吹填工程常用施工方法及船舶設備簡述與應用

1、吹填工程常用施工方法及船舶設備簡述與應用【摘要】本文通過工程實踐中吹填工程采用的施工方法及船舶配置，簡述吹填工程常用 施工方法及船舶設備的選取和應用，供同行進行交流。【關鍵詞】吹填工程；抓斗挖泥船；絞吸挖泥船；施工方法一、刖言近年來隨著全球氣候變暖、世界人口總量不斷增長、城市化進程加快，尤其是沿海地區(qū) 經濟的快速發(fā)展和土地資源的供需矛盾，以及旅游開發(fā)需求等因素的驅動，吹填工程的市場 需求不斷增長并且持續(xù)擴大，展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。同時隨著社會需求的發(fā)展，吹填工程 的應用已經從最初的填塘固基、淤臨淤背、堵口復堤、整治險工、加固堤防、農田改良、備 料、積肥等吹填造地逐步擴展到吹填造島、海岸防護、吹

2、填造庫，甚至國防建設等領域，成 為了疏浚行業(yè)中最具增長潛力的業(yè)務領域。二、吹填工程常用的船舶設備及施工方法吹填工程的施工主要是由疏浚設備即挖泥船舶設備和排泥管線等作業(yè)來完成的，常用的 施工船舶有抓斗式挖泥船、鏟斗式挖泥船、耙吸式挖泥船、絞吸式挖泥船、鏈斗式挖泥船。 其中，絞吸挖泥船和抓斗挖泥船是用途較廣的挖泥施工船舶。絞吸挖泥船是水力式挖泥船的一種，因其適應的施工范圍較廣，適于港口、河道、湖泊 的疏浚工程，特別適合于吹填造地工程，適用于挖掘砂、砂質粘土、砂礫、粘性土等不同的 挖泥工況，是目刖世界上使用較廣泛擁有數(shù)量最多的一種挖泥船。抓斗挖泥船形式多樣，用途甚廣。抓斗挖泥船屬機械式挖泥船，大多數(shù)

3、為非自航式。不 僅能挖掘各種不同土質，還可以抓取水下石塊及部分障礙物，如木樁、水泥樁等，適用于狹 小水域、港池、碼頭岸壁、碼頭基槽、過江管道、電纜深溝等特殊工程的挖泥施工。通常單一的挖泥船型施工不能滿足吹填工程施工需要，必需采用多種挖泥船聯(lián)合施工的 方式進行施工，具體施工方式根據工程要求、現(xiàn)場自然及施工條件和設備供應能力進行選取， 并通過經濟技術論證進行方案比選，其常用的施工方法有：1、絞吸船直接吹填適用于內河或風浪較小的海區(qū)，生產效率高，成本低，對土的適應性強。抗風性能較差， 最大排距約5km。為了增加運距，可設接力泵，必要時也可以將兩天絞吸船串聯(lián)。2、斗式船一一泥駁一一吹泥船吹填適用于內河

4、或風浪較小的海區(qū)、砂質土、粘性土的吹填區(qū)工程。運距一般為5-15km。 抗風性能差。挖流動性淤泥效果差。非自航泥駁需與拖輪配套使用。3、耙吸船一一吹填適用于取土區(qū)風浪大，運距遠的工程。施工過程中能改善砂性土的質量，成本較高。耙 吸船應具有吹填裝置。4、耙吸船一一儲砂池一一絞吸船一一吹填適用于取土區(qū)風浪大，運距遠，吹填量大的工程。施工過程中能改善砂性土質量。儲砂池的位置與大小應滿足絞吸船的輸送和施工強大的要求，并應選在回淤、沖刷小的 地方。池內外水深應滿足所有施工船舶吹填、拋砂施工作業(yè)需要。5、斗式船一一泥駁一一儲砂池一一絞吸船一一吹填適用于內河或風浪較小的海區(qū)和吹填量大的工程。設備配套復雜，時

5、間利用率較低。儲砂池的位置與大小應滿足絞吸船的輸送和施工強大的要求，并應選在回淤、沖刷小的 地方。池內外水深應滿足所有施工船舶吹填、拋砂施工作業(yè)需要。6、耙吸船一一泥駁一一吹泥船一一吹填適用于取土區(qū)于內河、風流小、運距遠的工程，能改善砂土的質量。耙吸船應具有裝駁 的設施。7、斗式船一一泥駁一一吹泥船一一泵站一一吹填適用于運距遠、吹程高的長期性的疏浚土處理與吹填造地相結合的工程。施工環(huán)節(jié)復雜， 故障多，時間利用率低。三、工程實例1、工程概述工程項目位于海南島某海灣區(qū)域，通過取砂吹填建造人工島。該標段施工區(qū)域編號為A 區(qū)、B區(qū)G區(qū)和H區(qū)。吹填區(qū)域已施工情況：A區(qū)、G區(qū)和H區(qū)圍堤已完成，形成約63萬

