航道工程河床整治疏浚技术研究.pdf

智 慧 交 通 新 业 态水上安全 2023 年 第 9 期10第一作者简介：陈伟峰，男，大专，助理工程师，研究方向为港口与航道、码头建造。航道工程河床整治疏浚技术研究陈伟峰1，张智丽2，邓 霞3，徐梦雨4，覃梓洪5（1.广西华硕建设工程有限公司，南宁 530000；2.南宁师范大学，南宁 530000；3.广西昭平县城建投资集团有限公司，广西贺州 542800；4.广西物资学校，南宁 530000；5.广东生态工程职业学院，广州 510520）摘要：水运工程建设在国家经济发展中起着重要作用，其中，航道疏浚工程是水运建设的重要施工部分，在我国航道工程建设实践中应用十分广泛。由于河道开挖后，随时间的推移，河床泥沙淤积，河水流动不畅甚至断流，导致货运船只无法通航，因此，疏浚河道意义重大。本文在阅读了大量文献基础上，结合实际工程项目，从疏浚工程的设计、疏浚施工工艺以及疏浚后的河床验收流程，对疏浚技术进行研究和论述，以期为其他工程提供施工经验参考。关键词：水运工程；疏浚工程；施工工艺0 引言当前水运工程是我国建设发展的重要建设项目之一，在水运工程建设过程中，由于气候、水文不断发生变化而导致河床淤积而影响建筑施工，因此在工程项目建设中，河床疏浚清淤是重点建设过程之一。疏浚技术不仅影响人身、财产安全，更是为后面的项目建设奠基。本文以实际建设项目过程中遇到的疏浚施工问题及技术开展研究，以期给类似工程项目提供参考。1 工程概况西江航运干线贵港至梧州 3000t 级航道工程二期工程位于广西梧州市长洲枢纽坝下航段，全长 24km，设计范围为贵港市贵港枢纽下引航道终点至梧州界首，航道全长 290.5km。二期工程初步设计范围起点为长洲枢纽下引航道终点（里程桩号为0+000），终点位于界首滩，整治范围长 24km（见图 1）。建设规模按通航 3000t 级船舶标准设计，通航保证率 98%，设计航道尺度4.1m90m670m（水深 航宽 最小弯曲半径，下同）。2 自然条件2.1 河流水系概况贵港至梧州河段属西江水系，含郁江、浔江、西江三个河段。郁江是西江水系的一级支流，区间流域面积 6.81 万km2。浔江为西江干流，始于黔江与郁江汇合口，止于梧州市桂江河口，航道全长 173.3km。西江为珠江水系干流，始于梧州市桂江与浔江汇合口，图 1 项目位置示意图智 慧 交 通 新 业 态Maritime Safety 水上安全11在珠海经磨刀门入海，全长约 300km，其中广西境内（梧州至界首）全长 11.7km。长洲至界首 24km 段维持天然河流，有龙圩水道、洗马滩、鸡笼洲、界首滩等四个滩险，枯水落差 1.26m，平均比降 0.63。2.2 河流流域概况2.2.1河道特性长洲枢纽界首段为丘陵地区河段，河床较平坦，河岸为土质或石灰岩、砂岩组成，河床多为基岩或砂卵石组成，部分河床沙层覆盖。河道宽阔，一般可达500800m，最宽处达 2000m，河中有江心洲，形成分汊。有龙圩水道、洗马滩、鸡笼洲、界首滩等四个滩险。2.2.2泥沙特征郁江、浔江、西江流域内植被较好，河流含沙量较小，属少沙河流。综合气象、水文、地质勘察等相关资料，可知区域来沙年内过程与径流过程大体相同，输沙量年内分配极不均匀，来沙主要集中在汛期（来沙量占全年来沙量的 96.2%以上）。输沙量与年径流量成基本成正比例关系。贵港至梧州河段近年含沙量有逐年减少的趋势，未来随着上游枢纽陆续建成，加上社会采沙的影响，贵港至梧州河段的含沙量将进一步减少。3 平面布置方案根据工程地质钻探资料反映，工程区域地质覆盖层以河流冲积物为主，局部为基岩裸露，部分河段河床有暗礁发育。本疏浚工程主要对礁石覆盖层进行疏浚，对航道范围内不满足 4.5m 水深的浅段进行疏浚炸礁。