CN108532546A - 一种海港港池、航道逆序开挖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海港港池、航道逆序开挖的方法，步骤如下：(1)抽砂(2)充灌袋施工(3)疏浚(4)吹填。本发明将传统吹填造陆工艺中的“围埝～疏浚～吹填”调整为“疏浚～围埝～吹填”，将港池、航道开挖工程范围内的砂层提取出来建造围埝，再将其余土体疏浚后进行吹填，既能解决砂源的问题，亦能减少港池、航道开挖方量。

Description

一种海港港池、航道逆序开挖的方法

技术领域

本发明属于疏浚与吹填、围海造陆技术领域，涉及海港港池、航道，尤其是一种海港港池、航道逆序开挖的方法。

背景技术

砂土为粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量50％且粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50％的土，按颗粒级配分为分粉砂、细砂、中砂、粗砂等。工程实践中，粉细砂因其施工速度快、挤淤情况较轻、吹填后表层地基承载力较高等优点，作为真空预压工作垫层、大型充灌袋堤心等在软基处理、吹填围埝工程中得到广泛应用；中粗砂因其透水性好，真空度传递效率高等优点，作为真空预压水平排水通道被广泛应用。

砂土为近海砂矿资源，在我国分布广泛，储量巨大，是仅次于陆架石油和天然气资源、位居第二的海洋矿产资源，但由于采矿权审批程序的严格，真正进行大规模开发的为数寥寥，多数都在小规模开采，并且无序的乱采、偷采的占多数。不仅造成了资源大量浪费、国家税收巨额流失，而且因此引发的环境问题也日益突出，海砂开发与其他海域使用功能之间的冲突也日益尖锐。自上世纪80年代初伊始，伴随海砂广泛的建筑用途逐步被知晓、发掘，海砂被盗采、滥采的厄运便如影随形，时至今日，仍有日益猖獗之势。因此海事部门对采砂和海上吹砂施工管制愈发严格，目前沿海工程中砂土的来源与供应已成为制约工程的首要因素。

综上所述，在砂土资源贫瘠的地区如何找到合适的砂源，是非常必要和紧迫的。

随着船舶大型化的发展，航道会向超宽、超深方向发展。以30万吨散货船及30万吨油船为例，其需要的港池、航道、回旋水域设计水深约为25m，按乘潮延时3小时、保证率90％计，乘潮水位为2.89m，得到航道设计底高程约为-22.5m。根据相关工程经验，天津港部分区域-17m标高下存在砂层，地质资料揭示该层呈褐灰色，密实状态，无层理，含贝壳，分布连续。以往工程中，由于航道开挖机械和施工工艺的限制，砂层在扰动下混合着淤泥、淤泥质粘土等被一起挖走，港池、航道的开挖土只能选择外抛或吹填造陆的方式处理，宝贵的沙土并没有得到很好的利用。

发明内容

本发明目的在于通过创新施工工艺，利用新型设备，提出一种海港港池、航道逆序开挖的方法，既能解决砂源的问题，亦能减少港池、航道开挖方量。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种海港港池、航道逆序开挖的方法，步骤如下：(1)抽砂(2)充灌袋施工(3)疏浚(4)吹填。

而且，所述的步骤(1)抽砂是以钻探式抽砂船为核心，利用DGPS精确定位在施工区钻探起点，在完成与吹砂管线的接卡展布工作后，根据DGPS定位系统显示设定的位置定深下放钻杆至砂层中，利用高压水泵产生压力水，通过高压水枪冲击砂土，经过水的湿化崩解流动作用，将沉积的砂土形成砂浆，然后将砂浆通过砂泵及管道输送至作业区。

而且，将钻杆下伸至设计疏浚底面以上大于1m处，通过高压水枪冲击砂土形成浓度低于60％的砂浆，高压水枪流量为900m3/h；通过抽砂泵和吸砂管将砂浆抽至船内洗砂仓，抽砂泵流量为900m3/h。

而且，所述的步骤(2)充灌袋施工是在步骤(1)抽取的砂浆中加入泥水分离剂，再利用砂泵将混合后的泥水通过管道送入充灌袋；送入充灌袋的泥水在泥水分离剂的作用下，泥水迅速分离，泥沙固结，水通过充灌袋袋布排出充灌袋，最终形成充灌袋袋体。

而且，所述的泥水分离剂为FeCl₃等无机絮凝剂，加入量为0.05g/L，具体根据砂浆的浓度确定。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明将-17m至-22.5m之间的砂土单独提取出来用在软基处理、吹填围埝工程中，不但能够变废为宝，解决了砂源的问题，还能减少港池、航道开挖方量，经济效益非常显著。

2、本发明将传统吹填造陆工艺中的“围埝～疏浚～吹填”调整为“疏浚～围埝～吹填”，将港池、航道开挖工程范围内的砂层提取出来建造围埝，再将其余土体疏浚后进行吹填，既能解决砂源的问题，亦能减少港池、航道开挖方量。