6、m2的吹填面積，A 區(qū)吹填面積約為53萬m2，G和H區(qū)吹填面積約為11萬m2，B區(qū)圍堤長約1929m，形成約 102萬m2的吹填面積。吹填總工程量約為1824萬m3，A區(qū)泥面標高平均約為0.9m，吹填高度為7.0m，吹填 量約為53萬*7.9=418萬m3，G和H區(qū)泥面標高平均約為-0.3m，吹填高度為7.0m，吹填量 約為11萬*7.3=80萬m3，B區(qū)泥面標高平均約為-6.0m，吹填高度為7.0m，吹填量約為102 萬*13=1326 萬 m3。取砂點為3#砂源3-3區(qū)，為業(yè)主指定海域取砂點，平均運距為10KM，最遠運距為 14KM。該海域有眾多參與該工程項目施工的采砂船、運砂船，以及大量

7、的過往船舶，工況復 雜。(1)自然條件工程區(qū)年平均風速為3.6m/s。常風向為ENE向，頻率為22.3%，次常風向為NE，頻率 為18.10%。每年10月至翌年4月盛行NE向風，68月盛行SWSSW向風，尤以7、8月 份為最盛。5月和9月為季風轉換期。強風向為SW向，最大風速為32.3m/s，次強風向為 SSE，風速為 26.0m/s。工程區(qū)海域以風浪為主，大約占80%，年平均波高為0.34m，風涌混合浪占20%左右， 常浪向為SW向。本海區(qū)的潮流為正規(guī)全日潮性質，流速不大。工程區(qū)淺海灘變化較小，整個海域淺灘基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。(2)工程地質-1粉砂：灰黃色，飽和，松散稍密，砂粒成分主要為石英、

8、長石，亞圓形，顆粒 均勻，顆粒級配一般，含少量珊瑚碎屑；-2珊瑚碎屑：灰色，松散，飽和，主要由珊瑚碎屑、貝殼及鈣質膠結而成；淤泥質粉質粘土：灰色，流塑，含少量粉砂。海灘巖：灰白色、灰色，巖石主要成分為礫砂、礫石、砂粒、貝殼碎屑及微生物等， 由泥質鈣質膠結而成，膠結程度較好，巖芯呈短柱、碎塊夾砂團狀；粉質粘土：灰色，軟可塑；粉質粘土：灰黃、灰綠色，可塑，局部含粉砂；-1粗砂：灰黃色，中密，砂粒成分主要為石英、長石、貝殼，亞圓形，顆粒均勻， 顆粒級配一般。含粘性土，僅一孔（2-A-22）中揭露；粉質粘土：灰色，可硬塑，局部膠結成半成巖狀、含較多粉土團塊及砂。2、施工方法及施工船舶選?。?）施工方法

9、和計劃由于業(yè)主指定的砂源離吹填區(qū)位置較遠，平均吹距10Km，不能一次吹填到位，砂料的 土質較硬，多為低液限粘土，開采的功效較低，且該海域有眾多參與該工程項目施工的采砂 船、運砂船，以及大量的過往船舶，工況復雜，采砂船舶需機動靈活，故考慮采用采一運一 卸一吹”的施工流程，即在吹填區(qū)外圍挖設儲砂池，抓斗船挖泥（砂）9泥駁船運泥（砂）9 儲泥區(qū)存泥（砂）9絞吸船吹泥（砂）的施工工藝。因為絞吸船吹砂作業(yè)，布設在吹填區(qū)附近的儲砂區(qū)的位置位于施工范圍的中軸線上，這 樣可以保證A區(qū)、G區(qū)、H區(qū)和B區(qū)吹填可以不移動絞吸船和浮管位置。各區(qū)域施工計劃：儲砂池施工完成后，首先在儲泥區(qū)布置絞吸船吹填G區(qū)和H區(qū)，計 劃

