种方法都是采取“以点代面”的方式进行基槽底回淤物厚度监测，现场操作成本大、效率低，不能直接在现场得到结果，需室内人工实验确定，结果确定耗时长。因此，准确地、直观地、快速地、经济地监测深基槽底部的回淤物厚度是深基槽施工过程中的一大难点。

3 回淤监测施工

3.1 方案确定

取样测密度法、密度剖面图法、取样测厚度法等方法具有一定局限性，淤泥回淤物检测效率低、成本高；高差法采用单频单波束或双频单波束测深仪时仪器自身精度偏差较大，不能满足施工要求。

鉴于此，为实现快速、全面监测深基槽底回淤情况，经研究决定拟采用“多波束测深仪测量深度+回淤物探摸取样校核”方法来检测本深基槽回淤物厚度，详细步骤如下：

第一步：深基槽分段分层开挖至设计标高后，立即利用多波束测深仪测量水深，获取初始深基槽断面；

第二步：在深基槽进行换填砂施工或者块石回填施工前，再次利用多波束测深仪测量水深，再次获取深基漕断面；

第三步：计算两次获取的基槽断面的高程差，即为深基槽槽底淤积物的厚度。

第四步：利用PVC 管自制淤积物取样管，潜水队员携带取样管潜入深基槽底进行淤积物取样，然后用钢尺量取管内淤积物长度，以此直观验证淤积物厚度。

3.2 方案实施

结合现场施工进展，选择集装箱码头深基槽六区作为典型试验区域，该段深基槽底标高-32.0m，基槽底土质为砂。通过对该段深基槽进行淤泥回淤厚度检测来验证“多波束测深仪测量深度+回淤物探摸取样校核”方法的可行性和实用性，积累经验，再进行后续基槽回淤物厚度监测，保障基槽整体顺利实施。

2017 年8 月27 日，典型试验区域基槽开挖完成后，项目部立即联合项目咨询工程师采用多波束测深仪进行联合验收，测深结果显示标高符合设计要求，验收通过，以本次联合验收测量数据作为回淤观测的初次监测数据，绘制初始基槽断面。9 月2 日，项目部对典型试验区域进行换填砂施工前的水深测量，采用同一套多波束测深仪，则以该次水深数据作为回淤观测的后一期监测数据，绘制二次基槽断面。经比对前后两次测量数据绘制的基槽断面，整个典型试验区域的回淤厚度都在10cm 内，满足设计要求。典型试验区域的回淤物层厚情况见图1：

图1 典型试验区域淤积物层厚断面图

9 月2 日，在多波束水深测量完毕后，项目部随后安排专业潜水团队潜入典型试验区域基槽底部，使用自制的PVC 取样管，对槽底淤积物进行探摸取样，据此来验证说明槽底淤积物厚度。取样点位均匀遍布整个典型试验区域，取样时由技术员手持DGPS-RTK 设备水上随船定位取样点和指挥潜水员。潜水员取样完毕后，切割取样管，测量并记录管内淤积物长度，分别为5cm、7cm、8cm、6cm、8m，取样管内的淤积物厚度亦满足设计要求。潜水员下水探摸取样工作情况见图2。

图2 潜水队员下水探摸取样工作图

3.3 效果分析总结

典型试验区域的淤积物厚度监测结果证明，采取“多波束仪器测量深度+淤积物探摸取样校核”方法进行深基槽槽底回淤厚度监测是可行的，该方法能够直观且全面地了解整个基槽的回淤情况，能够快速地、经济地监测基槽底的回淤状况。但是由于介质密度不同，声波反射面介质密度小于淤泥介质密度，致使多波束测深技术测量出来的回淤厚度比实际取样结果偏大。即便如此，采取多波束测深技术并辅以槽底回淤物探摸取样校核的方法，能够全面地、高效地完成基槽淤泥厚度监测工作。

4 清淤施工方法

沉箱码头基床上部的淤泥会减弱沉箱墙身与基床之间的摩擦力，基槽槽底淤泥回淤厚度不满足设计要求时需进行清淤施工，以满足有关规范要求，保障码头结构安全。由于深基槽的特殊性，很容易产生回淤现象，且淤泥残留厚度的要求一般比较高，因此，清淤施工是深基槽施工中比较常见的必要工作。

深基槽槽底的回淤物主要是因为基槽开挖时泥水浑浊物的沉降落淤或基槽开挖过程中周围的淤泥覆盖层受扰动后在风浪、水流作用下流入槽底或基槽边坡因不稳定而坍塌后淤泥流入槽底等。因此，槽底的回淤物主要是浮泥、流泥和淤泥等，具有塑性指数低、流动性大、不易被抓取等特点。

4.1 设备选型

结合实际情况，施工现场可快速投入使用的清淤设备有抓斗式挖泥船、绞吸式挖泥船和射吸式抽砂船。经比选、分析，最终确定使用绞吸式挖泥船进行深基槽底部的清淤施工，原因如下：