3.1 龙圩水道龙圩水道疏浚区域主要为礁石区的覆盖层疏浚，开挖范围内均有礁石连续分布，整治建筑物主要位于河道左侧。此段航道水情较为复杂，航槽在经过上游丁坝群后，贴河道左侧布置，在交汇口处尽量沿水流方向布置，并使得航道顺直通过西江四桥桥区，保证下行船舶顺利通过大桥通航孔。航道经过桥区后，与桂江河口航槽平顺衔接。3.2 洗马滩洗马滩航段位于西江四桥至云龙大桥河段，疏浚区包括SJ02、Z14-ZJ16以及桂江河口ZJ27 五个区域，均为礁石区的覆盖层疏浚，且覆盖层较厚，少量为中砂、砾砂。洗马滩河道宽度在780 900m左右，河道宽阔，顺直微弯。考虑到桂江通航船闸日益增加，汇流河口处存在碍航礁石，影响船舶航行安全，因此，本次疏浚工程对该区域按照西江航道设计水深进行疏浚。3.3 鸡笼洲鸡笼洲疏浚区位于云龙大桥至扶典西江大桥段，疏浚范围为 K14+900至 0 至 K17+050，包括ZJ22-ZJ23两个覆盖层疏浚区，疏浚土为此区域礁石的覆盖层，覆盖层较薄，少量的中砂和砾砂。为保证桥区直线度的长度，航道通过云龙大桥后近左岸布置。为保证航道边线与李家庄码头停泊水域和回旋水域的安全距离，航道较原级航道向右偏移 63m。3.4 界首滩此段航道按照 120m 布置，自扶典西江大桥至界首滩、两广航道整治分界线，航道轴线与上游航道、西江广东段航道平顺衔接。疏浚土质主要为圆砾土、卵石土，卵石土，少量的中砂和砾砂。4 横断面设计1）挖槽水深的计算公式为 H疏 H设 H（1）式中：H疏为疏浚挖槽设计水深；H设为航道设计水深；H 为航道富裕水深。设计时取 H设=41m，航道设计水深已考虑富裕水深 0.5m，但是考虑航道维护需要，这里取 H=0.4m。将此代入式（1）得 H疏 4.1m 0.4m=4.5m。2）挖槽宽度的设计公式为 B疏 B标 B左+B右（2）式中：B疏为疏浚挖槽设计宽度；B标为航道标准宽度；B左、B右分别为航道左、右侧加宽开挖距离。西江大桥、西江三桥、西江四桥、云龙大桥、扶典西江大桥桥区已根据航道总体布置、整治需要和桥区通航需要对航道宽度进行加宽，疏浚工程对航道范围浅段不再加宽开挖。因此有 B疏 B标。3）挖槽边坡设计。根据航道工程地质勘察成果，本工程疏浚范围内河床土质主要为圆砾土和卵石土，其次为中砂、砾砂。根据 JTS181-52012疏浚与吹填工程设计规范表 4.3.3 及本项目岩土工程勘察报告，疏浚挖槽设计边坡取 13。4）挖槽断面设计。根据 JTS181-52012疏浚与吹填工程设计规范确定本项目疏浚工程挖槽断面，见图 2 所示。图 2 疏浚横断面设计图图 2 中：ABCD 为疏浚挖槽设计断面；ABC 为疏浚挖槽工程量计算断面；h 为疏浚计算深度；H 为疏浚设计深度，H=船舶吃水 3.6m+富裕水深 0.5m+航智 慧 交 通 新 业 态水上安全 2023 年 第 9 期12道维护富裕水深 0.4m=4.5m；b 为疏浚挖槽计算底宽；B 为疏浚挖槽设计底宽，B 取航道宽度，按照各航段实际宽度选取；1:m 为疏浚挖槽设计坡比，m=3；h、b 分别为疏浚工程量计算的超深、超宽。疏浚设计采用 2m3抓斗船及 4m3铲斗船施工，根据 JTS181-52012疏浚与吹填工程设计规范，取h=0.4m，b=3.0m。5 施工方法5.1 施工工艺流程施工前进行工程控制点的测量放样，挖机船由操作员进行控制，挖机船左右两侧轮流停靠泥驳，待一侧泥驳装满后，挖机船继续往另外一侧泥驳进行装驳作业。满驳泥驳按规定航线，航行至卸泥区进行抛卸，中途严禁抛卸、漏卸。抛卸完毕后返回至挖机船一侧，等待装驳，施工区开挖物应装运至指定的区域抛卸。具体地开挖方法为：由外而内分条开挖，开挖顺序为 A B，即 A 条逐阶梯完成分段长的边坡开挖任务后转入 B 条开挖。在施工过程中，为保证施工质量，防止出现欠挖或漏挖的现象，每条每层在开挖的过程中，应该保证有重叠开挖的区域，控制施工质量。