时间：2022-03-18 06:16:42
关键字： 黄骅港；维护疏浚；施工方案
作为淤泥粉沙质海岸港口，神华黄骅港航道回淤严重，需要常年进行维护疏浚，且始终面临大风骤淤风险。如何在确保航道通航安全、降低骤淤风险基础上，通过科学合理的航道维护疏浚施工安排，降低疏浚成本一直是港务公司思考研究的重要课题。本文通过分析研究，对该问题进行了一定的思考探索。
一、神华黄骅港航道概况
神华黄骅港位于河北省与山东省交界处、沧州市区以东约90公里的渤海之滨，是河北省沿海的地区性重要港口，也是我国西煤东运第二大通道出海口、第二大煤炭下水港，是神华集团“矿、电、路、港、航”五位一体运营体系的重要组成部分。目前，港口拥有5万吨级双向重载航道1条，煤炭装船泊位17个、杂货及多用途泊位2个、液体化学品泊位1个，年设计吞吐能力达到2亿吨。
航道作为港口的咽喉，是港口生存和发展的关键所在，对神华集团整个产业链有重要影响。目前神华黄骅港航道底宽270米，底标高-14.0米，边坡1：5，航道总长43.48km，其中内航道2.48km。
黄骅港为淤泥粉沙质海岸港口，建港条件较差，航道回淤严重，且始终面临大风骤淤风险。2003年10月，一场45年未遇的特大风暴潮袭击黄骅港，导致已经挖到7m多深25km长的人工航道基本淤平。根据天津水运工程科学研究院的研究，航道平均年淤积量达1700万方。为保障港口平稳安全运营，航道的维护疏浚至关重要。
二、航道维护情况简述
1、黄骅港航道维护特点 黄骅港航道维护特点在于航道回淤严重且始终存在大风骤淤风险。据天科院研究分析认为黄骅港航道淤积机理为“波浪掀沙，潮流输沙”，航道的回淤主要受港口大风影响，港口周边海域边滩泥沙在大风作用下起动，随潮流进入航道落淤。粉砂质淤泥具有“难起易落”的特点，短时间内发生大量淤积，且落淤后很快发生板结，严重影响通航且疏浚难度较大。
2、目前航道维护疏浚方案 为抵御大风骤淤风险，目前黄骅港航道维护采用“开挖备淤水深与常年性疏浚相结合”维护方案，一方面提前开挖备淤水深，另一方面港内常年保持3-4艘耙吸挖泥船，常年进行维护疏浚。备淤水深的设计考虑航道回淤分布规律，不同区段采用不同备淤水深（见图1）。2012年黄骅港航道基建施工基本完成，2012-2014年采取非大风季节重点进行备淤施工，大风季节重点进行清淤施工的施工方案。截至目前，航道各区段大部分已达到备淤水深，全航道平均水深达15.46m，备淤能力达1600万m3，可抵御15年一遇大风回淤（详见图1）。
采用“开挖备淤水深与常年性疏浚相结合”维护方案，最大限度的降低了航道回淤的风险，一方面备淤水深的开挖可保证发生大风回淤后航道满足通航水深要求，另一方面在港疏浚力量保证能够尽快对航道回淤进行清淤，避免板结。2012年以来，航道水深保持稳定加深趋势，通航保证率达100%，有力保障了港口的生产运营。
图1 航道备淤水深及2015年七月航道各区段平均水深示意图
3、目前维护方案存在的问题 目前维护方案也存在一些问题，主要是：1、航道常年维持3、4艘耙吸挖泥船不间断进行疏浚施工，航道维护成本居高不下，每年疏浚费用达3.5亿元；2、随着航道水深基本达到设计备淤水深要求，因可疏浚泥层薄，耙吸船无法充分发挥施工效率，且不可避免产生超深（约占总计费工程量的20-30%），增加了疏浚工程量；3、为保持施工连续性，多艘船舶常年在港施工，非大风期疏浚力量总体过剩，部分区段发生超挖，增加了疏浚成本。
鉴于以上，根据目前黄骅港航道维护自身及周边环境条件的变化，有必要对航道维护模式进行调整，探索新的维护疏浚方案。
三、维护疏浚方案研究
1、航道维护疏浚方案调整的有利条件
（1）目前航道备淤水深开挖已基本完成，之后维护性疏浚全部为清淤施工；航道水深良好，备淤能力较强，施工安排可更灵活。
（2）我港航道北侧综合港航道建设已完成，一方面其建设期间因施工对我公司航道淤积的不利影响消除，另一方面形成对我公司航道的掩护，有利于减少北向、东北向风的回淤量。
（3）经过多年对黄骅港航道回淤规律的持续研究，对航道回淤规律有了较深如的认识，为维护施工安排提供了有力参考。
（4）根据天科所研究，近年来航道回淤物中值粒径有细化趋势，粘土含量有增加趋势，航道可挖性得到提高。
（5）我公司与上海航道局成立合资公司，建立紧密合作关系，长江口航道疏浚施工期与黄骅港大风回淤期在时间上错开，在疏浚船舶安排方面可得到上海航道局支持，减少黄骅港常年在港施工船。
2、维护疏浚方案及对比分析
根据以上分析，认为目前有必要、有条件对航道疏浚方案进行调整，以便在确保航道骤淤风险可控条件下，降低维护疏浚费用。方案调整的主要方向为在维持现状备淤水深条件下，采取分阶段间歇性疏浚施工；重点在于综合考虑各方面因素，确定合理的疏浚施工时段和停歇时段。
施工期与停歇期的划分主要考虑黄骅港大风在年内的分布规律。根据天科院统计分析，黄骅港大风多发生在春秋季节，即3～5月和9～11月期间，其大风能量分别占全年总能量的44.5%和30.5%，其中上半年4月份能量最强，下半年11月份能量最强。大风发生概率最小时期为6～8月份，其大风能量只占全年总能量的9.5%。冬季大风能量占全年总能量的15.5%。此外每年12月-次年2月为冰期，对疏浚安排也有一定影响。下面对可能的维护疏浚方案进行具体分析，考察各方案在降低骤淤风险、提高疏浚效率及降低疏浚总费用三个方面的优劣：
（1）方案一 每年10月至次年5月进行施工，分时段、分区段进行疏浚，6月至9月暂停疏浚施工。即每年度大风回淤期及冰期进行清淤施工，在非大风期减少在港船舶，暂停施工。施工时采用“轮作”方式，首先对已接近或达到预定回淤厚度的区段进行疏浚；本区段疏浚完，再对其他已回淤至一定厚度区段进行疏浚；如此往复，不同区段逐步完成清淤。
此方案优点为回淤碍航风险最小，成本较节约。分析如下：a、在易发生骤淤的大风期及冰期保持最大疏浚力量，使水深维持较深状态，降低骤淤风险；b、一旦发生骤淤能在最短时间内完成清淤，最大限度降低骤淤对通航的影响；c、航道某区段回淤至一定厚度进行清淤，有利于充分发挥耙吸船效率；d、采取“轮作”方式分时分段施工，可用较少船舶完成整条航道疏浚任务，节约成本；e、6月至9月暂停施工，因航道回淤量小，风险可控，且减少在港船舶可大幅节约费用。
此方案缺点为施工期较长（8个月），冬季施工面临效率低、机具磨损严重、安全风险大等问题。
（2）方案二 每年3月至8月进行疏浚施工，9月至次年2月暂停疏浚。具体为3月至5月大风期主要进行清淤施工；6月至8月非大风期利用回淤量少有利条件，重点疏浚大风期未疏浚完回淤土方，使航道水深浚深至要求备淤水深；9月至次年2月大风期及冰期不进行施工，主要依靠前期疏浚备淤水深抵御回淤。
此方案优点为集中施工时间短（6个月），效率高，能应对春季大风期骤淤，避免了冬季施工的问题。分析如下：a、施工停歇期回淤土方经较长时间积累厚度较大，有利于发挥耙吸船效率；b、回淤土自身发生一定沉降固结，计量疏浚工程量有所减少，成本降低；c、开始施工后，清除停歇期部分回淤土方保持较好水深，有利于降低春季大风期骤淤分险；d、6月至8月疏浚能发挥船舶最大疏浚效率，达到要求备淤水深，以应对之后的停工期回淤。
缺点为施工期投入力量大，9月至次年2月停工期依靠前期疏浚备淤水深抵御回淤，存在一定风险，如发生严重回淤易影响通航并短期内难以消除（需再调船施工）。
（3）方案三 每年3月至5月、9月至11月各进行一次疏浚，6月至8月、12月至次年2月暂停施工。即在第一种方案基础上，冬季也停止施工，仅在大风期进行疏浚。
相较第一种方案，此方案疏浚时间缩短，且避免了冬季施工的问题，其抵御回淤风险能力较强。主要问题为冬季不进行施工，秋季大风期回淤来不及无法完全清除即进入春季大风期，航道备淤能力有所降低；此外一年停工两次，施工连续性较差，存在一定船舶调遣风险（需疏浚时无船可调）并增加调遣费用。
3、结论与建议
根据以上分析，认为方案一风险最低，方案三次之，方案二风险最高；疏浚效率方面，方案二最高，方案一次之，方案三最低；疏浚费用方面，方案二最低，方案三次之，方案一最高；此外，方案三还面临一定船舶调遣风险。考虑到航道安全畅通对于港务公司及神华集团的重要性，须确保风险可控，认为方案一、方案三较适宜；如船舶调遣风险可确保解决，则方案三风险小且费用低，最为适宜。鉴于目前处于摸索阶段，存在较多不确定因素，无相关经验，建议先采用方案一进行探索，取得经验，条件成熟后逐步采用方案三进行施工安排。
四、结语
本文介绍了黄骅港航道相关情况、目前维护疏浚方案及存在问题，根据新形势的变化，提出维护疏浚调整方案并进行了分析对比，认为目前宜采取方案一进行探索，取得一定经验、条件成熟后逐步过渡到方案三。相关方案及思考为类似港口维护疏浚提供了参考。
参考文献：
〔1〕张华，张建峰.淤泥质海岸大型航道回淤规律和维护方案研究〔C〕.第世界疏浚疏浚大会论文集，2010（9）
〔2〕苗士勇，左书华. 神华黄骅港疏浚管理的新模式〔J〕.中国港湾建设，2013（6）
〔3〕刘娜.天津港水深动态维护应用研究〔D〕.天津大学，2010（1）
〔4〕杨先波，吴江平，陈恳.长江航道维护性疏浚工程施工管理研究〔C〕.第世界疏浚疏浚大会论文集，2010（9）
〔5〕盛海明，冯晓明.试论维护性疏浚工程的质量管理〔J〕.城市建设理论研究（电子版），2013（18）
〔6〕周宇辉.天津港深水航道及港池与泊位备淤深度〔J〕.中国港湾建设，2004（10）
〔7〕胡宁.天津港水深浅点形成原因及其对维护疏浚周期的影响〔J〕.中国港湾建设，2002（6）
【关键词】河道淤积；清淤；施工
河道具有旅游、通航、排涝防洪等众多功能。河道的流畅程度直接影响河道的泄洪防洪作用，尤其是每年的汛期，对于河道流畅程度的要求更高。但是，由于受到河道自身因素、两岸建筑以及架设桥梁的影响，给河道清淤施工增加了很大的难度。因此，为了保证和道德流畅以及保障附近居民的生命和财产安全，应该做好河道的清淤工程，切不可马虎大意。
一、河道清淤工程的意义
做好河道清淤工作是保证地区防汛安全、地区建设以及经济发展的重要工作。但是，许多地区河道清淤工作存在以下问题：河堤堤脚附近的串钩滩面非常低，当出现洪水漫滩现象时，则会导致在河堤堤脚出现大量的积水，严重的威胁河堤的安全，尤其是土质疏松的地区，在遇到这种现象时，不仅会威胁河堤的安全，同时还会威胁地区的安全；一些砂质土堤岸存在部分沙基，如果水流量过大或者水位过高，都会导致河堤出现溃堤的风险，严重的威胁河堤的安全；淤泥堆积过多，会将河床抬高，影响了河道的泄洪能力，降低河道的防洪标准；缺乏对河槽的治理，导致河道存在许多风险路段。由于河道工程存在上述问题，一旦河道淤积严重导致泄流不畅甚至是不通，将会导致洪水直接冲击河堤，严重的威胁当地居民的生命与财产安全。由此可见，通过做好河道清淤工程，能够有效的减少河道内的淤泥，提高河道的泄洪能力，稳定河槽，消除险情，保证当地居民的生命和财产安全，同时促进当地建设以及经济的可持续发展。
