沙特薩拉曼國王國際港工程的圍堰施工技術(shù)

◎ 唐雄 中國水利水電第五工程局有限公司

1.CSD介紹

CSD（Cutter-Suction Dredger，絞吸挖泥船）是一種配備旋轉(zhuǎn)刀頭的絞吸式挖泥船。在疏浚作業(yè)中，CSD被定位在船尾的主樁上，主樁垂直插入海底后，船以主樁為中心擺動(dòng)。船首被2根鋼絲繩海錨拽住并且絞錨機(jī)拉動(dòng)兩側(cè)的鋼絲繩，使絞頭隨船以主樁為中心擺動(dòng)，從而在海底絞吸一個(gè)扇形工作面。船尾的主樁在船體上前后移動(dòng)，船需要向前行進(jìn)時(shí)，船尾的副樁插入海底，主樁抬起并向前移動(dòng)幾米后再次插入海底，副樁升起，接著船舶靠自身的推力行駛幾米并和主樁鎖扣在一起，這樣絞頭就往前推進(jìn)了幾米。絞頭具備強(qiáng)大的扭矩，可以在海底肆意絞吸并且在旋絞的過程中，大吸力泥水泵將絞碎的渣滓迅猛地吸上來，然后通過大型排水管道泵送到岸上，這些管道均浮動(dòng)在水面上，這種方式只適合短距離輸送，如果是長距離的則必須依賴大型船隊(duì)來接收這些被吸上的海底渣滓，再運(yùn)送到指定地點(diǎn)。

CSD適用于疏浚淤泥、砂子、黏土和巖石。疏浚過程包括用刀頭切割海底（松開土壤），然后通過疏浚泵通過排水管道運(yùn)輸水土混合物，以便進(jìn)一步運(yùn)輸?shù)脚欧盼恢没蜓b載駁船。一些CSD是自行推進(jìn)的（見圖1），其他CSD需要在工作地點(diǎn)之間進(jìn)行拖曳。

圖1 絞吸式疏浚船（CSD）總平面圖

CSD的結(jié)構(gòu)組成包括以下六部分：船體，主要著稱：發(fā)動(dòng)機(jī)、輸送泵、控制儀器等；絞刀架（2），主要包括刀頭（1）、管道、挖泥泵；排放系統(tǒng)，管道及疏浚泵；銷棍（4和5）、支架，為船體提供穩(wěn)定支撐力；錨、側(cè)絞車，為船體提供側(cè)向作用力；結(jié)合前期勘測的土壤條件，選擇不同性能的絞刀頭。施工過程中可以隨時(shí)更換絞刀頭，具備良好的靈活性。

CSD主要包括：船體、發(fā)動(dòng)機(jī)、（推進(jìn)裝置）、泵、船員宿舍、具有疏浚和導(dǎo)航控制裝置的橋梁等。

排水系統(tǒng)由疏浚泵和管道組成；定位桿和支架起到穩(wěn)定船體位置和向前移動(dòng)的作用，錨和側(cè)絞車提供了側(cè)向運(yùn)動(dòng)。根據(jù)預(yù)期的土壤條件，可以安裝不同的切割機(jī)頭。切割機(jī)頭可在現(xiàn)場互換，在疏浚不同類型的土壤時(shí)提供最大的靈活性。