3、本发明在抽取的砂浆中加入泥水分离剂，使泥水快速分离，快速固结，使抽取的砂浆能够真正的应用，既保证冲灌袋施工质量又节省工程投资。

附图说明

图1是钻探式抽砂船示意图；

图2是抽砂工艺断面图；

图2中：A～B～C～D为设计疏浚断面；A’～B’为砂层顶面；A～D为原泥面

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明按以下步骤进行：

(1)施工前准备

(2)钻探式抽砂船定位、抛锚

(3)吹砂管线敷设

(4)抽砂

(5)充灌袋施工

(6)施工测量

(7)疏浚

(8)吹填

步骤(1)中，主要为施工人员、船机设备进场，建成临时设施。

船机设备采用钻探式抽砂船，船长40米，宽9.6米，高2.2米，舱内龙骨每隔60公分一道，中间有4个隔舱，中间为洗砂仓。钻探式抽砂船工作原理是利用高压水泵产生压力水，通过高压水枪冲击粉细砂，经过水的湿化崩解流动作用，将沉积的粉细砂形成砂浆。然后将砂浆通过砂泵及管道输送至作业区。

钻探式抽砂船的组成：(1)抽砂构件：包括抽砂泵，抽砂泵动力(柴油机或电机)，高压水泵，高压水泵动力，配套的支架，水龙头，油箱室。(2)船体固定和移动为主的辅助装置：以卷扬机配合船锚实现船体的固定，船体移动可以是移动卷扬机，有的时候也使用螺旋桨移动。(3)管线系统：包括吸砂管、输砂管、管线漂浮装置(浮板或浮筒)等。(4)其他的辅助组件：包括供工人休息的休息室或者是放置抽砂设备的舱室。

步骤(2)中，采用DGPS即差分全球定位系统。该系统定位精度优于1m。其工作流程是陆地基准台与船台的接收机共同观测同一组卫星(不少于4颗)，由基准台求出观测值改正数，通过数传电台传输到船台，并对船台观测值进行实时修正，进而求得船台所在船位的坐标，利用数据采集、数据处理、自动绘图功能的HYPACK软件通过计算机进行数据处理，在电子显示屏上显示出设计挖泥区段轮廓线，设计挖槽边线，绞刀挖泥运行轨迹，实时导航数据，同时它与水位遥报仪、绞刀深度深度指示仪相连接，可实时显示挖深、瞬时水位、挖槽横断面图或水下三维立体图等。

根据风流情况，确定抛锚顺序，一般先抛设上风、上流锚。抛锚时，要掌握好抛锚的位置，约在边锚缆与当时船身的前夹角45°的位置，但不要小于45°，到位后即行抛锚，抛锚后收紧横移缆。

步骤(3)中，吹砂管线按下列原则布置：(1)平面布局合理易于实施和经济安全。(2)平面布置应根据船舶的总扬程、吹填区至取砂区的地形、地貌、排距、吹填标高、水位和潮汐变化等条件综合考虑。(3)管线应选择交通方便的道路、堤岸一侧布置。管线走向应平直。(4)吹填区内管线的布置应考虑吹填土粒径大小、泥泵功率、吹填高度及平整等因素。除布设干管外还应布设支管。围堤距管口的距离为10～30m，以防止冲刷围堤。(5)钻探式抽砂船的水上吹砂管线应有自然弯曲的足够长度。可能情况下，应减少水上管线的长度为避免水上管线影响通航，可敷设水下管线，水下管线应选在河床平整、冲淤不大的缓流区。水陆管线相接处，应设架头或平台采用柔性接头。

水下管线组装：水下管线主要采用2+①形式，即2节钢管与1节胶皮套相连接，水下管与水上管连接处采用1节钢管+1节自浮管形式，水下管与陆地管连接处视情况应为2+①形式或视情况增加软管数。

陆地管线组装和布设：陆地管线采用硬性连接，即钢管直接连接的形式。管线接卡用装载机进行协助和运送管子，用风动扳手或人工将螺丝拧紧。本工程中。

岸管的主要组成及布设：(1)水陆接头：根据管线上岸处的地形、地势，采用合适角度的弯头和橡胶软管组合跨越上岸。(2)过路管：过路管线需通过道路，采取挖沟下埋的方式，上面覆盖土层，保持道路的畅通，过路管过路后再用适当角度的弯头向上偏转。(3)主干管架设：主干管架设在围堤靠泥塘内的一侧，沿道路边架设，每隔100m加装三通，三通两端接闸阀与其他陆地管连接，另外一口连接短节，伸向塘内形成支管。(4)支管架设：支管将边吹填边架设，随着管口陆域的逐渐形成，管线逐渐向前延伸。

步骤(4)中，根据地质勘察资料确定砂层顶面，根据设计疏浚断面、砂层顶面、挖槽宽度及航道长度确定取砂工程量。

取砂时，将钻杆下伸至设计疏浚底面以上不小于1m处，通过高压水枪冲击砂土形成浓度不能超过60％的砂浆，高压水枪流量为900m³/h；通过抽砂泵和吸砂管将砂浆抽至船内洗砂仓，抽砂泵流量为900m³/h。