二、河道清淤工程的施工技术分析
（一）前期准备工作
河道清淤工程的前期准备工作主要包括以下几个方面：
1、施工规划
在进行河道清淤工程施工之前，应该做好施工规划工作，施工规划应根据河道的具体状况，严格的按照相关的规定以及要求，合理的安排施工强度、工期以及用地范围等，同时还应该科学的布置安全、卫生以及防火等文明施工工作，防止清淤施工对当地居民的生活带来不必要的麻烦。
2、放样与测量工作
施工测量的准确性对清淤施工的安全性与准确性具有直接的影响，因此在前期准备工作中，监理人员、设计人员应该做好里程桩、工程坐标以及其他相关测量工作，同时做好施工前测量工作的交底。
3、机械器具准备
河道清淤工程施工逐渐的向机械化方向发展，施工机械在河道清淤工程中发挥至关重要的作用，甚至清淤工作无法进行，因此，为了保证河道清淤工程施工能够顺利有序地进行，在施工之前必须根据河道清淤工程的实际状况准备合适的机械设备，保证设备的维修性、灵活性以及适用性，进而保证河道清淤工程施工能够稳定、高效地进行。
（二）河道清淤工程的常用施工技术分析
河道清淤工程的施工技术应该因地制宜，根据当地的实际情况，综合分析后选择合适的清淤施工技术。目前，河道清淤工程经常采用的施工技术主要包括以下几个方面。
1、抓、运、抽清淤施工技术
对于小型船舶能够顺利通过的河道，通常采用挖运抽施工方案，采用抓斗挖泥船开挖淤泥，抓斗挖泥船挖掘的土方可以直接入停泊在自航泥驳中，当自航泥驳装满之后，行驶至河道的吸泥船，利用排泥管把吸泥船中的土方吸运到指定的排泥场。该种清淤施工技术的优点在于受运输距离的影响相对较小，并且不受排泥场位置的限制。同时，其缺点在于挖运设备在施工的过程中会产生相互影响，施工相对不灵活。
2、小型绞吸式挖泥船施工技术
该种清淤施工技术通常适用于小型船舶能够通行的河道，该种清淤施工技术利用小型绞吸式挖泥船开挖淤泥，采用封闭式管道进行土方输送。该种清淤施工技术的优点在于能够实现挖、运、吸的一体施工，不仅施工效率非常高，施工质量也非常好。同时，这种清淤施工技术的调遣不灵活，受到桥梁、河宽等因素的影响。
3、泥浆泵施工技术
泥浆泵施工技术通常适用于宽度在5～10m左右的河道，这种河道的断面相对较窄，并且河道内存在许多生活垃圾，其他大中型设备行驶不便，针对这种状况通常采用泥浆泵施工技术，在具体施工的过程中应该进行分段施工，分别在河道的两端建筑临时的围堰，然后把该河段内的水排干，先采用人工的方式将河道内的垃圾清理干净，之后采用泥浆泵把淤泥运送至指定的弃土场。该种清淤施工技术的优点在于能够实现挖、运、吸的一体施工，施工效率非常高。同时，缺点在于受排距的影响非常大，并且河道中的生活垃圾以及其他障碍物都会影响泥浆泵的生产效率。
4、湿土上岸施工技术
湿土上岸施工技术是在和堤防外口线3m距离的位置，开挖一条深度为1.5m、底宽约1m的小沟，施工作业利用小型挖土机，根据河道设计的具体状况进行开挖施工，开挖的土方、淤泥等可以用作河堤防护，在开挖施工的过程中应该采用分层开挖的方式，堤防填筑施工应该遵循以下原则：荷载分层、匀速提升、自下而上、交叉作业，严格的按照上述原则进行施工能够有效地解决10m宽河道的治理。这种清淤施工技术同时还能够有效地解决河道挖泥船设备在河道出行不便的问题，在实践应用中具有非常好的效果。
（三）淤泥处理
关键词：河道清淤 大沙河 施工组织设计
在进行施工组织设计之前，要做好现场勘查工作，确定施工的具体方法。
1.现场勘查确定施工方法
首先要根据实际情况选择合理的清淤方法，对河道清淤工程的现场进行勘察，确定施工方法的主要考虑因素（下文以大沙河上游段清淤工程为例）。
下河道路。疏浚区左岸现状均布置有现状下河车道路1#、2#、3#与4#。为避免河道壅水堰、跌水等构筑物以及跨河污水管的影响而导致部分区段无法进行机械施工，综合考虑经济性与合理性等因素，沿河岸左侧新建两条临时下河车道与一条永久性下河车道。
机械清淤作业面。大沙河上游段综合整治工程中，两侧岸坡均采用浆砌石护底，宽4m，可作为本工程机械施工的硬地作业面。由于下河车道均为单侧布置，为确保左右岸机械作业面相互连通，需在河床铺设临时跨河道路。4#下河车道位于老虎岩沉砂池位置，池底为C25混凝土板，可直接作为机械作业的硬地作业面。由于淤积物主要为水土流失引起，以砂质土为主，故采用挖泥机或铲车直接清淤作业，清淤从上游至下游采用分段进退错距法施工，然后直接装载运送到弃置场。其中桩号范围12+500.485～12+612.205段，上游接跨河污水管，下游接3#跌水构筑物，考虑到此范围长约112m，距离较短，未布设下河车道，清淤方式为人工清淤。
2.施工组织设计工作的内容
对现场进行完勘察后，根据施工图纸和总的工程量，进行施工组织方案的设计，并且计算施工的有关预算情况。施工组织设计对整个施工具有指导意义，要根据具体的实际情况，科学的进行施工组织设计，根据对大沙河河道进行清理的实际工作，总结出施工组织设计大体上涵盖以下几个部分。2 . 1清淤工作条件的概况和特点
流域概况分析。大沙河上游段河道呈北东、东西向展布，河床无大的跌水急滩，纵坡降小（2%），一级阶地不连续发育。地层基岩为燕山四期黑云母花岗岩，属白芒岩体，丘顶多出露，到处可见孤石。此外在测区南部的局部地段夹有加里东期混合花岗岩和震旦系变质砂岩。台地上则为残坡积层所覆盖，沿大沙河两岸的第四系冲洪积层则以砂性土为主。
工程区大地构造位置位于莲花山—深圳北东向构造岩浆岩带和高要—惠来东西向构造岩浆岩带交接部位的南缘，区间各种构造十分发育，其中北东向构造最为醒目，以长21km、宽大于4km的深圳断裂带为代表；次为北西向和东西向构造，断裂构造规模一般中等，延伸数公里，压性为主，无活动性断裂。
自然条件分析。大沙河流域属亚热带海洋性气候，最高气温38.7℃，最低气温0.2℃，多年平均气温22.4℃，年际变化不大，但年内变幅较大。气候温和，雨量充沛，但年内雨量分布不均，降雨集中在4～9月，降水量占全年降水的85.3%。多年平均降水量为1981.0mm。
地质构造分析。区域上本场地地质构造简单，以小型断裂为主，走向多为北东东向次为北西向，无大的区域断裂构造穿过。
水文地质条件分析。场地内的地表水及地下水较丰富。地表水主要有大沙河及其支沟。地下水的主要类型为第四系孔隙水，主要赋存于中粗砂层和砾砂层中。由于河岸范围内的砾砂层分布稳定且连续，与河床中砾砂层连通，所以地表水与地下水水力联系较好。地表水源于雨水，地下水来源于河水和降雨的补给，河两岸的地下水位一般埋深2～3m，略高于河床。
不良物理地质。由于上游正在开发建设，水土流失严重，淤积较严重，细颗粒随洪流下泄较快，粗颗粒较慢，淤积物主要为砾砂。此外，场地地震基本烈度为Ⅶ度，可能发生地震液化的土层有粉细砂层和砾砂层，本场地内土层不液化。
2 . 2合理安排施工程序，协调好施工力量
对于大沙河河段的清淤工作，由于本工程临时用地有限，不设临时堆土转运场，土方、淤泥随挖随运。施工临时生活管理区、材料堆放加工场区均布置在河道两岸的绿化带或河道平台上。施工用水、用电：工程地处市中心区，施工用水可就地解决，施工用电可由当地电网直接引用。
2 . 3清淤河段附近的交通规划
对外交通，沿河道左侧有大学城10号公路，可直接连接留仙大道等主要交通干道，本工程对外交通便利；对内交通，现状沿河两岸巡河路及下河车道路，可满足工程内部交通需求。
2 . 4制定有关设备和劳动力的使用方案
根据清淤工作的具体情况的具体需要，安排泥浆泵和有关设备的个数，在计算时，泥浆泵的单泵出土的数量可以按照每天三百立方米计算，从而得出对泥浆泵的需求量，通常安排五名左右的人员负责泥浆泵的工作，要保证二十四小时的不间断工作。如果本地的设备数量不能满足施工的要求，要通过各种方式，选用其它地区的有关设备。
2 . 5施工进度计划和施工中排水、淤泥的挖掘方案
对大沙河河段来说，根据本地气候条件，结合工程特点，施工工期可选在枯水季节10～4月份，总工期45天。施工准备期8天，主体工程工期30天，工程完建期7天。
基坑排水。主要抽排雨水和地下水，采用集水坑进行排水，在尽快施工完毕后，避免暴露时间过长，如有积水，可采用水泵抽排。围堰内基坑排水均采用水泵定时抽排。
淤积物开挖。本次工程淤积物主要为砂性土，施工选择在枯水期施工，本次设计采用挖掘机直接开挖上部淤积物，采用分河段进行开挖，首先将河道淤积物进行集中堆放，然后直接装载运输至指定地点进行填埋处理。
2 . 6制定泥浆池的看护方案
要对泥浆池进行有效的看护，确保工程质量。在实际工作中，对于单个的泥浆池，一般设置三个人进行看护，并设置三个班组，每组工作八小时，进行昼夜的看护。在小组中设置组长，对人员的工作进行监督，防止意外事件的发生。
2 . 7弃土、底泥的处理方案
进行清淤工作时，如何处理弃土和底泥是一项需要解决的问题，在对施工进行组织设计时，一定要制定好弃土、底泥的处理方案。①按有关规定在现场内外调协各种安全标志牌、警告牌。②台风、暴雨等恶劣天气，一律禁止室外施工作业，各种棚架、构筑物和机械设备，要有策应措施。③加强对运输车辆的管理，在车辆出口处设置高标准洗车池，车辆进入市政道路前必须进行冲洗；配置专门人员，及时清扫维护运输线路，道路经常洒水；运输车辆必须符合深圳市关于运输车辆的有关规定，比如车辆加后盖、防止撒漏、严紧超载、限速行驶等；运输车辆定期检修，保持良好状态，保证机器不漏油。运输防护措施：在运输中一定要采用加盖自卸汽车运输、晴天时应定时对路面进行洒水防尘、定期对施工车辆进行冲洗。
2 . 8环境保护方案的设计
①采用对水体扰动较小的施工机器，且施工过程管理得当，尽量采用由上游向下游开挖，以减少回淤。②抓斗挖掘机施工时慢速提升抓斗，防止泥土散落河中。③采用密封性较好的车辆进行运输，且装卸每一过程严格控制。④对于离居民区较近的地区疏浚时要合理安排施工时间，尽量避开居民休息时间。⑤施工期间派专人巡视施工现场，发现问题及时处理。泥浆运输时对仓库要留有一定富余量或设置挡板等措施，严禁泥浆泄漏河中。⑥开挖施工中严格按测设样标开挖，确保开挖断面的准确性，避免返工。⑦施工中采用人工与机械联合作业，特殊地段由人工施工，避免机械的低效扰动，及时清除两岸陡坡泥土，防止塌落河中。⑧对于清出来的淤泥应及时运至指定的弃土场填埋，运输车辆要保持清洁，防止对沿途道路及周边地区的污染，造成二次污染。⑨尽量不占有周边园林绿化，对不得不占有的绿地及树木进行生态修复。
以上就是对河道清淤工程的施工组织设计进行的探讨，结合在大沙河河段清淤工作的实际情况，对施工组式设计中要注意的问题进行了分析，目的在于做好河道清淤工程的施工组织工作，对河道进行有效清理。
参考文献：
[1]吴加宁，董福平.浙江省河道治理思路与措施[M].北京：中国水利水电出版社，2004.[2]蒋屏.河道生态治理工程.人与自然和谐相处的实践[M].北京：中国水利水电出版社，2003.
