板桩码头疏浚吹填施工质量控制

张吉轶，王军伟

(中交广州航道局有限公司，广东 广州 510290)

板桩码头作为一种常用的码头结构形式，具有结构形式简单、用料省、工程造价低、施工方便等优点，而且可以先打桩后对墙前泊位水域进行疏浚开挖，能大量减少挖填土方量。同时，板桩结构对复杂地质结构具有较强的适应性[1]。但是板桩材料易受海水腐蚀，耐久性较差，且薄壁结构的板桩抗弯能力有限，因此一般只在中小型码头中采用板桩结构。目前，关于板桩码头结构的研究主要涉及码头结构形式的设计与优化、板桩结构与地基的相互作用等[2]，而对于板桩码头疏浚吹填施工工艺的研究较少。以色列阿什杜德南部港项目板桩码头施工过程中，疏浚吹填施工与板桩码头施工紧密衔接，通过优化施工工序，采取多种质量控制措施，在满足结构稳定性要求的同时，保证了疏浚吹填施工质量。

港池开挖前桩侧土压力基本保持不变，港池开挖后桩侧土压力分布急剧变化[3]，因此，板桩码头墙前区域疏浚及墙后回填施工有严格的工序顺序要求。板桩码头的土方开挖是一个很重要的工序，若开挖顺序安排得不好，极可能引起板桩墙前后的土压力不平衡，从而引起板桩墙的位移甚至倾斜，因此，必须安排好挖泥顺序[4]。锚杆未初张拉前进行回填施工时严格按照技术规格书的要求控制板桩两侧土体高差，锚杆终张拉完毕后再进行墙前水域疏浚，才能确保码头结构稳定。

1 土质情况

项目疏浚区域主要由密实粉细砂、流塑状淤泥、粉质黏土及库卡层组成，疏浚回填料以粉细砂为主。泊位水域疏浚开挖深度范围内未遇到硬质库卡层，但部分区段沉桩过程中遇到硬质库卡层，加大了沉桩难度，由于未进行预钻孔处理，造成沉桩完毕后部分区段AZ桩与H型桩之间的锁扣存在大量锁扣脱索情况。板桩码头作为一种组合式钢板桩结构，锁扣脱索的组合板桩泊位区域疏浚时，隐藏在泥面下的脱索缝隙随着疏浚施工逐步暴露，板桩后方的细颗粒土从这些缝隙处流失，造成陆域地基沉陷，危及陆域构筑物[5]。

在粉细砂吹填过程中，细颗粒土流程长。在板桩码头吹填施工过程中，锚杆未张拉前须严格监测吹填粉细砂自然流淌边坡，确保板桩、锚定桩两侧砂面高差满足技术规格书的要求。

2 疏浚吹填施工质量要求

2.1 高差

为确保疏浚吹填过程中，在锚杆安装之前，前排桩、锚桩、翼墙结构不会因两侧土压力差别过大而产生变形、偏位，依据组合钢板桩材料抗剪抗弯能力计算码头结构稳定性，针对前排桩、锚桩、翼墙结构疏浚回填分别提出如下高差要求:1)前排桩海侧与陆侧之间高差< 7.5 m；2)锚桩及翼墙两侧回填土高差< 3.0 m；3)锚杆初张拉后为确保锚杆始终处于张拉状态，双排桩之间回填土必须高于锚定墙后侧回填土以确保锚杆不受压。

2.2 吹填质量

2.2.1吹填砂质量

前排桩与锚桩之间的区域以及锚定墙后侧区域采用水力回填时，吹填砂必须级配良好，粒径小于75 μm的细颗粒含量< 10%。

2.2.2淤泥层厚度

吹填区域内每1 m厚度范围内，淤泥层厚度不得超过25 cm。

2.3 泊位水域疏浚施工

锚杆未终张拉之前，墙前泊位水域不得开挖。其中泊位区域设计挖深-17.6 m，允许超深0.3 m，膜袋安装前基床面须平整无浅点。膜袋混凝土末端压脚沟槽底宽2 m，坡比1:2，设计挖深-19.7 m，允许超深0.6 m。泊位水域疏浚断面见图1。