1.1 CSD工作方法和定位

在疏浚作業(yè)開始前，CSD航行或被拖到疏浚地點(diǎn)。CSD通過其開口和兩側(cè)的線保持其位置。工作定位桿固定在挖泥船的船尾，定位時(shí)深入到海底，。在疏浚過程中，CSD將進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。CSD在刀具梯的兩側(cè)部署側(cè)錨，通過鋼絲與CSD上的側(cè)絞車連接。通過絞車鋼絲控制船體的旋轉(zhuǎn)。根據(jù)水深和CSD的長度，CSD可以疏浚一個(gè)50～150m寬的疏浚斷面。CSD的鉆絞系統(tǒng)由2個(gè)鉆組成：工作鉆或叫主鉆安裝在可移動(dòng)的車廂內(nèi)，可以相對于船體向前和向后移動(dòng)。挖泥船由液壓缸以擺動(dòng)兩端1m的順序向前推進(jìn)。實(shí)際的步進(jìn)距離主要取決于土壤條件，每一步都允許CSD進(jìn)行新的切割。輔助開鉆安裝在靜態(tài)船體裝置中，并在疏浚過程中保持在升高的位置。當(dāng)工作定位桿閘板完全延伸（4～6m）時(shí)，挖泥船自運(yùn)至切割中心線。一旦進(jìn)入這個(gè)位置，CSD將降低輔助開斗，舉起工作開斗并縮回液壓閘板，將開斗載體向前移動(dòng)到啟動(dòng)位置。一旦到位，將工作定位桿放下，輔助定位桿升起，重新開始疏浚。當(dāng)側(cè)線與挖泥船之間的夾角不利于將刀具頭從一側(cè)拉到另一側(cè)時(shí)，側(cè)錨桿就會(huì)向前移動(dòng)。錨點(diǎn)可根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r使用多層支撐船或岸上的干燥設(shè)備來處理。

1.2 通過CSD進(jìn)行疏浚

為了開始疏浚工作，應(yīng)降低切割機(jī)的吊梯。刀頭旋轉(zhuǎn)，松開構(gòu)成海床的土壤。抽取土壤的接口位于刀具頭內(nèi)部。松散的土壤和水的混合物通過吸入管輸送到泵并排出。溝槽或溝槽的邊坡可以按照與刀頭的邊坡角度進(jìn)行疏浚。疏浚河道或溝時(shí)必須考慮邊坡的穩(wěn)定性。需要根據(jù)海底土壤的性質(zhì)確定兩側(cè)邊坡的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)坡角時(shí)必須考慮超深疏浚設(shè)計(jì)，避免因?yàn)槭杩＿吰虏环€(wěn)定造成的淤積。在疏浚作業(yè)期間，定期進(jìn)行臨時(shí)調(diào)查，以核實(shí)工程已達(dá)到的深度和路線，并計(jì)算疏浚材料量。

2.疏浚工程

2.1 2號(hào)干船塢圍堰施工

使用2號(hào)干碼頭范圍內(nèi)的疏浚料進(jìn)行圍堰填筑。圍堰的頂部寬度為15m，迎海面采用塊石護(hù)坡，護(hù)坡高程從-3m到+3.5m。

2.2 4號(hào)和5號(hào)干船塢施工

使用4號(hào)和5號(hào)干碼頭范圍內(nèi)的疏浚料進(jìn)行圍堰填筑。圍堰的頂部寬度為15m，迎海面采用塊石護(hù)坡，護(hù)坡高程從-3m到+4.0m。

2.3 疏浚工程工作原理

2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)干船塢的疏浚將由絞吸式挖泥船執(zhí)行，為了達(dá)到設(shè)計(jì)的疏浚速度，采用了以下優(yōu)化措施：1）加快船塢內(nèi)部的疏浚速度。使用絞吸式挖泥船施工時(shí)間是傳統(tǒng)大面開挖時(shí)間的一半；2）圍堰施工速度快；3）可以提前安裝排水系統(tǒng)，在圍堰施工完成后立即啟動(dòng)；4）由于不進(jìn)行干地開挖，縮短了排水系統(tǒng)的使用時(shí)間，因此在疏浚期間無需進(jìn)行排水施工。

2.4 疏浚工程施工流程

2.4.1 疏浚前后的調(diào)查

在疏浚工作開始前需要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查，通過測量船進(jìn)行水深和海底底部高程的確定。疏浚作業(yè)完成后復(fù)測水深，需要對原計(jì)劃的疏浚區(qū)域進(jìn)行復(fù)測，需要定期進(jìn)行檢測，以保證疏浚的高程和區(qū)域滿足設(shè)計(jì)要求，也可以檢測疏浚質(zhì)量，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)查，建立初始邊界條件。每天將進(jìn)行水文測量，以控制日常進(jìn)度，并確保所有疏浚工程符合合同規(guī)范和公差。通過測量進(jìn)行疏浚的質(zhì)量檢查，以保證疏浚結(jié)構(gòu)滿足項(xiàng)目后續(xù)施工要求，避免再次疏浚。