[3]沈建强，陈新民.小河道清淤工程的几种施工方案的探讨[J].浙江水利水电专科学校学报.2011（12）：45-46.
随着国民经济的发展，水利已成为国民经济建设重要组成部分，加大河道清淤疏浚力度，提高排灌、泄洪能力刻不容缓。
河道清淤疏浚设备仍以挖泥船为主，不同类型的挖泥船对施工环境、水深、气象等作业条件的适应性差异较大。对将要进行的疏浚区域，根据工程特点、气候条件、环境要求等因素优化方案尤为重要。水下真空清淤技术，即水力清淤和气力清淤，用高压水或高压风为动力，船体或浮箱做载体，在中小型工程清淤中可作为主要设备，大型工程清淤中可作为辅助机械。
2.工作原理
真空清淤的工作原理是根据水力学理论和空气动力学原理，通过从混合室进口处通入具有一定能量的压力水或高压风，使混合室内形成真空，在压力差的作用下，管内产生强大的真空吸力，物体从吸嘴处被吸入，进入混合室形成流动的混合体，并沿扬泥管从出口排出。
3.基本结构
3.1真空清淤工艺流程
真空清淤工艺系统的主要组成是：动力源（高压水泵或空压机）、动力管（高压水管或高压风管）、混合器、吸泥头、吸泥管、扬泥管、输泥管等。其工艺流程见图1。
真空清淤机构的设计，是以清淤工程需要，选择清淤器类型，根据确定的类型计算混合器尺寸，及各种管路直径，最后确定高压水泵或空压机的参数。
3.2真空清淤结构
3.2.1水力清淤的混合器结构
水力清淤混合器（射流泵），其结构如图2所示。一般实际应用水力清淤的混合器，其喉管截面与高压水喷嘴截面的比值约为4～10倍；吸泥管截面与喷嘴截面的比值约为15～20倍；喉管长度与直径相同，使混合后的泥浆具有较稳定的流动状态；扩散管一般做成锥形，以提高排出泥浆的位能和减少由动能转为位能时的能量损失。
吸入泥浆时所需要的高压水的流量，约与泥浆量相同。吸入的泥浆和高压水混合后的稀释泥浆，在管内的适宜流速，应不超过2～3m/s；喷嘴处的高压水流速，一般约为30～50m/s，喷嘴处的有效水压对扬泥所需要的水压之比值，一般为7.5。清淤机的工作效率约为水泵工作效率的10～20%。这些数据可作为粗略估算时参考。
3.2.2气力清淤的混合器结构
气力清淤比较有效，典型的空气混合器结构型式如图3所示。这种类型清淤机在泥浆管路中没有直径缩小断面，有利于泥浆通过，也可通过一定直径的卵石或块石。
压缩空气进入吸泥头混合室的小孔，与管壁的交角不宜大于45°。小孔的总面积，一般采用进气管净面积的1.5倍。排泥管不宜过长或急弯，以减少堵塞，弯曲处宜用加大的管径，并在弯管上方开一个可启闭的天窗，以便清除管内堵塞物。吸泥头的空气箱底部可设置一个活门，以便清除箱内堵塞的泥沙。用于吸泥沙时，排泥管可用胶管，吸含有卵石的泥沙时宜用钢管并取消下端吸泥口的钢筋网。而在管口内壁焊上一圈3×50mm的扁钢，以减少卵石在管中卡住的可能。在水深较大或含有卵石的场所，使用接力式吸泥装置效果更佳。
4.主要参数计算
4.1水力清淤水泵主要参数
高压水泵是供给水力清淤高压水的设备，在施工中常选用电动多级离心式水泵。水泵可选择单台也可选择多台。当单台水泵的工作压力不能满足要求时，可将几台水泵串联使用；水量不能满足要求时，可将几台水泵并联使用；水压水量都不能满足时，可在串联后再并联。串联或并联中的每台水泵在工作范围内的水量和工作水压（扬程）要相互接近，相差过大时不宜使用。
水泵串联时，在其Q—H曲线上任一点的杨程H，应为单台水泵Q—H曲线上相同Q点的杨程之和，即H=Ha＋Hb＋Hn。水泵相同时H=nHa。串联的各台水泵如规格不同，宜将水压较低的或水量
较大的水泵置于进水方向。
水泵并联时，水压与其中最低的一台相同，水量则小于各台水量之和，大于每台的单独供水量，并联时管路的连接，应尽可能使交角减小，交角一般应小于60°。
水泵的工作压力（扬程）
H = H1＋H2＋H3 m
式中：
H1——喷水嘴处需要的压力，H1=7.5 H2
H2——扬泥所需要的压力。（根据扬泥高度确定）
H3——管路中压力损失，H3=hf＋hj
式中:
hf——管路中沿程压力损失；hj——管路中局部压力损失；λ——沿程水头损失系数；u——流速；
R——水力半径；L——计算长度；
ξ——局部水头损失系数。
Hf、hj值的计算请参照有关水力学公式。
式中：
H——空气混合器在水面以下的深度，m.
h——排泥管出口与水面的高差，m
Q——泥浆流量，m3/min
c1——校正系数，一般c1≈1.5～2.0
c2——系数，视空气混合室的相对深度而定。一般取值如下：14.3，13.9，13.6，13.1，12.4，11.5，10.6，9.6相对深度大时取大值。
e——由吸扬净水折算为吸扬泥浆所需的空气增大系数，
式中：
γ——水比重。t/m3.