10、工期20天，再對A區(qū)進行吹填，計劃工期80天，在B區(qū)圍堰施工完成前，吹填完成。B 區(qū)圍堰施工合攏后，對B區(qū)進行吹填。根據施工進度要求，A區(qū)、G區(qū)和H區(qū)計劃在100天內完成，每天吹填工作強度為： （418+80） /100=4.98萬m3/d，B區(qū)需在計劃的150天內完成，日工作強度為：1326萬 m3/150=8.84 萬 m3/d。儲砂池設計：根據吹填最大日強度（約為8.84萬m3/天），絞吸船數(shù)量（2艘）及作業(yè) 干擾范圍，儲砂池設計為200*200*8=32萬m3,儲砂池儲砂量約為日吹填強度的4倍，滿足 要求。吹填全部施工完成后，繼續(xù)通過采砂區(qū)泥駁取料，把儲砂區(qū)回填至原泥面高程。（2）船舶

11、選擇根據施工工期、砂源距離、取砂范圍和取砂處地質，以及取砂點工況復雜等情況綜合考 慮，初步考慮在砂源位置采用13m3抓斗式挖泥船取砂，運砂采用2000m3、1500m3、 1000m3、800m3、700m3的等多型號組合自航式泥駁進行運砂，運送砂料到吹填區(qū)附近的儲 砂池，儲砂池內的砂料擬通過3000m3/h、4000m3/h的絞吸船吹送到指定吹填位置。1）、機械投入功效分析：抓斗挖泥船投入數(shù)量的計算抓斗挖泥船的生產率按下式計算：1000m3 泥駁取 n=2,類似計算其他駁船：2000m3泥駁取n=11500m3泥駁取n=2800m3泥駁取n=3700m3泥駁取n=32）、則各施工區(qū)域船舶配置

12、計劃如下：、A區(qū)、G區(qū)和F區(qū)：根據A區(qū)、G區(qū)和F區(qū)吹填工程日工作強度，則需配13m3抓斗挖泥船為：4.98萬m3 /（487.5*16）=6.4艘（工作時間按每天16小時考慮），考慮到暴雨臺風等 不利因素影響，取8艘。則相應的1000m3泥駁數(shù)量為12艘，2000m3泥駁數(shù)量為2艘。擬配備2艘4000m3/h的絞吸船，那么每天吹泥量為：4000*16*0.8*2=10240049800，滿足要求。、B區(qū)：根據B區(qū)吹填工程日工作強度，則需配13m3抓斗挖泥船為：8.84萬m3/d /（487.5*16）=11.3艘（工作時間按每天16小時考慮），考慮到暴雨臺風 等不利因素影響，取14艘。則相應的

13、1000m3泥駁數(shù)量為12艘,2000m3泥駁數(shù)量為4艘，1500m3泥駁數(shù)量為4艘， 800m3泥駁數(shù)量為3艘，700m3泥駁數(shù)量為3艘。擬配備2艘4000m3/h、1艘3000m3/h的絞吸船，那么每天吹泥量為：（3000+4000*2）*16*0.8=140800 88400，滿足要求。、儲砂池：儲砂池計劃用1艘4000m3/h的絞吸船直接吹泥至H區(qū)。320000/（4000*16*0.8）=6.3d （每天工作16小時，工作效率為0.8），則7天可開挖完 成。3）、綜上，項目總體投入船舶為：根據各區(qū)域施工計劃，A區(qū)、G區(qū)和F區(qū)吹填后，再完成B區(qū)吹填，項目總體配備:13m3抓斗挖泥船14

14、艘，1000m3 泥駁 12 艘，2000m3 泥駁 4 艘，1500m3 泥駁 4 艘，800m3 泥駁 3 艘，700m3 泥駁3艘，4000m3/h的絞吸船2艘，3000m3/h的絞吸船1艘，項目船舶配備見下表：4）、抓斗挖泥船及絞吸船施工方法簡述：抓斗挖泥船：本工程配備的13 m3抓斗式挖泥船，挖泥采用GPS定位法控制挖泥船位，同時作為挖泥 過程中的配合測量控制，擬增設挖泥范圍導標，包括橫向導標、縱向導標?？v向導標控制基 槽開挖寬度；橫向導標控制各斷面的變化位置，每20米設置一對。挖泥時，首先進行挖泥船定位，拋錨采用前后八字形布置，船舶移位由船上卷揚機進行 控制。挖泥船的按照各自的挖泥