5.2 疏浚物抛卸施工卸区在征得水利部门、环保部门等意见下，宜设在滩段的上、下游深潭并远离水资源保护区、鱼类产卵区、湿地自然保护区，以减少对环境、生态及规划的影响。同时，可综合利用河道附近自然深潭为抛填区，或可卸在附近河段堤脚岸边，作以保护堤岸安全或用作筑坝工程的坝体垫层料等。要将疏浚土抛卸至指定的卸泥区，本标段卸泥区包括 3 处抛泥区，分别为 6#龙圩水道抛泥区、7#龙圩水道抛泥区、8#鸡笼洲、界首滩抛泥区，抛泥运距 410km。5.3 疏浚验收5.3.1扫床验收设备本工程测量定位设备选用中海达 V3.0 型号全球卫星导航系统（globalnavigationsatellitesystem，GNSS）接收机以及中海达 H370 型号测深仪。扫床验收中，扫床设备选取 GNSS实时动态（real-timekinematic,RTK）测量的流动站用于测量定位，加上一条改装后用于航道硬式扫床的扫床船。扫床船由现场施工泥驳船上加装扫床架构成，扫床架由固定竖杆设备、固定横杆、测深杆、扫床横杆、牵引绳组成。5.3.2扫床验收工艺流程1）绘制扫床轨迹线。根据扫床横杆的长度在测量软件中设置好 6m 宽的扫床覆盖轨迹线，并根据炸礁区的长、宽范围布置扫床轨迹线的长度和条数，方向与水流方向平行以便操作扫床船。2）水位观测。利用 GNSS 载波相位差分技术对验潮站进行高精度定位，在岸上架设好基站，移动站设置为 RTK 固定解，利用设计提供的坐标和高程控制点，解算椭球转换参数，把 1984 世界大地测量系统（worldgeodeticsystem1984，WGS-84）转换成施工坐标系。并在控制点进行校核，准确无误后用移动站测量水面高程，高程基准为 1985 国家高程基准。3）测量放线。首先根据控制点设置 GNSS 仪器，确定检测精度在精度允许范围为测量一个检测区域水位H，然后将装载 GNSS 接收机的标杆固定在扫床船中心位置用于导航，连接好测深仪和 GNSS 接收机后，打开测深仪显示屏幕，设置参数后将测深仪与 GNSS 接收机联立起来，调入平面图计划线，将点位采集频率设置为船舶移动 5m 一采集，此时 GNSS 接收机与测深仪已连接设置好。至此准备工作就绪，可以开始检测。4）检测过程。检测顺序按从左岸往右岸，从上游往下游整体顺序进行施测。每次都顺着预设好的计划线从上往下扫测，扫测完上一条线后再到上游起始位置重新沿下一条计划线扫测，依次反复直至最后一条计划线测完为止。如在扫测过程中发现浅点，扫床船上技术人员应立刻在导航软件中进行 GNSSRTK 定位，然后确定对浅点区采取测措施，直至硬式扫床合格为止1。5）资料成果整理分析。将水深外业测量过程中所采集到的原始数据经测量船动态吃水、测深仪声速和绘图水位（航道设计水位）改正到出图要求。对疏浚（炸礁）测区所测的每条水深断面线进行距离摘录水深数据，并加入以上所述的各项改正数据进行水深改正后生成一份*.Dat 数据文件的水深图，再在此数据文件中进行等深线的自动绘制和适当的图框装饰便测绘出一幅标准的航道疏浚（炸礁）水深平面图2。最后，对水深测量成果图进行统计分析，得出结论，完成硬式扫床检测工作。6 结束语河道疏浚的目的是防汛、度汛、排涝、泄洪，抗旱取水、通航行船，因此，此项工程是关系到国计民生的基础工程，其意义重大。航道疏浚工程施工难度大、条件复杂，易受气候、汛期影响，施工具有不可预测性，且对测量定位仪器、疏浚机具要求较高，因此对航道工程疏浚技术的研究有重要的理论价值、实用价值和经济价值。7 参考文献1 高德恒,李奇.西江航道封开段整治工程检测实践与探讨 J.人民珠江,2011,32(增刊 1):17-18,81.2 林方炎.东莞水道样板航道整治工程交工验收抽检方案的设计和实施 J.珠江水运,2007(8):37-38.