γ2——泥浆比重。t/m3
γ3——泥浆与空气的混合体的比重（一般为0.4～0.6），t/m3
需要的压缩空气压力（空气表压力）：
式中：
q——进入混合室的压缩空气量，m3/min；
u——空气在管内的流速，一般取600～1200 m/min。
需要的压缩空气总量：
q总——（1.2～1.3）n.q.k，m3/min；
n——清淤机台数；
k——清淤机同时工作系数，
当n取1，1~3，4~6，7~10，10~20，25以上时；k 取1，0.9，0.8，0.7，0.6，0.5。
一般应用气力清淤时，当吸泥管直径为：Ф100，Ф150，Ф250，Ф300mm时，每台吸泥器对应的空气压缩机容量分别为 6，9，20，23m3/min，可将前列算式计算所得值，以此值参照校对。
5.工程实例
5.1长江三峡工程
长江三峡工程左岸下游航道隔流堤水下清淤工程，工程量为400余万m3，月平均强度45万m3左右，水下地形复杂，暗礁丛生，槽缝密布，深水作业量大，最大水深24m，15～24m范围的深水清淤工程量约50万m3。
根据多种施工方案比较和论证确定如下方案。对于水深在15m以内的一般清雅蒂鲁霍工程
印度尼西亚雅蒂鲁霍水库大坝修复工程水下清淤，工程量约1500m3，清淤面积约4500m2，淤积深度约0.5m，水深30~40m，清除弃料要求输送到200m以外，清淤工作不能影响水轮机发电机组正常运行发电。
针对该工程清淤量小、深水作业、淤积层薄的特点，首选方案为气力真空吸泥法（挖泥船因水深、量小、且费用昂贵不宜选用）。其主要设备及参数是：自制浮船2艘，船体面积分别为9m×3.2m和2.5m×3m，两套清淤系统，吸泥器管直径分别为Ф159mm和Ф75mm。其中小的清淤系统负责进水塔周围5m区域，其它区域由大的清淤系统完成，小的清淤系统的输送管通入大的清淤系统的主输泥管。输泥管每隔10m设一浮体，以保证输泥管均匀地浮在水面上。空压机选用供气量为12m3/min一台，工作压力为0.9MPa。
浮船用缆绳锚固定位，整个清淤过程均由超声波测深仪和水下电视监控，用以指导定位或及时调整清淤管高度，同时进行录像，据此作为工程验收和移交的依据。
参考资料：
[1]港口工程施工手册.北京：人民交通出版社，1994
[2]水利学.北京：水利电力出版社，1978
关键词：淤泥质土；大规模施工；技术
中图分类号： TU74文献标识码：A
1、前言
淤泥质软土是淤泥和淤泥质土的统称，其物理力学性质的最大特点是含水量高、孔隙比大、渗透性差、强度低、变形大、固结时间长、压缩性高,并有触变性、流变性和很强的不均匀性。它是一种分布广泛的特殊岩土，在大规模施工过程中很容易受到外力影响而产生流动推力，导致工程桩与维护体结构遭到破坏，对工程建设有很大的危害。大面积淤泥层的存在增加了地质条件的不可预见性，为减少或消除淤泥质软土对工程建设的影响，就必须对其工程性质有全面的认识和了解，从而采取行之有效的治理方法。
2、淤泥质土的工程特性
淤泥质土主要的工程特性表现为三高两低：
①高含水量：天然含水量w=40~90%，甚至w>100%；
②高压缩性：a>0.5~3.0MPa-1；
③高流变性或蠕变：次固结随时间增加；
④低强度：不排水强度，Cu＝10~20kPa；
⑤低渗透性：渗透系数为10-6~10-8cm/s，固结过程很慢；
⑥不均匀性：由于沉积环境的变化，土质均匀性差。
因此在淤泥质软土发育地区进行工程活动时常发生严重的工程地质灾害。主要表现是建筑物容易发生强烈的不均匀下沉，有时还因滑动变形造成地基或边坡失稳。
3、制定合适的施工降水方案
工程施工降排水工程包括：初期积水抽排、基坑表面积水(降雨、地表渗水及其它途径来水) 抽排，办公、生活区汇水排除四个方面。渗流往往影响着基坑的稳定，是深基坑施工的主要考虑因素，并在土方开挖过程中始终存在。淤泥质土中基坑土方开挖施工成功的关键点就是进行基坑内降排水，通过进行基坑内降排水可以减少坑内土壤含水量，使土壤产生固结，便于进一步施工。土方施工时，排水系统布置采用深龙沟排水，在施工现场布置若干条排水主龙沟，主龙沟低于开挖面1m。其余支龙沟水汇到主龙沟，最终排入外侧河道。办公、生活区废水经净化后排入生活区的废水沟里，废水经过处理合格后，就近排入外侧河道。排水龙沟网布置，以避免或减少运输道路等干扰为原则，与土方施工降排水结合，合理布设。
4、土方工程施工技术
4.1、土方明挖工程
(1)施工方法：在开挖方法上，采用平面分块、水平分层的方法施工。平面按照工区划分为若干块。以开挖深度为5.5m为例，计划分两层开挖，第一层表层清基后高程约-2.0～-1.0 m，挖掘机直接装车；第二层高程-1.0～-3.5 m，挖掘机一次接力装车。开挖时按照1∶1.25放坡。(2)边坡稳定性计算：开挖时坡比为1∶1.25，高程-1.0m 位置设5m宽平台。采用上海同济启明星边坡稳定计算软件验算边坡稳定。根据计算得出边坡安全稳定系数为2.2＞（1.1～1.5），满足边坡稳定要求。
4.2、土方填筑工程
(1)生态围堤土方填筑
生态围堤为Ⅱ级堤防，堤顶标高5.00 m，宽10m，内外坡均为1∶3，压密度不小于0.92，填筑质量要求高。为确保筑堤质量，必须严格控制好清基、选料、铺料、压实各道工序，科学选择压实机具，确定机械作业流程及路线，同时正确处理好春季施工与进度的关系。在清基上，使用挖掘机与自卸车相组合的方式清除地面种植土、杂物、废渣等，同时人工刨清植物根基，用挖掘机刨树根，呈台阶形开挖，达到规范标准要求后进行推土机平整机械碾压密实并捣毛。
对沟塘、需要拆除的废弃物作逐一摄像登记造册，并逐一处理，检测报验，严格执行“上方令”制度，具体步骤为：
①铲运机开挖土方积于沟塘一侧作为突击回填土源，同时将沟塘内积水排尽。
②挖掘机结合自卸车清运沟塘内淤泥至弃土区，再将原沟塘边坡挖至1∶5，清除结束经检验合格后，用积土按筑堤标准逐层回填。
(2)耕植土回填：高程0.2m以上坡面回填30 cm耕植土。耕植土回填土料利用开挖土方中的耕植土，耕植土开挖前应对表层杂物进行清表，清表的土作为弃土运至弃土区堆放，确保用于回填的耕植土不含杂草、树根、碎砖、生活垃圾等杂物。
5、以河道工程为例分析
5.1、工程设计
A河道工程至242省道新开挖河道长5.1 km(桩号4+700～9+800)，设计河底宽40m。河道边坡1：4.5，河底高程为-1.35～-2.00m，堤顶宽10m，高程4.00m，滩面青坎宽度两边各15m，青坎高程3.03～2.37m。
5.2、工程地质条件
本区属暖温带半湿润的季风气候，具有明显的海洋性季风气候特点，有时受到台风影响，降雨量多集中在7～9月份。全区多年平均降水量为949mm，多年平均水面蒸发量为1240mm。工程所用土质均在软淤地基上，土的天然含水高达60～70%以上，贯入击数小于1，其物理力学性质为饱和，流塑、抗剪强度低，高压缩性强，含腐殖质，透水性差，力学强度很低。直至高程在-5～-9.5米 以下，才为粉质粘土、粘土，天然含水量和饱和度才有所下降，力学强度才有过度性提高。
5.3、河道施工
在完成施工范围内土地征用后，施工单位首先对原盐田及鱼塘积水排除，填筑施工便道，组织机械进行土方开挖，由于土质含水量大、加之降水等缘故，施工进展缓慢，甚至无法开挖。建设单位组织水利专家、设计人员、监理等针对施工存在问题召开了施工方案研讨会，并提出了排水与施工同时进行的施工方案，即采用明沟排水、分层开挖，开挖沿河道中心线走线的主垄沟及垂直主垄沟的排水横沟，保证排水畅通；土方开挖分层进行，分层厚度视具体情况确定，开挖弃土远离边坡。这种施工方案较好的解决了施工过程中排水难题，随着河道的不断开挖，主垄沟也随之加深，始终保持积水能及时排水，修筑的施工道路及弃土区基本上满足了河道施工要求，然而下游河段在施工后期，由于开挖深度加深，该处又地势较低，积水很难排出，作业范围内积水较多，机械施工常出现滑坡、塌方等，甚至机械陷入淤泥中，一时施工几乎停滞，难以开展。施工出现新难题，经过施工单位及监理研究，提出了低层泥浆泵冲挖结合上层机械开挖的施工方法。后经采用，效果较好，但施工进度缓慢，通过增加施工人员、泥浆泵数量来加快施工进度。
【关键词】 黄河 引黄灌区 泥沙清淤 自动化
黄河是我国文化的发祥地，黄河水是我国西北、华北地区的主要水源。“丰蓄枯用，冬蓄春用，科学引用黄河水”是黄河中下游地区针对十年九旱、黄河断流、弃水入海的基本水情，统筹考虑生产、生活、生态用水，解决黄河水时空分布不均，促进人与自然和谐发展的一大创举；而引黄灌渠是其中重要组成部分之一，因为黄河的含沙量高，加上灌区水流速小极易造成灌区泥沙大量沉积，堵塞河道[1]。河道清淤指治理河道，属于水利工程。通过机械设备，将沉积河底的淤泥吹搅成混浊的水状，随河水流走，从而起到疏通的作用。针对引黄灌区泥沙沉积问题开展的清淤自动化装备研究开发将有利于增强渠道的引、排、蓄、供等功能，有利于改善水环境质量，有利于加快建设现代新农村、推进城乡一体化步伐。
1 背景和意义
农村的改革开放虽然给农业带来了前所未有的生机，解决了农民的温饱问题，为农业的快速发展打下了坚实的基础；但因粮食作物得不到灌溉，导致农业增产不增收，制约了农业的进一步发展。引用黄河水淤灌农田，在黄河上、中游已有2000多年的历史。秦汉时期，就先后修建了郑国渠、白渠等灌溉工程，使关中地区大得其利[2]。
有一句老话叫做“官不治水、民不乐业”，直接反映了水利事业的重要性与农民对水利事业发展的要求。兴修水利功在当代、利在千秋。措施有三种：一是增加新的水利设施；二是修复扩建；三是清淤增容。前两种既受资金、劳力的制约，又受自然地理环境的影响，实施起来牵涉面广、工作量大。第三种则相对比较容易实施，可用最少的投入取得最大的经济效益。
2 国内外河道清淤设备研究现状及不足
2.1 国外研究现状
同造船业一样，疏浚业源于欧美。1660年链斗式挖泥船的雏形“泥碾船”在荷兰首创获得成功。1855年美国人制成莫尔茨将军号吸扬式挖泥船，用于开挖南卡罗来纳州查尔斯顿港的拦门沙。1869年荷兰制成吸扬式挖泥船，用于苏伊士运河工程。随着西方国家工业化和世界经济的发展，石油输运、集装箱输运、河海联运等推动了世界港口和航道的建设，疏浚设备也因此得到快速发展。
（1）绞吸式挖泥船；图1所示：绞吸式挖泥船源于美国并获得极其广泛的应用。1884年在美国加利福利亚的粤克兰港，用一艘具有圆柱状绞刀的绞吸式挖泥船挖掘一层层的砂石，其排泥管直径达500mm、泥泵直径达1.8m。1896年芝加哥美洲疏浚公司建造的“beta”号绞吸式挖泥船，吃水深度1.95m，有2个独立的泥泵，吸管直径850mm是当时最大的挖泥船。1986年“Leonardo da vinci”号自航绞吸式挖泥船研制成功，该船总装机容量20250KW，其中绞刀功率4400kW，装有计算机控制的自动化挖掘系统，可以使挖泥船操控达到最佳状态！那个时代被称为岩石疏浚的黄金时代[3]。
（2）耙吸式挖泥船的发展；图2所示：绞吸式挖泥船大多是静态作业，抗风浪能力弱，适合在内河航道及湖泊疏浚，而耙吸式挖泥船具有自航能力，调遣费用低，挖深大，输泥距离不受限制，故特别适合于远距离取沙的填海造地、大型港口航道的建设与维护等工程。
2.2 国内研究现状
在我国，交通系统拥有大中型的疏浚设备，以耙吸式和绞吸式挖泥船为主，数量不多但分布相对集中，疏浚能力强大。水利系统则以中小型挖泥船居多，各种类型应有尽有，数量庞大，分布在全国各地。目前我国常用的清淤机械有两栖式清淤机，两栖绞吸式清淤机、长臂自航式清淤机、水管道清淤机、机井清淤机、水力挖泥机、浅鱼池人工牵引船体式清淤机、螺旋滚筒潜水式清淤机、旋轮式水下清淤机、半旱式清淤机等。如图3、图4所示为两种典型清淤机和挖泥船[4][5]。
2.3 现有清淤自动化设备不足
虽然国内外的清淤机种类很多，但是不适合引黄灌区的大泥沙量清淤现状，它们存在着以下问题：
（1）功率大、能耗高，挖泥浅，一般只能挖深5～15m的疏松泥砂和土层；（2）旋转构件多，如斗轮、绞刀和砂泵等构件磨损严重，更换频繁，维修量大，运行成本高，设备管理复杂；（3）用机械式斗轮、绞刀破碎水下土岩，造成水质变坏，污染环境。
而灌区沉沙池的严重淤积、废弃，给乡村带来了一系列严重恶果。
（1）种植业用水受到威胁。一部分依靠灌区灌溉的农作物轻则干旱减产，重则荒芜失收。（2）水土保持作用减弱。邢家渡灌区蓄水蓄沙、缓冲能量、减轻山洪对泥沙的冲刷，是水土保持的主要工程措施之一。由于邢家渡灌区的淤积和废弃，蓄水容积减少，对山洪抗击能力明显减弱。
3 泥沙清淤自动化装备结构设计
3.1 方案的选择
要机动、灵活、高效实现灌渠泥沙清淤工作，研究、设计合理的自动化装备结构部分至关重要。在最初步设计的4套方案中，经过三方领导专家的反复论证，并在Solid Edge平台上绘制出了三维结构图样，从操作及维护保养方便程度、性能价格比、可靠性、稳定性、实用性等方面综合考虑，最终确定了水下行走搅拌式清淤方案。
3.2 水下清淤机器人方案设计
水下机器人也称无人遥控水下行走机器，它是一种可在水下移动式机器：由岸边或水面上的工作人员，通过连接装备的脐带提供动力，操纵或控制水下清淤机器人[6]。如图5、图6、所示，该方案是利用最新的小型履带行走机器人技术，设计出小型履带式可在坝面行走，并可在水下工作的机器人，为了避免上述回转机器人回转装置的不足，将工作装置设计成不可回转，但增加了前端臂的摆臂动作，是臂前部的旋转搅动装置可在120度范围内转动增大作业范围。
3.3 新型水下自动化清淤装备具有以下特点
（1）该设计中引入了先进的机器人设计思想，整体结构紧凑，自动化程度高；（2）由于该水下自动化清淤装备可以根据实际情况灵活定位，所以整体结构尺寸较小、重量较轻，移动、定位方便，机动灵活；（3）只需一名操作人员，即可完成整个清淤过程。
4 结语
本文详细介绍了引黄灌区泥沙清淤的重要性，在充分分析国内外泥沙清淤设备现状及不足的基础上提出了一种新型的水下自动化清淤装备。该装备可直接自行进入渠道内，并将沉积渠道底的淤泥吹搅成混浊的水状，随河水流走，疏通渠道，其有利于改善水环境质量，有利于加快建设现代新农村、推进城乡一体化步伐。
参考文献：
[1]王艳华.引黄灌区水沙资源优化配置[D].中国水利水电科学研究院，2007.