15、范圍排開，從一端向另一端進行，挖泥分層進行開挖，每層 2m，并通過自航開體泥駁運送到吹填區(qū)附近儲泥區(qū)自卸。I、施工定位挖泥船進位采用拖輪拖帶，首先測量人員放置的定位浮標，然后拖輪拖帶挖泥船進入施 工區(qū)，錨艇配合拋下船首主錨和八字錨及尾部兩只錨，然后根據DGPS系統(tǒng)進行精確定位， 拋后通過挖泥船自身的錨進行調整，使抓斗船位于開挖中線上，抓斗位于起始位置。口、開挖方法考慮到本工程地質情況，擬采用分區(qū)分條分層開挖的方式進行施工。每次移船距離（斗 距）按13米控制，底層開挖必須嚴格控制斗距，保證前后不少于3m的塔接，故每次前進距 離不超過10m。絞吸船吹砂：I、絞吸船固定絞吸挖泥船從海上調遣至施工現(xiàn)場

16、，經技術交底后進指定區(qū)域（儲砂池）進行開工展開 作業(yè)，開工展布絞吸船施工開工前的準備工作，包括定船位、拋錨、架接水上及岸上排泥管 線等。根據本工程施工安排，絞吸船開到儲砂池作業(yè)區(qū)域后，固定牢固，在吹填過程中絞吸 船保持不動。具體開工展布作業(yè)程序為：A、豎鋼樁由于絞吸挖泥船在調遣中需放鋼樁，在調遣至施工現(xiàn)場安全區(qū)域后，需利用自有設備進 行豎鋼樁作業(yè)。B、定位由拖輪將絞吸挖泥船拖至施工現(xiàn)場后，依據船載全球定位系統(tǒng)（GPS）顯示的船位，再 由絞吸挖泥船的鋼樁作為定位裝置進行準確定位。C、拋設船舶擺動錨在施工挖槽兩側拋設擺動錨，由鋼纜與船首擺動絞車相連，通過兩部擺動絞車的收放， 達到絞吸挖泥船船體以船

17、尾定位鋼樁為中心擺動施工的目的。拋設船舶擺動錨的作業(yè)有專業(yè) 絞錨艇配合絞吸挖泥船上拋錨臂桿進行實施。II、吹砂A、絞吸船拋錨定位后應進行管線架設。水上管線架設采用浮筒浮托方法敷設，管線通 過水上浮筒架設至岸邊，陸上主管直接敷設在圍堰上，采用砂袋堆墊方法支設，吹填區(qū)內的 支管用泡沫加木板或支架輔墊。水上管線敷設后應用錨錠拋拉，防止海上波浪或水流沖走。B、排泥管出口處架設在吹填區(qū)間范圍內，并按實際情況架設管線，避免相互干擾。、施工期間，必須加強管線維護和巡視，防止發(fā)生管線爆裂或脫節(jié)漏水。同時應根據 排泥情況，合理進行吹填位置變換，采用交叉排放辦法，使泥漿較快時間得到沉淀。D、吹填達到設計標高時，應

18、進行平面高程控制，以邊填邊移動管線的方法控制吹填高 程，高者鏟除、低者吹補。并測量、繪出各區(qū)域吹填平面圖，注明吹填標高和各區(qū)域框圖尺 寸。E、浮管布設應呈直線型或流線型，在吹填過程中還應浮于水面。管接頭應緊固嚴密， 所有管和接頭都不應漏泥、漏水，如發(fā)現(xiàn)泄漏應及時修補或更換。3、吹砂管線布置吹砂管線的布設是吹填工程的一個關鍵部分，其布置既要經濟合理，又需符合分層吹填 使用要求，并且布設的吹砂管線必須滿足吹砂船的揚程需要和不影響其它工序施工的安全可 靠性保證。淤泥吹填進業(yè)主指定的納泥區(qū)，吹距約0.22km。水上管線的結構均采用1+1的組裝方式，即1節(jié)鋼管（附浮筒）+1節(jié)橡膠軟管，水上 排泥浮管兩端分別與絞吸式挖泥船和岸管相接（水陸接頭）。排泥管線是挖泥船輸送砂、泥漿到吹填區(qū)內的管道線路，主要包括：陸上管線（包括管 架頭、管架）、水上管線（浮管和水上浮筒）及水下管線三種。本工程在確定陸上、水上管線的總長度和布置時，已考慮吹填過程中的水頭損失，并使 總的水頭損失小于挖（吹）泥船泵的揚程。因此，管線的布置原則是盡可能采取直線形布置， 并盡量避免因陡坡、急彎而產生負壓。吹砂管線的延伸、調節(jié)需符合圍堰施工總體由岸側向海側的推進順序。主管沿圍堰布置， 既方便管線連接、維