2.4.2 潮汐讀數(shù)

在調(diào)查過程中，按照項(xiàng)目規(guī)范安裝潮汐表，在特定的分鐘間隔內(nèi)采集并記錄潮汐讀數(shù)。在受保護(hù)的水中，潮汐數(shù)據(jù)的監(jiān)控需要貫穿施工的各個(gè)階段。疏浚工程的詳細(xì)順序和持續(xù)時(shí)間很大程度上取決于現(xiàn)場實(shí)際條件。挖泥船將配備所有必要的漂浮船只，如拖船。

2.4.3 施工方法

疏浚工程的一般順序如下：

①絞吸式挖泥船(CSD)將通過疏浚約40～60 m的通道進(jìn)入干式船塢區(qū)域，以便疏浚船進(jìn)入干船塢區(qū)域。

②2號(hào)干船塢疏浚的底部高程為-10.2m。

③4號(hào)和5號(hào)干船塢疏浚的底部高程為-8.7m。

④圍堰與相鄰碼頭墻的接口采用自卸車回填，使用潛水泵進(jìn)行圍堰的排水施工，建造初始坡度為1∶6的圍堰。剩余的施工范圍根據(jù)疏浚和清理工程完成后需要預(yù)留挖泥船離開的通道確定。

⑤干船塢的疏浚高度不超過基位0.5m，挖泥船從圍堰兩側(cè)進(jìn)行第2次清理，最終坡度為1∶3。

⑥疏浚公差為0～0.5m，以便最終開挖達(dá)到岸上設(shè)備所要求的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)水平。

⑦挖泥船在干船塢內(nèi)施工，需要在圍堰完全封閉前駛出干船塢，須在圍堰預(yù)留（約40m）圍堰缺口，后續(xù)用進(jìn)占法完成圍堰合龍。

3.圍堰施工的具體應(yīng)用

3.1 圍堰施工工序

圍堰的迎海側(cè)用塊石護(hù)坡，以保護(hù)海水波浪的沖刷。斜坡和標(biāo)高按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工。圍堰設(shè)計(jì)臨時(shí)防滲墻用于船塢的閉氣，以確保排水效果，從而在干燥條件下建造干船塢結(jié)構(gòu)。

1）2號(hào)干船塢的工程順序。直接泵送建造15～30m寬、初始斜率為1∶6的圍堰。

2）由挖泥船清理多余的材料，從陸上和海上和臺(tái)階形成1∶3的坡度。圍堰的最后部分通過推土機(jī)和自卸車采用進(jìn)占法施工。注水達(dá)到水位以上后，對圍堰頂寬進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)平整、壓實(shí)。

3）土工布卷采用長臂式履帶挖掘機(jī)吊裝，由潛水組進(jìn)行水下安裝和固定。

4）使用推土機(jī)進(jìn)行圍堰頂部的整平。完成上述工作后，將采用長臂履帶挖掘機(jī)修整護(hù)坡巖石材料，以達(dá)到設(shè)計(jì)坡度和水平。

3.2 圍堰技術(shù)的具體應(yīng)用

3.2.1 設(shè)置防滲墻

①孔位布置。按單排1.5m的孔距有序?qū)⒐酀{孔布置到位。

②鉆孔。設(shè)備選用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，根據(jù)孔位布置情況安排鉆機(jī)就位；規(guī)范操作，期間注重檢查孔、先導(dǎo)孔、抬動(dòng)變形觀測孔孔徑的檢測，需達(dá)到Φ110mm。

③鉆孔記錄。鉆孔期間涉及的參數(shù)較多，包含鉆進(jìn)時(shí)間、進(jìn)尺、返水顏色等，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均要得到完整的記錄；此外，若遇到巖性變化、坍孔、涌水等異常狀況也需要加強(qiáng)檢查，掌握實(shí)際信息，完整記錄，并向質(zhì)檢匯報(bào)，探尋可行的解決措施。