[2]姜海波.位山灌区水沙调度方式与沉砂池输沙通道技术研究[D].山东大学，2012.
[3]胡建，戴清，袁玉平等.引黄灌区不同粒径泥沙的运动规律与处理利用[J].中国农村水利水电，2008（6）.
[4]陶松垒，王康林，陶钧炳等.清淤输泥的新方法新设备[J].海洋学研究，2006（7）.
关键词:不良地质路段;路基;施工技术;地质结构
中图分类号:U415文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)18-0028-02
随着我国基本建设的发展,公路里程增加,等级显著提高,对路基的变形与稳定性也提出了严格的要求。近年的工程实践和调查表明,在地区公路建设中也遇到了大量不良地质情况,例如,湖盆滩地、下湿滩地、河谷阶地、盐渍化沙地以及腐植土与风积沙混合地基等。这种不良地质路段的地质成因与结构组成复杂,土层厚度变化大,土体性质差异显著,是否需要处理,如何针对地区特点经济合理地进行处理,以及地基处理工艺及路基施工技术等是目前需要认真研究的课题,其经济意义和社会意义十分巨大。
一、不良地基成因
不良地基的形成主要与当地水文、气象有关。这些地段常常由于地下水位高,毛细作用发达,长期作用于沙层,使沙层变软。同时由于水分与少量植物枝叶长期作用,软沙层呈现灰色或褐色,这些地段通常被认为是软土地区。人们通常将软土定义为:天然含水量高,孔隙比大,压缩性高,抗剪强度低的细粒土。但是软土与一般软土相比,含粉沙较多,由于地下水发达,风沙流基本退化,仅少量流沙尚在活动。
二、不良地基地质结构特征
多处不良地质路段,其地质成因及结构组成各异,土体分层厚度及土体性质变化较大。不良地质路段地质勘探结果,包括有机质砂和砂质淤泥厚度、地质结构及土性特点、地下水位高度及地形地貌特点。不良地基随地形地貌特点的不同其地质结构及土性而发生改变。经过河流阶地或河流漫滩时,地下水位偏高,在地下水的浸泡下,形成细沙质淤泥地基。路线经过风沙滩地或丘间洼地时,由于其“碟”形微地貌不利于排水,地表为松散的粉细砂,形成粉细沙质淤泥地基。
1.不良地基主要分布在沼泽洼地或河流漫滩,地下水位埋藏较浅,雨季低洼处常积水形成海子和湿地。
2.软基的抗剪强度小,地基承载力较低。
3.不良地质路段地表通常为含有腐植质的亚砂土和粉细砂,下部为中砂和粉细砂。其中部分路段地表以下1.0～2.0m之间夹有30cm左右厚的“马粪土”,呈褐色、质轻、结构软、有臭味、强度较低。
三、不良地基土的物理力学性质
1.含泥量试验多用于检验混凝土用砂质量,公路土工试验中对含泥量没有相关要求。水利部门将d
2.标准贯入试验是动力触探的一种,以标定的锤击动能,将标准尺寸的贯入器打入钻孔孔底的土中,判别土层的变化和土的工程性质。标准贯入击数N是用贯入器贯入土中30cm的锤击数N63.5表示。贯入击数N反映了天然土层的密实程度。
四、天津市大港区北围堤公路不良地基处理技术方案及施工工艺
(一)不良地基处理技术方案
软土地基处理方案的选择主要依据以下状况决定:(1)依据地基表层含水量和承载力状况;(2)填土高度(由此而涉及所需地基承载力);(3)施工的繁简程度;(4)工程的经济性。
在施工过程中,软基处理方案的选择主要依据前两种状况决定;在满足前两种状况的情况下,才结合施工情况和经济情况综合考虑方案。陕蒙公路根据地质勘探资料、现场实际情况、上部结构对地基承载力的要求及就地取材的原则,采用了如下三种处理方法:(l)清除淤泥,换填风积沙;(2)清除淤泥,换填风积沙,加铺土工布;(3)清除淤泥,手摆片石或抛填片石,并换填风积沙。
公路全线共处理软弱土地基28处,换填风积沙167381m3,抛填片石35521.3m3,土工布61979.71m2。仅从工程数量上看,软土地基也是不可忽视的一种不良地基。
(二)公路不良地基处理施工工艺
1.清除淤泥,换填风积沙。
(1)概述。清除淤泥,换填风积沙是软土地基处理中最常用的方法。因为中风积沙材料比较丰富,工程费用比较廉价。一般适用于软土层厚度不大,上部结构对地基承载力要求不高的情况。采用该方法处理软土地基不仅能满足地基承载力的要求,而且能充分利用风积沙材料,降低工程费用。
试验路段K65+370~K65+680即采用这种地基处理方法,该段淤泥层平均厚度2.0~3.0m,上部结构为风积沙路基。试验结果表明,该方法是一种经济有效的处理方法。
(2)施工工艺。路基范围内,人工割除地表小灌木后,首先采用挖掘机清除淤泥,由于软土地区地下水位较高,基坑开挖时,水位迅速上升,因此换填风积沙时无法进行分层碾压。换填风积沙时,推土机利用已经换填好的路段纵向前推进。风积沙换填结束以后,YZ18双驱动振动压路机振压四遍,静压2遍,横向接头的轮迹重叠1/3轮迹宽度。
2.清除淤泥,换填风积沙,加铺土工布。
(1)概述。该方法属于土工布系统工程,是一种十分有效的处置方案,可提高承载力和防止地基在车辆荷载作用下侧向变形。它既充分利用了当地经济的风积沙,又利用了土工布隔离、约束和加筋的工程作用。该方法适用于软土地基厚1.0m左右,路基填方不高的路段。当毛细水发育时,用土工膜效果较好。
试验段K38+760~K39+000采用这种地基处理方法,该段淤泥层平均厚度为1.1m。试验结果表明,换填风积沙并加铺土工布显著地提高了地基的承载力。
(2)施工工艺。这个工艺流程也很简单,用挖掘机清除淤泥,换填风积沙以后,地基表面加铺土工布。铺设土工布前,平整场地,并适当地做出路拱坡度,有利于路基内部的雨水向外排出。土工布的连接和铺设按现行技术规范要求执行。土工布的联结可根据实际工程情况采用缝合法或搭接法,缝合宽度不应小于0.1m,搭接宽度不应小于0.3;铺设土工布时,土工布应紧贴被保护层,但不宜拉得过紧;土工布铺设之后,应在48h内及时覆盖并回填。
五、结论
不良地基当地水文及气象有关。这些地段地下水位高,毛细作用发达,由于腐植物的长期作用,软土层呈现灰色或褐色。软土层厚度为1.0～4.0m,主要成分是中沙和细沙,并含有少量有机质。地基承载力和侧壁摩阻力较低,一般,地基承载力≤100MPa,侧壁摩阻力≤10MPa。清除淤泥,换填强度较高、性能稳定、质地坚硬、且具有抗侵蚀性的碎石、砂、素土、卵石、灰土、矿渣、煤渣等是软土地基处理中最常用的方法。一般适用于淤泥层厚度不大,上部结构对地基承载力要求不高的情况。采用该方法处理不良地基不仅能满足地基承载力的要求,而且能充分利用风积沙材料,降低工程费用。
参考文献
[1]沙庆林.公路压实与压实标准(第3版)[M].人民交通出版社,1999.
[2]王晓谋.高等级公路软土地基路堤设计与施工技术[M].人民交通出版社,2001.