步骤(5)中，吹砂流量为900m³/h，配备有两台吹砂泵，单泵作业排距达到2.5km，双泵串联作业排距可达到4.5km。其总扬程为82m。

大型充填袋施工：在抽取的砂浆中加入泥水分离剂，再利用砂泵将混合后的泥水通过管道送入充灌袋；送入充灌袋的泥水在泥水分离剂的作用下，泥水迅速分离，泥沙固结，水通过充灌袋袋布排出充灌袋，最终形成充灌袋袋体。

具体要求如下：充填袋定位应根据设计要求的结构边线进行定位，并采用有效方法进行定位；袋子横向应为整体，充填袋体应分层错缝堆叠，要求排列有序、无空隙，纵向层间错缝不得小于3.0m。袋子充填厚度控制在0.4～0.65m之间；下层充填袋在固结度达到70％后，方可以进行上一层充填袋固结度检测方法：用钎探仪10Kg锤击三下，钎入度不超过20cm，要求每层每1000m取三点；上、下层充填袋可以采用辅助连接，用以固定各层充灌袋，不允许用钢丝穿透袋布进行连接；袋子加工时应留出充填管口，管口尺寸根据充填机具确定，充填完成后，必须将袋口扎紧；施工过程中，袋子不得有破损，如发现破损，必须及时用等强度的袋布缝补牢固，以防袋内充填物流失，造成堤坝塌陷；为便于袋子加工，袋布应选择较宽布幅，拼接缝制采用锦纶线，拼接处折叠三层，宽度不小于10cm，缝三道线(先缝一道，折叠后再缝两道)。也可以采用粘结剂粘结，粘结部分宽度为10cm，粘结部位的各项指标应大于袋布强度的90％；充填袋加工后的尺度应符合设计要求，充填后的袋子边线与设计边线的水平误差不大于±50cm；高程不低于设计标高，每个袋子拼接缝不宜过多，且相邻拼接缝的间距应大于2.0m；断面成型后的外露部分应尽量减少拼接缝。断面总面积不得小于设计断面面积；充填后的袋子边线应将砂垫层全部压护。

步骤(6)中，对抽砂后的泥面进行测量。测量定位采用DGPS定位及自动测深装置对开挖尺寸进行控制，并使其达到设计要求。

步骤(7)中，根据疏挖土类、水力输送、水文气象条件、生产率和经济效益的要求采用相应的工程船舶，在满足施工工期的基础上，施工船舶数量尽量减少，方便布设管线，船舶之间管线尽量不交叉。

步骤(8)中，泥泵工况的选定要在泥泵及其主机的可用性能范围内，排泥管路能够输送，且磨损较小，并使土方生产率较佳。泥泵工作的流量范围，最小不致使排泥管路中的流速太小，而产生泥沙沉积，出现堵塞现象；最大不致使泥泵产生气蚀、或主机超功率、或超转矩。在泥泵工作流量范围内，选定的施工流量，要使挖泥船能发挥挖吹能力，达到较佳生产率，同时要考虑减小泥泵、管路的磨损和节约能耗等。

本专利所述指标取值并非限制性说明，仅作为建议值，可根据实际情况和相关规范进行适当调整。但凡依据本发明内容及申请范围做等同的修饰或变化的，皆应属于本专利涵盖的内容。

Claims (5)

1.一种海港港池、航道逆序开挖的方法，步骤如下：

(1)抽砂

(2)充灌袋施工

(3)疏浚

(4)吹填。

2.根据权利要求1所述的海港港池、航道逆序开挖的方法，其特征在于：所述的步骤(1)抽砂是以钻探式抽砂船为核心，利用DGPS精确定位在施工区钻探起点，在完成与吹砂管线的接卡展布工作后，根据DGPS定位系统显示设定的位置定深下放钻杆至砂层中，利用高压水泵产生压力水，通过高压水枪冲击砂土，经过水的湿化崩解流动作用，将沉积的砂土形成砂浆，然后将砂浆通过砂泵及管道输送至作业区。

3.根据权利要求2所述的海港港池、航道逆序开挖的方法，其特征在于：将钻杆下伸至设计疏浚底面以上大于1m处，通过高压水枪冲击砂土形成浓度低于60％的砂浆，高压水枪流量为900m³/h；通过抽砂泵和吸砂管将砂浆抽至船内洗砂仓，抽砂泵流量为900m³/h。

4.根据权利要求1所述的海港港池、航道逆序开挖的方法，其特征在于：所述的步骤(2)充灌袋施工是在步骤(1)抽取的砂浆中加入泥水分离剂，再利用砂泵将混合后的泥水通过管道送入充灌袋；送入充灌袋的泥水在泥水分离剂的作用下，泥水迅速分离，泥沙固结，水通过充灌袋袋布排出充灌袋，最终形成充灌袋袋体。

5.根据权利要求4所述的海港港池、航道逆序开挖的方法，其特征在于：所述的泥水分离剂为FeCl₃，加入量为0.05g/L。