④灌漿配套裝置。為了減輕灌漿工作量，配套灌漿自動(dòng)記錄儀，通過該裝置的應(yīng)用詳細(xì)記錄各項(xiàng)灌漿數(shù)據(jù)。

⑤灌漿方法。根據(jù)要求鉆進(jìn)成孔，向其中下放袖閥管，用適量的套殼料灌注管材與孔壁的間隙，保證該處得到有效的填充處理。待前期各項(xiàng)工作完成后，按照自下而上的順序灌漿，材料選用的是水泥-水玻璃雙液漿。灌漿壓力是重點(diǎn)控制指標(biāo)，需要以帷幕灌漿試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)，確定合適的灌漿壓力，再有效開展灌漿作業(yè)，未經(jīng)許可不得隨意調(diào)節(jié)灌漿壓力。

⑥漿液配比的變換。若選用的是水泥-水玻璃雙液漿，此時(shí)以單一水灰比為宜，即1∶1、0.5∶1兩者具有可行性，可結(jié)合實(shí)際條件合理選擇。具體至本工程中，則采用的是0.5∶1的水灰比，從體積比的角度來看，水泥漿與水玻璃漿液的比值以1∶0.2較為合適，還需注重靈活施工的原則，即根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件合理配置。

⑦閉漿條件：以注漿平均壓力為主要分析對象，待該值達(dá)到設(shè)計(jì)壓力值后方可結(jié)束注漿。

3.2.2 灌漿效果檢查

以孔壓水檢查成果為主要參考，綜合考慮鉆孔、取巖芯、灌漿期間記錄的信息，做系統(tǒng)性的評價(jià)。

①灌漿結(jié)束14 d后安排壓水試驗(yàn)，此項(xiàng)工作按照自上而下的順序逐段進(jìn)行。

②孔位的檢查安排在灌漿結(jié)束后7d內(nèi)，檢查孔的布設(shè)將在很大程度上影響檢查結(jié)果，具體以帷幕灌漿孔間的中心線處、大量注漿的孔段周邊等特殊部位為宜，以便檢驗(yàn)真實(shí)的情況，盡可能全面發(fā)現(xiàn)存在的問題。檢查孔數(shù)量不宜過少，取灌漿孔總量的10%，且為了檢查各單元工程的質(zhì)量，要求各處均至少有一個(gè)檢查孔。

③經(jīng)過全面的檢查后，若無異常則對檢查孔做灌漿、封孔處理。

④滿足如下條件時(shí)認(rèn)為帷幕灌漿壓水試驗(yàn)合格：混凝土與基巖基礎(chǔ)部位及下一段完全合格。

4.基坑強(qiáng)抽、強(qiáng)排

排水溝槽的深度、寬度均按1.0 m 控制，向成型的槽內(nèi)埋設(shè)φ800mm鋼管。排水管材選用的是鋼管，通過法蘭進(jìn)行連接，作為船塢初期排水的排水通道。監(jiān)控現(xiàn)場的基坑開挖情況，對局部的積水基坑出水點(diǎn)，需要埋設(shè)輕型降水井點(diǎn)，在船塢的周邊布設(shè)環(huán)狀的降水井，并且隨著基坑的開挖布設(shè)，在基坑最深處設(shè)置必要的排水點(diǎn)。

5.結(jié)語

在圍堰施工中，設(shè)計(jì)和防護(hù)是基礎(chǔ)工作，也是后續(xù)建設(shè)進(jìn)程得以順利推進(jìn)的必要前提，因此需從實(shí)際條件出發(fā)，合理設(shè)計(jì)。在得到可行的方案后，嚴(yán)格依據(jù)方案內(nèi)容進(jìn)行施工，作為各參建人員，必須掌握圍堰技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際條件做合理的優(yōu)化，提高圍堰施工水平，為港口建設(shè)事業(yè)的發(fā)展助力。