中交广州航道局有限公司 广东省广州市 510298
摘要：孟加拉国帕德玛大桥河道整治工程中河道土壤粉细砂含量较高，土壤难以固结，水下边坡开挖时容易出现滑坡塌陷现象，旱季河道水位下降，施工段露水区域较大，土块塌方对船舶铰刀桥梁及船体损害较大，且过往船只频繁，配有GPS自动精挖系统的IHC9029型绞吸式挖泥无法高效施工，在正边坡开挖精度要求极高和工期限制条件下，利用7025型绞吸式挖泥船采取“上下小阶梯式”边坡开挖工艺，有效解决了施工水域不足、边坡滑坡、塌陷的施工难题。
关键词：航道疏浚；粉细砂；绞吸船；“上下小阶梯”边坡开挖；分层、分条式开挖
引言
孟加拉国位于南亚次大陆东北部的河口冲积性平原上，大部分地区属于典型的亚热带季风型气候，潮湿多雨，河道纵横交错，且地质松散，土壤中粉细砂含量较高，有机质缺乏，土壤难以固结，雨季河道侵蚀严重，常年改道，洪水泛滥成灾。为改变这一现状，孟国逐年加大资金投入力度，引进国外河道整治技术，结合本国河道情况，进行河道清淤与岸基护理。
1.工程概况
帕德玛河道整治工程位于孟中部地区，距离孟首都达卡约50公里的迦姆纳河下游，属帕德玛大桥总体工程中的一个分项工程。施工内容为大桥南岸桩号Sta.1+900-Sta.2+650河道整治段的航槽断面设计中的表层（部分干露土方为早期临时挡水围堰）及中层土方开挖，航槽设计底宽度为65m，设计底标高为-25m，航槽设计正边坡为1：6，航槽设计背边坡为1：5（如图1），疏浚工程量为200万m³，为边坡铺放块石做基础准备以及为水上机械提供作业空间，工期仅90天。
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图1航槽开挖断面设计
2.疏浚施工正边坡塌方问题
施工区毗邻当地水运交通要道，作业水域有限，河道淤积主要为上游岸基掏刷来沙淤积，以粉细砂为主掺杂少量中粗砂，土质状态松散至中密，水下土方整体粘黏性很差。参考其他7025绞吸船在本区域施工经验，绞吸船在正边坡开挖过程中，极易造成坡面整体下滑，出现大范围坍塌或裂缝现象，而且对正边坡坡面开挖，业主要求极其严格，坡面平整度要求±15cm，一旦坡面出现超过100㎡的凹陷或裂缝，就要停船整顿，更改施工工艺，重新在实验段进行试挖，满足开挖要求才能重新进场施工，并且对出现的大范围坍陷或裂缝，要进行沙袋抛填及坡面二次开挖处理。
在前期施工阶段也发现旱季河道水位下降幅度大，疏浚土方裸露区域较多，土块塌方严重，对铰刀桥梁及船体损害较大，存在一定的施工难度。
但总体来说，如何避免正边坡开挖过程中出现塌陷或裂缝，是本次施工过程中的难点。考虑到工期和自有设备有限，一般的边坡开挖方法难以确保施工顺利进行。
3.疏浚基本施工工法
绞吸船的施工工艺，是依靠绞刀桥架的重量、绞刀连续不断的旋转切削进行水下破土，在横移绞车的作用下，使土层分离并和挖槽内的水混合形成泥浆，再由位于船舱或甲板上的泥泵从吸泥管吸入，经过排泥管抛放到卸泥区。绞吸船在施工中，一般采用分层、分条挖泥方法。
3.1分层施工法
根据施工船舶的施工特点，在施工船舶疏浚过程中根据土质、绞刀尺寸及疏浚区水深情况（是否要趁潮施工）等选择合适的分层开挖厚度，在保证连续施工的前提下，提高船舶生产效能。
3.2 分条施工法
根据现场条件、管线配置、船舶设备状况以及为减少浚后回淤影响，恰当的控制分条的数量、宽度，能极大地减少移锚、移船等生产停歇时间，确保生产时间，提高挖泥船的工效，一般可以采用以下几种分条施工方法：
（1）钢桩横挖法施工：一般分条宽度为绞刀前端到钢桩中心水平投影长度的1.0倍，但分条的最大宽度不易大于挖泥船一次开挖的最大宽度，绞吸式挖泥船的最大挖宽一般不宜超过船长的1.1～1.2倍，具体倍数根据施工区水流流速及横移锚缆抛放长度而定（施工区流速较大时，要注意减小开挖宽度）。分条最小宽度要大于挖泥船的最小挖宽，在施工区浚前水深大于挖泥船吃水水深时，最小挖宽等于挖泥船前移换桩时所需的摆动宽度。
（2）三缆横挖法施工：分条宽度根据绞吸式挖泥船的长度和摆动角确定，一般摆动角控制在80°左右时，最大宽度选为船长的1.2倍。
（3）锚缆定位横挖法施工：分条宽度根据主锚缆抛放的长度决定，最大宽度为80m。
4.施工工艺
本次采用一艘7025型绞吸式挖泥船，为确保施工效率及安全施工要求，施工中采用逐段分层、钢桩横挖法施工分条挖泥法作为基本方法。施工时，绞吸船依靠船艉部的主钢桩固定船位，对准挖槽中心线插入泥床，作为横移的摆动中心，在船艏绞刀架左右各抛设一只横移锚，抛出方向略向船艉，利用左右横移锚机交替收放钢缆，实现左右摆动挖泥。当一段区域施工结束时，利用主钢桩台车顶推前移。换桩时主桩前移的轨迹始终保持在挖槽中心线上，使绞刀的平面轨迹也始终保持平行前移，避免出现重复挖泥或漏挖现象，其绞切平面轨迹呈月牙型。