图1 泊位水域疏浚断面

3 板桩码头吹填施工方法优化

板桩码头水力吹填施工顺序为：水上施打前排桩→层厚为2 m的吹填施工→施打锚桩→下一层吹填施工，吹填厚度须满足各板桩结构两侧压高要求→锚杆安装及初张拉→下一层吹填施工。但是，水上分层吹填施工难度大，往往需要铺砂驳等专属设备辅助施工，吹填管线移动频繁且与水工结构存在较多施工干扰，施工效率低。依据项目特点及要求，优化方案为：水上施打前排桩，具备一定的围闭条件后，在距离前排桩安全距离处平行于前排桩布设、延伸吹填管线，在满足前排桩结构稳定(压高< 7.5 m)的前提下，通过吹填砂自然流淌吹浅前排桩后侧水域，锚桩沉桩作业区域回填至水面以上0.5 m，以陆地施打锚桩提高打桩效率。优化后的吹填施工方案无须再进行分层吹填，尽可能地减少了与水工结构之间的施工干扰，提高吹填施工效率。

4 质量控制措施

4.1 高差与吹填砂坡度监测

锚杆未安装时，通过水坨及水深测量仪监测板桩两侧高差。由于当地潮差约为0.5 m，在锚杆安装区域测量船无法正常行驶，高差监测较为困难，引进吃水仅为20 cm的无人测量船进行水深测量，达到监控板桩两侧高差及吹填砂流淌后形成的自然坡度的目的。

4.2 吹填时板桩两侧高差控制

4.2.1控制吹填管口距前排桩安全距离

吹填细砂在有风浪水域吹填施工中形成的坡度在1:15～1:30之间[6]，回填区实测坡度约1:20，以此确定吹填管口距离前排桩的安全距离。

在前排桩自然水深5～8 m的浅水区域，按照水陆两侧高差不超过7.5 m的要求，前排桩后侧区域可以吹填至-1.0～2.0 m高程，将管口附近陆域吹填至2.0 m时，前排桩后侧区域达到-1 m左右的极限高程，按照1:20的边坡计算，吹填管口距离前排桩的安全距离约为60 m，在距离前排桩60～70 m处平行于前排桩布设吹填管线较为稳妥，前期通过耙吸式挖泥船直接在前排桩外侧水域开展虹吹施工，逐步将前排桩后侧吹浅后再接管进行吹填施工。

在前排桩自然水深8～10 m 、10～12 m的区域，按照上述方法计算吹填管口距离前排桩的安全距离，分别按照60～100 m、100～140 m的安全距离布设吹填管线，尽可能地在将距离前排桩50 m的锚桩作业区域吹浅的同时，确保前排桩的稳定，以减少锚桩区域陆地运输车辆倒运砂料的工作量。板桩码头吹填施工断面见图2。

图2 板桩码头吹填施工断面(单位： m)

4.2.2抬高前排桩水域泥面高程

对于前排桩水域原始水深较深的12～14 m区域，须通过耙吸船进行抛砂作业，人为抬高施打区域泥面高程至-11～-10 m，以降低吹填管口距离前排桩的安全距离，尽可能将后侧锚桩沉桩作业区域通过吹填施工吹浅，减少锚桩区域陆地运输车辆倒运砂料工作量。人为抬高泥面高程后，在大风浪侵袭时，孤立的前排桩具有更好的稳定性。

4.3 土质检测及清淤

4.3.1吹填前土质检验

在耙吸船装舱过程中，需要在泥舱内加强取样，通过激光粒度分析仪，快速检测泥舱内土质含泥量，如果粒径小于75 μm的细颗粒含量> 10%，则泥舱内的不合格吹填料抛填至倾废区；若粒径小于75 μm的细颗粒含量< 10%，则可吹填至回填区，做到事前有效控制，避免淤泥吹填上岸。

4.3.2吹填过程中淤泥监测

由于吹填施工过程中粒径较小的细颗粒流程更远，易在吹填砂流淌边坡的坡脚部位聚集，因此在吹填施工过程中须加强监测。常用的淤泥监测方法有小型抓斗表层取样和潜水员利用样品管潜水取样(图3)。将该2种方法结合，实时监控回填区内淤泥的分布。