（1）射吸式抽砂船工艺原理为水力冲挖，施工时一个点一个点施工，无法在平面上均匀摆动，不能确保槽底淤泥清除干净。且抽砂船施工效率较低，清淤施工耗时较长，影响施工进度，不能满足工期进度要求。

（2）抓斗式挖泥船适合抓取塑性指数较高的淤泥、淤泥质土，塑性指数较低的浮泥、流泥、淤泥则抓取不上来。根据基槽槽底回淤产生原因，回淤物主要为塑性指数低的浮泥、流泥、淤泥等，流动性较大，抓斗入水后槽底回淤物易在水流作用下向两边散开，待抓斗提出水面后又再次回拢，导致施工效率低，且很容易造成浅点，出现反复扫浅的情况，不能满足施工质量和工期进度要求。

（3）绞吸式挖泥船进行基槽底清淤施工的优势体现在三方面：第一，绞吸式挖泥船适宜于开挖砂质土、流泥、淤泥质土等土质，即便在绞刀头不转动的情况下，在距离槽底泥面一定范围内，能通过泥泵转动产生的真空吸力吸取塑性较低的浮泥、流泥、淤泥等土质；第二，绞吸式挖泥船采用钢桩台车横挖法进行分段开挖施工，在平面位置上能实现清淤区域全覆盖，不存在漏挖现象，能保证槽底清淤施工质量；第三，绞吸式挖泥船集挖泥、输泥和排泥于一体，施工生产效率较高，清淤施工耗时短，能满足施工质量要求和工期进度需求。

4.2 施工工艺

绞吸式挖泥船清除基槽槽底回淤物采用特殊施工工艺——吸淤工艺，即绞吸式挖泥船在清淤作业时，挖泥操作人员控制绞刀桥架入水后，启动泥泵，不开动绞刀，随后继续下放绞刀桥架至既定挖泥深度，通过绞刀桥架控制绞刀头左右均匀摆动，利用船舶真空泵转动产生的真空吸力吸取基槽底部流泥、淤泥，再由船舶输出泵通过船艉输泥管线将泥水混合物排放至指定区域，从而达到清淤施工目的。

4.3 方案实施

2018 年9 月份，深基槽二区出现回淤，经潜水员水下探摸和取样，回淤物主要是浮泥、流泥和塑性低的淤泥。随后立即协调、组织绞吸挖泥船移船就位至深基槽二区回淤区域进行清淤施工。船位展布完毕后下放绞刀头，为了保证不对基槽槽底产生较大扰动影响，控制绞刀头下放深度距基槽槽底的距离为1.5m。由于深基槽二区回淤前标高分别为-22.5m、-24.5m，因此，绞刀头下放控制深度分别为-21.0m、-23.0m。绞吸挖泥船吸淤施工作业过程中，不开动绞刀头，仅左右匀速摆动绞刀头，通过真空泵转动产生的巨大吸力吸取流泥、淤泥，经提前敷设好的输泥管线排放至指定区域。

经过两天的吸淤施工作业，绞吸式挖泥船完成深基槽二区槽底清淤工作。吸淤作业结束后立即组织进行多波束扫海，测量结果显示深基槽二区全部区域水深达到回淤前标高（吸淤后基槽二区水深见下图3）。后经过潜水员水下探摸和取样，结果显示槽底淤泥厚度满足设计要求，也侧面验证了绞吸式挖泥船吸淤施工效果较好，施工质量满足要求。

图3 吸淤后深基槽二区水深图

4.4 效果分析总结

当深基槽槽底为塑性指数低的流泥、淤泥时，利用绞吸式挖泥船采用特殊施工工艺——吸淤，即仅摆动而不转动绞刀头，进行深基漕槽底回淤物清除施工能够取得较好的施工效果，清淤质量能够满足要求。绞吸式挖泥船吸淤施工过程中，为避免对槽底产生较大扰动影响，应合理设置绞刀头距离基槽槽底距离，严格控制绞刀头下放深度。吸淤施工完毕后及时开展多波束水深测量，分析吸淤施工效果，针对存在的浅点区域，及时组织绞吸式挖泥船进行复吸、扫浅施工。总之，对于流泥、淤泥等回淤物，绞吸式挖泥船采用吸淤施工工艺能够高效、快速、高质量完成清理工作。

5 结束语

科特迪瓦阿比让港沉箱码头深基槽施工过程中，针对深基槽底部回淤物厚度监测难点，采取“多波束测深仪测量深度+回淤物探摸取样校核”的方法能够直观地、快速地反映槽底淤泥回淤情况，不仅满足了项目技术规范对槽底淤积物层厚监测的要求，而且充分发挥了现场人力物力，实现了降本增效。当槽底回淤物厚度超出设计要求，回淤物为塑性指数低的流泥、淤泥时，利用绞吸式挖泥船采取吸淤这一特殊施工工艺能够清除回淤物，清淤效果较好，施工效率高，所需工期短，能够保障施工质量和工期进度。