经开挖试验及现场施工特点，采取分层、钢桩横挖法施工分条基本开挖法，对露出水面部分土方，从背边坡处（图2中①）开始突破，在不破坏背坡1：5坡度的情况下，利用土方自然坍落及绞吸船特点，迅速打开工作面，通过布设开挖设计线，遵循由背坡至正坡、上到下的开挖顺序进行分层、分条开挖表层裸露及中间部分，并且在疏浚过程中，充分利用挖掘机的机动性进行表层土方辅助挖掘，减小水面以上的泥层厚度。同时，根据土方自然坍落的效果灵活地采取绞刀头垂直、平行开挖，提高破土能力。初步表层裸露土方和背边坡的开挖，为正边坡开挖提供了足够的施工水域。
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图2疏浚施工剖面
5.正边坡开挖工艺
5.1施工方案
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图3正边坡小阶梯开挖示意图
由于正边坡处易塌方以及施工工期有限，为避免二次重复开挖，采取7025型绞吸式挖泥船对正边坡进行初步开挖，再利用IHC 9029型挖泥船对正边坡进行精修处理。在初步开挖中，为保证边坡面开挖效果能达到坡面平整度±15cm的技术标准，确保设计边坡的稳定性，防止出现滑坡现象，开挖面至设计面间预留出3米厚度的泥层，作为保护层（图3），以减弱绞吸船粗挖时对设计边坡的扰动破坏，且开挖过程严格控制每刀土层开挖厚度，确保单刀土层厚度不超过铰刀直径的0.5倍（铰刀头直径2.7米），横移时要匀速摆动，避免出现厚土层“定点掏吸”操作的发生。最后3米保护层，利用配置自动精挖系统的绞吸船处理。
5.2施工工艺
根据设计边坡值和浚深要求，在正边坡坡面划分出-2米至-25米坡线（如图3）。
边坡开挖是制约施工效率的关键，经多次不同尺寸“阶梯状”开挖试验，最终边坡开挖时采用高1米宽6米的“上下小阶梯”开挖工艺。为论述方便将正边坡附近浚前高程统一按照-2米计算，根据业主指定从-5米坡线处下刀要求（-5米坡线以上区域，已完成边坡精修），将绞刀头从-5米坡线竖直下刀，铰刀头每竖直下方1米后，水平横移6米，重复3次“竖直和水平”的“下小阶梯”操作，最终在-2米至-5米坡线水平面间切割形成3个宽6米高1米的“小阶梯”（图2中第一层所示），泥层厚度也达到3米，即满足了业主提出的单刀土层厚度不应超过铰刀直径的0.5倍的技术要求，也保证了的高效施工时单层厚度的要求，随后在-5米坡线所在水平面上匀速横向摆铰刀，当铰刀头再次摆回坡面附近时，沿坡面向上提铰刀头，重复3次“上小阶梯”操作，将铰刀头由-5米坡线所在平面提至2米坡线所在平面。如此反复“上下小阶梯”操作，在每层正边坡附近开挖时先细致地挖出一条沟壑，用来削弱同层土方开挖时土方坍塌对正边坡的扰动影响，最大限度地确保了边坡稳定。在同层远离边坡时就可按照正常钢桩横挖法分条施工，（按图3）由1至2至3……逐层重叠开挖的顺序，对施工区域进行逐层开挖，第一层完成后，再次从边坡按照“上下小阶梯”操作开始第二层开挖，依次类推，逐层、逐段开挖、验收。
6.结语
通过对开挖面的定时测量监测，发现小阶梯在水流扰动下最终形成稳定1：6坡比，边坡预留保护层厚度也基本能达到2.8米左右。经业主多波束测量检测，浚后坡面并无太大起伏，坡面相对平滑，无大面积土埂和沟壑存在，未形成较大悬空凸出或凹陷坡面，满足了业主铺放护面块石工序时对坡面的基本要求。
边坡“上下小阶梯”的施工工艺可在很多河道整治工程中应用，特别是在地质条件不好，且对边坡坡面有较高成型度要求的工程。本次工程通过采用“上下小阶梯式”边坡开挖方法，有效解决了边坡面易塌陷的施工难题，并以平均90万立方米/月，小时效率1500立方米/小时的成绩，历时83天完成业主交付的施工任务，避免填补、二次开挖，节约了物力财力，对类似整治工程具有参考价值。
参考文献：
[1] GB50707河道整治设计规范.2011.
[2] 中交天津航道局有限公司.疏浚工程学.
[3] 中交天津航道局有限公司.疏浚技术.
[4] JTS 207-2012 疏浚与吹填工程施工规范.
作者简介：
吴冲（1991-）男，汉，河南开封，助理工程师，本科，港口航道与海岸工程专业。
容迪清（1991-）男，汉，广东茂名，助理工程师，本科，工程管理（造价）专业。