一、目标任务
根据县下达我镇2013年当家清淤整治计划，结合各村（居）农田水利现状，按照灌区水利条件，重点在二站尾水地区和三站灌区实施，适当照顾自流灌溉地区，并一次性将计划分配到各村（居），具体任务见附表。各村（居）对照镇下达的任务和目标，认真组织人员实施，确保高标准完成任务。
二、建设要求
（一）建设标准
1．蓄水面积15亩以上，蓄水量1万方以上，整治土方1万方以上，顶宽大于3米，内外坡比不小于1：2.5，要做到坡平线直，内外坡土方要压实。平均蓄水深度3.5米以上、清淤整治后需达到底平（淤泥清干净，须见塘底自然土）、埂平和坡平。内、外坡各植两行草皮，单行宽度50公分以上。进水、放水涵管等配套设施需齐全，至少每口应建一处带进出水口的放水涵或排水涵。来水面积大的，应建溢洪道。上栽植三排意杨。
2．蓄水面积5亩以上，蓄水量3千方以上，整治土方2千方以上，顶宽大于2米，内外坡比不小于1：2，要做到坡平线直，内外坡土要压实。平均蓄水深度2.5米以上、清淤整治后需达到底平（淤泥清干净，须见塘底自然土）、埂平和坡平。内、外坡各植两行草皮，单行宽度50公分以上。工程质量符合有关土方工程要求，进水、放水涵管等配套设施需齐全，至少每口应建一处带进出水口的放水涵或排水涵。来水面积大的，应建溢洪道。上栽植两排意杨。
3．河渠清淤、电站技改严格执行县级标准，以实际发生的工程量计算。
（二）建设工期
所有工程需在2013年12月30日前完成主体工程建设。逾期未完成建设或通不过县级验收的，不纳入奖补。
（三）验收程序
项目完工后，由镇当家清淤整治领导小组抽调人员逐塘口进行初验。镇初验合格后报请县级验收，验收采取深入项目现场，查看工程施工情况和有关资料的方式，根据实际完成土方量、建筑物配套、草皮护坡、外观标准及电灌站技改状况，征询村级组织、村民代表对工程建设的意见，填写项目验收表，报县领导组审定后，履行付款手续。
三、资金筹集和管理
（一）补助标准。当家清淤整治项目，县财政实行定额补助，蓄水面积15亩以上，清淤土方5000m3以上，每口奖补3万元；蓄水面积5亩以上，清淤土方1000m3以上，每口奖补5000元。镇政府按标准补助到村，具体每个的补助金额由村（居）两委根据每个的实施情况落实补助金额。
（二）资金整合。各村（居）要抓住当家补助的契机，积极整合涉农资金，采取“一事一议”群众筹集和社会化捐资等多层次、多渠道、多形式筹资方式，或通过租赁、承包、股份等形式，激活经营机制，吸引各类资金解决缺口问题。
（三）资金拨付。采取先建后补的方式，根据长政办秘〔2013〕88号文件要求，按公示制和报账制规定的程序，及时足额拨付项目款。项目完工后，各村（居）备齐村民代表大会会议选举产生村（居）项目管理小组的记录和每口的施工合同、施工记录、租机协议及租机费发票、加油发票、人员工资表、电费、整修材料及运输费、验收表等材料到镇财政所报账，一次性拨付项目资金到村账户。
（四）资金使用。补助资金必须全部用于建设，不得列支各类管理性费用，不得用于青苗补助和竹树砍伐、土地挖压、建筑物拆除等费用。
四、组织保障
（一）加强组织领导。镇党委、政府高度重视当家清淤整治项目，成立以镇长为组长，镇纪委、财政、水利、农业等相关部门负责人为成员的清淤整治项目领导组，负责项目组织领导。镇财政所、农业部门为项目组织协调单位，共同牵头负责项目申报、施工管理、验收等组织工作。镇农建办承担项目的日常事务。镇包村（居）干部是此项工作第一责任人，村（居）党组织书记是此项工作直接责任人，并召开村民代表大会选举产生项目管理小组，项目实施由项目管理小组负责。
【关键词】隧道工程 突泥突水 处治技术
【 abstract 】 tunnel construction often happen some disasters, one of the most serious disaster is the sudden mud water inrush disasters. Therefore, through to the outburst has a massive mud water inrush disasters cases, in-depth analysis and discussion to find a solution and prevention plan, play a guiding role for the future similar projects, reducing the occurrence of disasters, and to safe handling of the disaster.
【 key words 】 sudden mud water inrush of tunnel engineering treatment technology
中图分类号： K826.16文献标识码：A 文章编号：
一、前言
随着我国经济的迅猛发展，地面空间已出现匮乏，越来越多的地下空间开发被现代人所重视。现如今我国在建的铁路隧道长达6000km，即将开工隧道高达9000km。但隧道工程施工由于地质复杂，开发难度较高，经常有突泥突水的地质灾害情况发生。
二、突泥突水灾害成因研究
1.地质条件和突泥突水致灾机理
突泥突水灾害的发生的条件是水资源供应充足，因此在水利充足的河谷、盆地、大型平原等地区，其区域特征有利于大气降水的汇集与径流，都是突泥突水事故的多发地。从地质的岩性上来看，碳酸盐地区是突泥突水现象的多发地，在地质构造复杂，断裂、裂隙和褶皱地区的灾害发生现象尤其突出，例如岩溶地区和承压水层地区。
经过诸多案例分析与研究发现，在隐伏断层、局部构造破碎带、岩溶陷落柱以及岩溶塌落洞等隐蔽型导水构造的地区是吐水灾害发生的重点地段。大量学者研究人员对对煤层底板隔水层的地质构造和岩石力学结构、采矿扰动破坏机理、水岩相互作用机理及它们之间相互关系进行了研究，认为突水发生的模式主要是地下水的环境及演化，他们提出了突出机理和煤层底板隔水层防高压水侵入的分析方法。
除此之外，隧道埋深大处于高压状态也是导致突泥突水灾害发生的原因。综合来看，“高压、富水、不良地质”三者不利组合是诱发突泥突水灾害的地质条件。
2.工序环节与预测预报
灾害主要发生在开挖或清淤两个工序环节，在这两个工序进行施工时要加强防范措施，着重注意预防突泥突水现象的发生。从以往的灾害结果来看，许多隧道突水突泥的规模都非常大。因此加强地质超前预测预报，溶腔或断层等不良地质是可以发现的。如若预测预报工作做好，将会有效防止灾害的发生，减少人员伤害与资源损失。
3.工程处理
就以往的突水突泥灾害发生情况来看，总结出了几种常见的灾害发生情况。其中包括：突发性灾害；先发生小型突水突泥，在处理过程中发生大规模突水突泥造成严重灾害现象；溶腔采用大管棚注浆加固开挖时发生灾害；超前探孔时，孔口未安设闸阀造成灾害。从以上几种发生灾害的类型来看，发生灾害原因主要体现在三方面：未发现风险源；发现风险源但技术方案不合理；发现风险源，但施工管理措施不到位。因此施工方应就这三方面问题加以改正。在复杂地质条件下，应在超前预报、涌出物处理、注浆质量和开挖支护等方面予以加强。
三、探测预报技术研究
就目前研究表明，突水、突泥等地质灾害的探测预报技术主要集中在地震波、声波反射和电磁波等物探和超前钻孔探测等几个方面，亦有地质学者结合地质素描和电镜扫描等物理方法进行探测预报，有的学者则采用了岩溶电网络模拟、岩溶浸没、岩溶地下水污染的水动力弥散法等模拟实验方法，主要的国内外研究成果汇总如下: Louis，Vafidis 等采用电阻成像技术和地震波反射法探测对了Lakka 岩溶含水层的厚度; Franjo Sumanovac 等采用2D 电阻成像技术、双梯度成像技术、高分辨率反射法以及折射法等对克罗地亚地区的岩溶进行了探测; 电阻法和γ 射线法则在尼泊尔的Pokhara 谷地岩溶探测中进行了引用。
四、灾害处治程序
在突泥突水灾害不可避免并已发生后，应立即进行清淤安全的风险评估，严格且结合工程特点制定安全可行的突泥突水处理方案。虽然抢险后恢复施工是极其重要的，但在有人员受困的现象发生情况下，清淤抢险的第一宗旨是救人。清淤前对清淤安全进行风险评估是必要的，要分情况来制定措施。
1.先挡后清
当风险评估认定清淤不安全时，必须要按照清淤安全所需，在掌子面溃口后方设置挡护结构。由于隧道的特点不同，可采取不同的设挡方案，例如：地面垂直设挡或洞内迂回设挡方案。
（一）地面垂直设挡
对于施作洞内迂回导洞工程量极大，周期较长的反坡隧道时可采取先对地面注浆施作封挡结构，然后再进行清淤处理。封挡结构要由专业队伍进行专业设计并施作，同时按允许透水进行抗剪强度安全验算。
（二）洞内迂回设挡
对于顺坡施工的隧道在发生突泥突水灾害后，可通过洞内是做迂回导洞至突泥突水点顶部，采取垂直注浆或旋喷措施，完成封挡结构，之后再进行清淤。至于封挡结构也是要由专业队伍进行专业设计，同时进行抗剪强度安全验算。
2.合理清淤
突泥突水灾害发生后的清淤工作是既艰巨又危险的，如若少有不慎，极有可能发生清淤过程中的二次突泥灾害，严重时可能会出现人员伤亡。在采取清淤过程当中，应尽量采用较小的断面；制定安全观察措施，做到随时撤离的准备；清淤到一定距离时，应对淤积体的安全进行评估；清淤过程中进行适当的封挡，待对淤积体注浆改良后再清理封挡。
五、溃口治理技术
1.水的处理
治理溃口的关键在于水的处理，为了保证施工安全，对于地下水要采取降压措施。因地制宜，不同地层采取不同降压措施，例如释能降压或钻孔排水降压法。
（一）释能降压法
采取高压富水填充的溶腔内部充满水、泥、砂和石块，与地下暗河相连，水压高，静储量大，施工时势能、动能巨大的泥水混合体易发生爆喷，危险性极大，无法保证施工安全。因此，在施工过程中应采取释能降压技术进行处理。势能降压技术是指当隧道里充满高压富水填充的溶腔时，设置独立通道接近溶腔，采取精确爆破，主动释放溶腔充填物的势能和动能， 实现低压或无压条件下安全施工。
（二）钻孔排水降压法
遇到断层有破碎带的地质时，应采取钻孔排水降压法，使处理溃口时注浆更容易并保证质量，与此同时也起到去除隧道开挖过程中高压水风险的重要作用。钻孔排水降压方案是对溃口区注浆加固范围外进行钻孔泄水降压。一般泄水区域纵向范围为溃口左、右两侧各5～8 m 以外，钻孔直径为φ150 mm。
2.地层加固
