耙吸船绕挖施工工艺

李超超，张海军，陈飞飞，郑选斌

（1.中交天航南方交通建设有限公司，广东 深圳 518040；2.中交天津港航勘察设计研究院有限公司 天津市疏浚工程技术企业重点实验室，天津 300000）

引 言

在进行航道拓宽施工时，为保证船舶通航安全，原有的航道两侧航标禁止在疏浚完成前进行移除。为保证港口正常运营，通常采用耙吸船进行航道拓宽施工，这就要求耙吸船要在不移动施工区中航标的情况下进行绕挖施工。本文针对耙吸船绕挖施工的问题开展研究，提出航标基础稳定放坡的确定方法，耙吸船绕挖法施工的船舶航行中线设计以及船舶施工参数设定，耙吸船定点扫浅施工工艺等对应的解决措施和施工工艺，缩短移除灯浮标所再区域的开挖时间，在广州港出航航道拓宽施工中得到了应用，取得了良好的效果，对类似工程有较高的指导意义。

1 工程概况

广州港深水航道拓宽工程是在原航道基础上进行双向拓宽，东西侧各拓宽71 m，拓宽后通航宽度385 m，浚深至设计底高程-17.0 m，设计边坡坡比 1:7。根据钻孔资料分析，航道两侧拓宽范围内的土质主要为淤泥，泥面高程平均为-10.5 m。航道两侧分别有3座浮灯标，灯浮标基础为混凝土块锚，距离航道边线50 m，航道拓宽后需要进行移位，港口运营单位要求降低灯浮标移位影响时间。

图1 典型开挖断面示意

2 绕挖施工工艺分析

耙吸船绕挖施工，主要存在以下问题，绕挖施工，会导致航标基础出现坍塌，导致航标偏移位置，造成位置指示不清，对来往船舶存在安全风险，也可能会造成锚块掩埋，影响移位作业；绕挖施工需要控制好耙吸船绕径，对耙吸船定位和航行操控有较高要求，需要合理设计耙吸船航速及航线，确保安全和清淤质量；航标移除后，需快速对原有航标的基础浅点进行快速定向扫浅，完成整体疏浚施工，在最短的时间内使航道具备通航条件。结合上述问题，制定绕挖施工工艺流程。

图2 耙吸船绕挖施工工艺流程

3 航标基础边坡设计

航标基础的边坡坡比设计类似于航道边坡设计，航道边坡坡度的确定通常采用静力计算进行确定。但是航标基础的边坡不同于航道边坡，要考虑四周放坡，同时作为孤立浅点，将受到更多的波浪力、海流的冲刷影响。为保证耙吸船进行绕挖施工时，航标基础的稳定，需要通过计算结合现场试验的方法进行航标基础边坡的设计。

3.1 采用静力方法计算边坡坡度

针对本工程，采用整体稳定的静力计算的方法，用圆弧滑动的理论计算的。采用直剪快剪的指标进行计算，取仅有淤泥土层进行计算。边坡高度取-10.5 m，考虑边坡坡度为 1:4、1:6、1:8进行稳定验算。

表1 圆弧滑动计算最小抗力分项系数

通过静力计算可知坡度小于1:6时，均可确保边坡的稳定。[1]

3.2 静力计算论证

采用绕挖施工后，航标基础作为孤立浅点，其边坡受到四周海流、航行波的影响，边坡底部受到海流冲刷作用，特别是涨落潮潮流时，影响更为明显。仅用静力计算方法计算边坡稳定是否可行，需进一步论证。

船舶的航行波和波浪力可以参照规范《港口及航道护岸工程设计与施工规范》（JTJ 300-2000）规定“斜坡式护岸工程，验算其整体稳定性时，可以不考虑波浪力的作用”[2]。孤立航标基础在水面10 m以下，且孤立航标基础位于船舶航行位置的斜下方，距离较远，可以忽略。

对某港主航道边坡测量数据进行分析，坡肩处坡度从1:80快速过度到1:4，说明坡肩受海流作用被冲刷成缓坡，坡肩冲刷后，采用圆弧滑动法对其整体稳定性进行验算，被削坡后，滑动力矩变小，对边坡稳定更加有利。

图3 航标锚块基础坡肩冲刷示意

综上所述采用静力方法计算边坡稳定是可行的，因此在该工程耙吸船绕挖施工中，航标基础边坡确定为1:7。航标基础平均深度为-10.5 m，需开挖至-17.0 m，开挖深度为6.5 m，因此放坡的半径为6.5 m×7=45.5 m。

4 耙吸船航线设计

根据设计的放坡坡比和放坡半径，需要对耙吸船的航线进行设计。为形成上述坡度和放坡半径，计划采用上挖下欠的方式进行耙吸船航线设计。开挖深度为6.5 m，开挖土质主要是淤泥和淤泥混砂，土质内摩擦角小，流动性较强，可分两层进行开挖，每层3.25 m。分层开挖设计详见图4。

图4 耙吸船分层开挖示意

考虑到坡肩容易受到冲刷，航标基础需要较大的范围，以免航标受到基础冲刷影响，设计航标基础半径为10 m。综上所述，耙吸船设计开挖航线应以航标为圆心，半径为32.75 m。航线设计如图5。

图5 耙吸船航线示意

图上所示的航线为耙吸船最小绕径，施工过程中绕径逐渐扩大，向外拓展。对整个航道范围内的航标进行连续施工，耙吸船绕开灯浮标区域开展螺旋式“8”字形航道拓宽，通过往复循环，耙吸船耙头逐渐下放到设计深度，逐步完成疏浚作业[3]。

5 锥形浅点疏浚

采用绕法施工完成航标周边疏浚，并将航标移位后，需要对锥形基础进行疏浚。每个锥形浅点剩余的土方量V=s1×h1/3-s2×h2/3，其中s1为浅点底面面积，h1为完整锥体高度，s2为航标基础平台的底面面积，h2为以航标基础平台为底面的锥体高度，剩余工程量约为25 400方。该浅点如采用单艘15方抓斗船开挖，预计最少需要2天的时间，且施工期间会影响航道运营，效率低。因此考虑仍采用耙吸船进行疏浚，采用上层单耙定点清浅，下层快速扫浅的方法，1天即可完成疏浚作业。

6 质量控制措施

采用耙吸船绕法施工时，影响质量的关键因素是耙吸船的定位系统，本工程采用的耙吸船采用DGPS进行定位，定位精度在1 m以内，航向进度在 0.5°以内[4]，考虑到航线设计的冗余度，耙吸船的精度满足的施工质量要求。耙吸船耙头下放深度由传感器进行定位控制，在施工过程中定时进行观测，保证质量要求。施工过程中加强观测、及时进行质量分析，及时调整施工参数。

7 结 语

1）通过采用耙吸船绕法施工，可减少航道拓宽工程中航标移位疏浚的影响时间，单点疏浚影响时间降低至1天，降低了安全风险。

2）绕法施工设计需要考虑疏浚土质自然放坡，要对不同土质在自然条件下的稳定坡度进行计算分析，在考虑冗余度的情况下，确定坡比。

3）耙吸船的航标基础疏浚可采用分层疏浚的方法，其设计航线绕径在此基础上进行计算确定，要保证航线与航标基础的距离是在影响范围外。

4）耙吸船精确定位是绕法施工的质量控制重点，建议采用高精度的DGPS和传感器分别控制耙吸船的平面定位和耙头下放深度，在施工期间要加密测量频次，保证施工质量。