港航施工中的回淤問題和對策研究

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)和運營?；赜賳栴}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，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 項目概況

喀麥隆克里比深水港二期工程項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，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目所處區(qū)域存在兩處拋泥區(qū)，是在一期項目施工時拋棄淤泥的區(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，長時間累積后也會形成較大規(guī)模。在項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 隨時間變化規(guī)律

根據(jù)對本項目所處區(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間段極為接近，這意味著回淤厚度并不隨時間變化；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)對本項目所處區(qū)域的觀測，發(fā)現(xiàn)斷面平均回淤強度沿航道里程表現(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)，回淤強度隨航道里程增加而增加；從里程6 km 處至外海，回淤強度隨航道里程增加而減小。回淤強度最大處即里程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。

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時關(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、施工時期等，考慮到本項目所處區(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，在項目施工前，對所處海域進(jìn)行持續(xù)觀測，分析回淤隨時間、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 控制挖泥船溢流時間

項目施工前，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間，需要注意的是，試挖時要控制對土質(zhì)形態(tài)的擾動。針對不同的土質(zhì)，需進(jìn)行試驗，測算準(zhǔn)確的溢流時間。本項目中根據(jù)挖泥船裝艙時間、拋泥時間、往返時間以及裝艙量的變化關(guān)系建立起函數(shù)模型，由于拋泥時間與往返時間基本固定，因此，僅需關(guān)注裝艙時間與裝艙量的變化即可。在施工初期全程采集各項數(shù)據(jù)，基本確定單位時間的最大生產(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)果適時調(diào)整施工方案，采取相應(yīng)的防淤減淤措施[6]。在本項目中，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，同時根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報，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)備時必須考慮到地質(zhì)條件變化，應(yīng)當(dāng)具備前瞻性。在本項目中，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。基槽探摸示意圖如圖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。