对于溃口封堵及地层改良可采用注浆加固或是旋喷注浆的方法，对掌子面前方土体 进行稳定性加固，加固的范围一般为隧道开挖轮廓线外5～8 m。对所有注浆孔中加入玻璃纤维锚杆可形成网络结构，能确保加固质量，可提高充填性泥砂注浆加固体的抗变形能力。
3.超前预支护
采用大管棚进行超前预支护， 一般管棚环向间距30cm，加固范围为拱部150°。管棚安设后进行注浆充填。
六、突水突泥灾害防范与应对
要想防止突水突泥灾害的发生就必须要做好两项重要工作，即风险的识别与评估和风险的控制与规避。
1.风险的识别与评估
（一）设计单位根据地质勘察资料进行隧道风险等级划分，制定技术措施。 （二）由建设单位组织风险评估，并制定高风险安全防范管理专项机制。 （三）对风险隧道进行超前预报专项设计，纳入工序管理。尤其要加强超前钻孔和超前炮孔钻探。
（四）设计单位作出水文监测专项设计（包括降雨量、涌水量、水压），施工单位负责实施，监理单位负责核查。（五）施工单位对超前钻孔和水文监测的真实性负责，监理单位全过程旁站，设计单位负责地质和水文综合分析。
（六）施工过程中，预报到溶腔或断层等异常时，由建设单位组织论证，进行风险评估。方案未制定前，施工单位不得将掌子面爆开。
高风险隧道在施工前必须在风险的识别与评估、风险的控制与规避的各个环节实行全过程的标准化管理。
七、结语
突泥突水灾害是毁灭性的，一旦发生就必然会造成财产的巨大损失和工期延误，严重时还可能造成人员伤亡和对周围环境产生影响。避免风险隧道发生灾害，确保工程安全是施工方的首要责任。因此，采取超前预测预报措施，进行风险评估，做好开工前准备是非常必要的。解决突泥突水的根本途径是要提高生产管理与工程技术，提高地质灾害隐患的探测精度，所以开发防治突泥突水灾害的技术是当务之急首要完成的。
参考文献
[1]张梅。岩溶隧道高压富水充填溶腔释能降压新技术[M]. 北京科学出版社2010
[2]张梅。宜万铁路岩溶断层隧道修建技术[M]. 北京: 科学出版社, 2010
关键词：城市河道；生态清淤；单价测算
中图分类号：X70 文献标识码：A
一、工程概况
某河道位于城市腹地，于10年前进行过治理，由于雨水管网退水及污水的排放，大量淤泥在河底沉淀。目前河道淤积厚度约2-3m，平均水深只有2m，近期当地政府为恢复河道通航功能，下大力气开展河道疏浚整治工作。
该河道靠近居民区，施工场地狭小，环保要求高，河道中长期排放工业废水，底泥中含有重金属、有机污染物等有害物质，淤泥堆放要求高，传统的干式半干式清淤方式已不适应本工程的要求，为避免施工造成的二次污染，河道清淤疏浚采用生态清淤并对淤泥进行脱水固结处理。
二、生态清淤技术
生态清淤主要是利用环保挖泥船配泥浆泵和排泥管在水上挖泥、运泥、卸泥等，将河道淤泥排入泥浆池后再进行脱水处理的一种方法。
三、淤泥 “脱水固结一体化”处理
淤泥“脱水固结一体化”处理是根据城市河道、湖泊高有机质含量、极细颗粒淤泥泥浆的特点，结合采用专利产品FSA泥沙聚沉剂及HEC固结剂制作的复合材料对泥浆进行调理的工艺要求，专门设计和制造的即时泥水分离处理系统。
四、淤泥“脱水固结一体化”处理系统工艺流程
利用环保挖泥船将泥浆送至泥浆沉淀池进行重力分选，将大颗粒沉淀，漂浮杂物及垃圾通过格栅机拦截去除。利用沉淀池和调节池之间高程差，泥浆在重力作用下自流至调节池，经过溢流调节，提高泥浆含固率。然后用泥浆泵将泥浆送入泥浆搅拌机，同时通过配料系统加入FSA、HEC等材料，使泥浆与材料充分混合反应。将添加材料后的泥浆，泵送至均化池，并在均化池对泥浆进行调理调质均化，使材料充分混合并保持泥浆浓度恒定。完成调质调理后的泥浆通过渣浆泵送至固液压滤分离系统进行脱水固结，经过固结脱水后的泥饼，其含水率在40%以下，呈硬塑状，遇水不泥化，强度不降低，可用作工程回填土。
五、定额测定
该工程淤泥处理总量为25万m3，底泥含固率42.2%。单套脱水固结设备每天可处理42.2%含固率底泥750m3。
该淤泥脱水固结一体化处理系统占地10000m2，设置沉淀池、调节池、加药系统、均化池、泵房、配电房、堆泥场各一处，系统设备包括GSC15000格栅机1台、100LZB5立式泵4台、60m3料仓及输送系统4套、泥浆搅拌机1台、5000L自动泡药机1台、螺杆泵2台、SAV30A空压机2台、气罐4台、100LZ2H渣浆泵3台、消防泵2台、专用脱水设备3套、2000×2000滤板258块、钢平台3套、钢结构厂房1套、配电柜7台。
六、单价测算
按照水利部水总（2002）116号文颁发的《水利工程设计概（估）算编制规定》、《水利工程施工机械台时费定额》中的取费标准进行计算。材料价格采用当地当期价格，定额中不足的机械台时费参照类似机械补充，经测算淤泥脱水固结一体化处理单价为64.05元/水下自然方。
参考资料
[1]清淤泥浆脱水固结一体化处理方法[P].专利号：200910273350.
关键字： 淤泥地质 桥梁工程 桩基施工
中图分类号： K928 文献标识码： A
一：淤泥桩基施工安全问题分析
近年来，建筑工程时常出现安全问题，笔者就桩基施工过程中的安全问题做浅要分析.
1.安全思想意识不健全
一些施工单位依然存在重生产轻安全现象，忽视桥梁安全和桥梁使用年限问题，安全意识薄弱，只看重生产指标，无法提供安全性能保障，出现问题，采用风险嫁接方式转移。
安全思想意识不健全更体现在管理水平和执行力上，施工单位安全监管弱化，安全规章制度松散，甚至管理不规范，主管随意性较大。在管理架构上无法形成独立安全管理机构，安全机构往往由本职工作人员兼职担任，无法形成执法稳定性与监督性，事故隐患时有发生。
2.冷涨性及融沉性问题
在实际淤泥地质桩基施工过程中，土地体积膨胀或收缩对桩基架构缜密性有重要影响，例：土地含水量，土地密度，土地地质层结构均对桩基钻孔及施工安全带来深远影响。土地融沉性指在自身岩石层和自重下，伴随孔隙水之消散而不断下沉，称之为土地融沉性，导致容易造成桩基渗水进而影响桩基稳定性。
3.钻孔，混凝土浇筑过程等问题
在实际桩基施工过程中，由于钻孔人员未进行专业技术培训，操作不规范，时常出现塌孔，缩孔，扩孔，斜孔，掉孔等一系列问题。
由于施工地质松软不均，钻架移位，钻头选择不恰当，在钻孔时导致偏斜严重。一般钻杆磨损严重，或钢丝绳卡口螺丝松动，容易发生掉钻。
在浇筑混凝土过程中，由于淤泥地质复杂性及特殊性，容易出现导管进水，钢筋笼放置偏移，埋管，钢筋笼上升，泵车导管控制不当等问题。
二：淤泥地质桥梁桩基施工方案探析
淤泥地质的桥梁桩基施工中核心内容和施工目标即是保证钻孔过程中不出现塌孔、缩孔问题的出现，因此，笔者根据多年经验，从如下两中施工技术保证钻孔过程中不出现如上等问题。
1. 针对桥梁桩基钻孔技术施工
在实际淤泥地质层进行钻孔过程中，由于受淤泥地质影响，在机械活动及外部荷载情况下，淤泥层处于活动状态，容易导致孔壁坍塌。
因此，在如此恶劣施工环境下，对钻机要求较为严格，应确保施工过程平稳，不会出现淤泥下陷。因此，选择不超过3年使用年限的正循环钻机，因为正循环钻机其造浆保浆能力较其他钻机效果更佳，在针对淤泥地质层的桩基施工中是稳定性，钻孔效果最佳钻机，而实现正循环和冲击钻孔等施工技术确保钻孔中的塌孔现象。
1.1 正循环钻孔
正循环钻孔技术鉴于其高效性和稳定性，一直是钻孔技术中较为普遍使用的钻孔技术。为确保施工中防止坍塌空洞出现，尽量采用膨润土配置的泥浆，含砂率不大于5%，并且并钢筋笼充分清洗，在施工过程中，根据施工情况，及时填充优质泥浆。
针对淤泥地质施工，在钻孔时始终保持减压状态钻孔，并且每钻进4m左右检测钻头坚硬度和成孔质量。
由于钻杆的独特性质，在如若泥浆混合比不达标或出现坍塌，倾斜，或两孔过近等需停止施工并及时调整，因此施工过程中合理控制泥浆比重和灌注速度是正循环钻孔技术的重点控制阶段。
使用正循环技术确保钻孔不出现塌孔等思考：
（1）采用坐标控制方式确定桩位的平面位置，并用水平仪测量各桩孔标高正负零，以便于确定打桩空范围；
（2）熟悉并严格按照图纸要求和技术规范整治布局文件。
（3）在正式打桩前，对灌注桩所有施工参数进行核查，并实地测量，为打造坚实桩基做前期技术保证。
（4）进行施工技术指导，使工作人员掌握相关技术和操作规范。
1.2 冲击钻孔
针对淤泥底层，在前期勘探地质图层过程中，可根据土质特性，选择冲击钻，冲击钻冲击力较强，冲程深，非常适合松软土质钻孔。
由于冲击钻孔技术在钻孔初期冲击力较大，控制不稳，因此为避免冲击失败，可在冲击过程中，不断填充碎石和粘性土质，以其增加土质的方式确保钻孔不出现坍塌局面。
在遇到块石中，选用高冲程，低泵量，勤松绳，不得打空锤，并且遇到较为易坍的淤泥地质，可加大泥浆比重，控制钻进速度，因此改变土质地质是冲击钻钻孔技术确保不出现塌孔现象的关键。
2. 针对桥梁桩基混凝土施工方案
对于淤泥地质条件，混凝土性能和混凝土泥浆配置一直是淤泥地质施工的重点方式，笔者根据多年经验，从如下几方面探讨桥梁桩基施工方案。
2.1 钢筋笼制作
由于淤泥地质容易出现钢筋笼偏位和滑落现象，在淤泥地质中，钢筋笼在施工过程中起到固定，加固作用，是施工阶段的重点防护措施。
在主筋外侧，为确保钢筋笼整体稳定性和牢固性，采用横向定位钢筋，每隔1.5m~1.8m焊接一个，不得少于5个。
2．2 灌注混凝土
桩基施工承重大，施工工作量大，因此大体积混凝土浇筑过程是桥梁桩基的施工关键。桥梁水下灌注混凝土的塌落度控制在20cm左右，因此，在灌注速度上应注意，在首次灌注中，确保导管埋进混凝土深度大于1米，整体灌注过程有序进行，并且根据灌注混凝土过程，选择性的提升导管灌注高度，以及控制混凝土灌注速度，防止由于混凝土自身灌注速度过快造成的孔洞坍塌现象，导管内高压气囊的出现造成混凝土灌注不充足。
当灌注工艺逐渐尾声，如发现提升混凝土出现困难，可灌注少量水稀释泥浆，优化泥浆配比，并在内部清理沉淀物，确保灌注混凝土操作正常进行。
三：桩基施工中的注意事项
施工单位组织相关人员成立安全检查小组，针对桩基施工过程中的所有设备和钻孔器械进行专业排查和及时更新，在钻孔前期应进行专业测试，对异常情况制定相应解决方案，认真对待，及时预防，安全第一。
施工人员作业时，确保钻盘水平放置和钢丝绳垂直，并且保证钻杆和钢丝绳平面位置正确，发现偏差立即调整。当发生斜孔时，可在偏孔处反复扫孔，令钻孔重新垂直放置；发生卡孔时。可用锤或铁质器具将周围渣土敲松后拔出。
参考文献
[1] 范新岗. 钻孔桩施工工艺及常见问题处理[ J] . 中国水运,2007, 7( 5) : 104- 105.
关键词:临洪河特大桥;承台;钢板桩围堰;桥梁施工
中图分类号:TV131文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)01-0156-03
一、工程概况
242省道临洪河特大桥工程上跨新沭河主泄洪河道,距下游入海(黄海)口约5公里。其部分墩位于浅水养殖塘内,地质报告显示:河床顶面(标高2.30m)至标高-9.10m处土质均为流塑、饱和态的灰色淤泥;标高-9.10m至标高-16.10m处土质均为硬塑、饱和态黄褐色亚粘土。
图纸设计为低桩承台(如图1所示),承台顶面位于河床面以下,底标高为-4.7m,位于河床下约7.5m,承台平面尺寸为6.8m×8.5m的四边形,厚2.5m,为C35混凝土。双排计4φ1.6m钻孔灌注桩基础。
二、钢板桩方案的确定
首先在沉井、钢套箱与钢板桩围堰方案之间进行比选。考虑到沉井及钢套箱的制作场地要求高、需配置大型托运设备、一次性投入大且不易回收等不利因素,而钢板桩围堰又具有以下几个方面优越性:占用场地小;配置设备要求低;利于机械清淤;可同时多套投入、多次周转,打设速度快且比较经济;钢板桩打拔方便、安全等。因此拟选用钢板桩围堰组织进行施工。
一般来说,钢板桩围堰是深水基础、基坑支护有效的施工方法,且施工比较简单,结构受力明确。钢板桩围堰适用条件:钢板桩围堰适用于水深4m以上,河床覆盖层较厚的砂类土、碎石土和半干性粘土,风化岩层等基础工程。本桥第 19#～32#墩处位于浅水养殖塘内,若将饱和态的淤泥比作“深水”,那么该部分承台就完全可采用打入钢板桩围堰的方案施工。
由于开挖深度比较大,地层大部分又属于淤泥层,基坑稳定性不好,且钢板桩刚度有限,因此需加强内部支撑。初步拟定钢板桩设置两道围囹,采用I45工字钢。围囹内支撑顺桥向断面布置两道,为方便承台模板的拼凑与拆卸、承台钢筋的下吊及绑焊,横桥向方向不予布置支撑,只在钢板桩围堰的四角处增加斜支撑,均为Φ400的钢管。
三、钢板桩围堰的方案设计
(一)方案设计要点
根据临洪河特大桥跨浅水养殖塘段的地质情况,进行了钢板桩围堰施工的方案设计,主要内容如下(钢板桩围堰如图2所示):
1.围堰平面为矩形,其内口尺寸为8.8m×10.5m,钢板桩单根长15m,被打入后,其底端标高为-12.5m,顶面标高为2.5m。
2.采用德国拉森IV型钢板桩,套型锁口,锁口内涂上黄油,两桩锁口联结转角10°～15°,摩阻力小,防渗性较好。
3.钢板桩围堰由单层钢板桩和双层围囹(为型钢、大直径钢管组成的围笼、内撑梁等)组成,围囹分别安放在设计标高位置处,焊接在钢板桩上,内撑梁两端与围囹相撑住,以加大围堰抵抗土侧压力的能力。
4.钢板桩的打、拔采用履带吊,配合具有液压夹桩装置的震动打拔桩锤。
5.钢板桩围堰内淤泥以长臂挖掘机清淤为主,辅以人工开挖。
6.因承台底仍位于流塑状淤泥中,为便于形成施工平台,需在承台下基坑内进行混凝土封底,封底厚度拟定为0.80m。封底层能同时起到钢板桩围堰底层支撑及防堰底淤泥上翻等作用。
(二)钢板桩围堰的验算
1.钢板桩选型及验算:控制钢板桩长度的要素主要有基底翻起、管涌、插打过程的稳定(入土深度与钢板桩长度比值应大于0.5)、封底的经济性几方面和现场实际地质情况,并经过计算比选,最终选用15m钢板桩。
板桩采用双撑撑在桩腰的形式,基坑开挖均为饱和淤泥层,所以选用《桥涵》中对应的板桩计算图3中的第6种情况进行计算,内摩擦角Ф=20.1°。
(1)固定荷载:h=H
其中h为固定荷载引起的入土深度;
、1为查桥涵对应的板桩计算图得出的参数。查计算图5得知=0.48,1=0.17;H为如图3所示高度,H=2.3+5.5=7.8m。
所以h=0.48×7.8=3.75m,M=1H3=0.17×7.83=80.67kN•m
(2)活载(活载按34kN/m2计算):Δh(可以直接在计算图5上查出)查计算图得:Δh=0.25m,2=1.48 ,ΔM=2H2=1.48×7.82=90.04kN•m
所以板桩最小入土深度为:h+Δh=3.75+0.25=4.00m。M+ΔM=80.67+90.04=170.72kN•m,支撑之间的距离,两支撑的反力根据《桥涵》公式计算:
S1=0.347H+0.12h=0.347×7.8+0.12×3.75=3.16m;
S2=0.359H+0.12h=0.359×7.8+0.12×3.75=3.25m;
S3=0.296H-0.24h=0.296×7.8-0.24×3.75=1.41m;
R1=H2=3.0×7.82=122.52kN;
ΔR1=μH=14.5×7.8=113.1kN;
R2=ηH2=5.0×7.82=304.2kN;
ΔR2=υH=4.1×7.8=31.98kN
其中、、、均可直接在《桥涵》钢板桩计算图上查出。
结合淤泥层厚度及基坑开挖深度,钢板桩长度取为15m,入土7m,其中进入硬塑粘土层3.4m。选择拉森IV(宽40cm)型钢板桩。
(3)钢板桩验算(拉森IV的弯曲应力[]=180MPa):
钢板桩截面系数:
所以钢板桩能承受实际土压力。
2.400钢管顶撑验算:
验算两道支撑在轴向压力作用下是否稳定:
其中E为Φ400钢管弹性模量,MPa;I为Φ400钢管惯性矩,cm4;K为安全系数,取为1.5;
Max[R1+ΔR1,R2+ΔR2]= Max[122.52+113.1,304.2+31.98]=336.18KN
所以Φ400钢管支撑稳定。
验算Φ400钢管支撑的轴向抗压能力:
因为:
所以Φ400钢管能承受轴向压力。
(三)基底验算
封底基坑主要考虑封底砼底面受到内外淤泥压力差的作用及围堰整体稳定。按围堰施工至封底砼的底标高-5.5m,钢板桩底标高为-12.5m,以浇筑砼前的最不利情况进行验算:
根据公式γ’≥Kj(《桥涵》中公式5-23)来验算,取安全系数K=2.0,土的浮容重γ’=18.4-10=8.4kN/m3,最大渗流力:j=iγWi=h/(h1+h2)=7.8/(14.8+7.0)=0.36,其中t为钢板桩底部到开挖面的距离。
所以:j=iγW=0.36×10=3.6 kN/m3;
Kj=2.0×3.6=7.8 kN/m3≤γ’=8.4kN/m3。
所以钢板桩围堰基坑底满足安全方面要求。但考虑安全性、经济性,确定封底厚度为80cm。
四、钢板桩围堰的施工
(一)钢板桩围堰的插打
1.施工准备。钢板桩在拼组前必须进行检查,剔除锁口破裂、扭曲、变形的钢板桩,为保证插打过程顺利,在锁口处涂以适量的黄油;振动锤是打拔钢板桩的关键设备,在插打前对振动锤进行专门检查,确保线路畅通,功能正常;通过测量放样用石灰放出基坑开挖边线。
2.导框安装与插打方法。(1)施工顺序:根据现场实际条件,首先插打图4中所示的1号角桩,然后以顺时针方向沿承台周围便道依次进行其它桩的施工;(2)使用机械:钢板桩的插打过程采用30T履带吊配合4.5T振动锤施工;(3)吊车位置施工:靠近便道侧铺设钢板,形成吊车作业位置;(4)安装导框:在安装导框时,先进行定位测量。导框的安装,一般是先打定位桩或作临时施工平台。先把1号角桩吊起,下口对准测量放出的桩位,插打过程中在互相垂直的两个方向用经纬仪观测,以确保钢板桩插正、插直。在打完第一根桩后以第一根桩为基准,沿图中所示角桩顺序依次插打剩下角桩。导框采用现场的钢板桩制作,固定在定位桩上,在钢板桩上设置定位卡盘,限制钢板桩的平面位置;(5)插打钢板桩:钢板桩采用单根插打。将钢板桩运至指定位置,然后用履带吊的吊钩吊起,使钢板桩成垂直状态,由人工用麻绳拉,以作辅助,用液压钳夹住钢板桩移向安插位置,插入已就位的钢板桩锁口中。利用桩自身的重力使桩下沉,直到不自动下沉为止,然后用振动锤夹口夹住钢板桩上口,慢慢放下振动锤,当桩在锤的重力下不再下沉时,启动振动锤,打至设计入土深度;(6)支撑布置:在确保安全的前提下,基坑支撑的施工与基坑内淤泥层的下降按“先支撑后降淤,分层支撑分层降淤”的原则进行。随着基坑开挖深度的增加,先后共进行三道(层)支撑布置。其中第一、二道支撑为按上述计算要求所设;第三道也即最下一层支撑为临时设置,待封底层混凝土设计强度达到70%后,再进行拆除,以便于进行承台钢筋绑焊、模板拼装等;(7)测量控制:在插打过程中,对桩的倾斜度、桩顶标高、桩底标高进行全程控制,避免钢板桩出现打偏、合拢困难等情况。
(二)清淤、封底
围堰合拢后进行基底清淤,清淤方法为:渔塘内铺设施工便道,由挖长臂掘机结合人工开挖、清淤。清淤达设计标高后,进行混凝土封底。封底混凝土的浇筑从一端向另一端斜面推进,并适当采取人工振捣,封底效果较好,无渗漏水现象,底部较平整。
(三)钢板桩围堰的拔除
钢板桩的拔除与围堰插打是一个相反的过程。钢板桩拔桩前,先给围堰内回填至要拆除的内支撑的位置,拆除该层内支撑后继续回填,至拆除最后一层内支撑后,使内外压力平衡,板桩挤压力消失,用液压钳配合振拔桩锤拔除钢板桩。
(四)施工过程中应注意的问题
1.在插打过程中,钢板桩下端有上挤压,钢板桩锁口和锁口之间缝隙较大,上端总会产生向远离第一根钢板桩的方向倾斜。因此,每打四五根钢板桩就要用垂球吊线,将钢板桩的倾斜度控制在1%以内,超过限定的倾斜度应予纠偏。
2.由于钢板桩在插打过程中受多方面的影响,整个围堰的侧面顺直度较差,工字钢安装后与钢板桩之间有较大的间隙。为防止围堰的变形,将工字钢与钢板桩之间的间隙全部用型钢焊接支撑连接,围堰的四个角更应加强。
3.夹桩时,不得在夹持器和桩的头部之间留有空隙,应待压力表显示压力达到额定值后,方可指挥吊车起吊。
4.沉桩过程中,当电流表指数直线上升时,应降低沉桩速度,从而使电动机不超载。
5.应对支撑系统进行监测。主要监测支撑的变形、钢板桩的变形、基坑内流动水量及围堰的位移、抽水深度的控制等。