图3 淤泥监测取样

4.3.3回填区淤泥清理

前排桩未封闭前，吹填过程中部分细颗粒可以通过前排桩预留的通道排出回填区外；前排桩封闭后，对于层厚超过要求的淤泥，须及时用设备进行清理。对于板桩间及锚桩后侧区域，锚杆安装前可以通过容易起吊的小型绞吸船将板桩间或锚定墙后方聚集的淤泥进行清理；小型绞吸船无法清理的边角部位，使用抽砂泵将聚集的淤泥排出回填区域。

4.4 泊位水域疏浚施工质量控制

受板桩码头结构稳定性要求制约，为避免海侧砂料开挖卸载后板桩产生较大偏位，泊位水域疏浚施工必须在锚杆完成终张拉之后进行。泊位水域疏浚施工精度要求高，疏浚实施过程的主要难题包括：水深浅于耙吸船满载吃水、易出现超挖、外伸胸墙底模支架干扰等。

4.4.1浅水区域开挖

项目使用的耙吸船满载吃水7.2 m，空载吃水4.8 m。若采用常规耙吸船装舱施工，在疏浚开挖过程中，水深5～7 m的浅水区域耙吸船装舱施工将会搁浅。为避免调遣其他设备进行浅水区域开挖从而增加施工成本，对耙吸船泥泵和管路做适应性改造，并将耙头更换成球形吸口，泥沙由吸口吸入后直接通过管路吹填上岸，而不再装入耙吸船泥舱，耙吸船在施工过程中一直处于空载状态，有效解决了浅水区域开挖难题。

4.4.2超深控制

膜袋平整区域允许超深仅30 cm。使用1艘4 500 m3的耙吸船进行泊位水域疏浚施工。开挖至-17.0 m后，耙吸船进行最下层精挖，须加强水深监测，耙吸船每装舱一船进行一次多波速水深测量，并将测量结果及时反馈给施工船舶。由耙吸船对浅点区域进行开挖，须降低泥泵功率，尽可能避免超挖。在实际实施过程中，出现超深大于30 cm的区域不可避免。对于超过允许超深范围的区域，在耙吸船施工电子底图中加以标识，并计算超挖方量，耙吸船吹填施工时舱底预留相应方量的砂，航行至超挖区域时通过耙头精准定位后，缓慢航行将舱底砂通过耙头均匀反抛至超挖区域。

4.4.3平整度控制

耙吸船疏浚开挖平整度不易控制，容易出现垄沟[7]。为确保膜袋混凝土施工前基床平整度，由耙平设备对水下基床进行整平处理。通过DGPS结合Hypack软件对耙平器进行平面定位，实时显示耙平器平面位置，耙平器由拖轮或多功能船牵引拖带进行水下基床整平，耙平器由绞车通过钢丝绳控制下放深度。

4.4.4贴近板桩区域疏浚

泊位水域贴近板桩区域受限于胸墙底模外伸支架干扰，且船身须与码头岸线保持一定的安全距离以避免碰撞事故发生，近板桩区域有2～3 m范围疏浚过程中耙头无法有效覆盖，最下层开挖时近板桩区域会有砂料附着在前排桩上难以清除。针对砂性土易被冲刷的特点，将耙吸船耙头原有向下的高压冲水改造为侧冲水(图4)，耙吸船保持安全距离平行于码头岸线缓慢航行，通过高压横向水流将附着在前排桩上的砂料冲离近板桩区域后，由耙吸船将冲离的砂料进行二次开挖，可解决贴近板桩区域疏浚施工难题。

图4 耙吸船高压冲水改为侧冲水施工

5 结语

1)板桩码头疏浚吹填施工有严格的施工顺序要求，应严格控制吹填管口距离前排桩的安全距离，并加强过程监控，合理抬高深水区域泥面高程，保障吹填施工既有效抬高锚桩沉桩区域砂面高程，又确保前排桩两侧土体高差满足要求。

2)临近板桩区域疏浚是板桩码头泊位水域疏浚过程中的重点和难点，粉细砂具有受水流冲刷后易剥离的特点，耙吸船高压冲水改侧冲水施工，船体与前排桩保持安全距离进行侧冲施工，能有效解决临近板桩区域疏浚开挖的难题。

3)耙吸船疏浚开挖后泥面平整度难以满足膜袋混凝土对基床面的平整度要求，采用耙平器进行基床面整平，为膜袋铺设提供平整的基床面。

4)经吹填施工方案优化并采取相应的质量控制措施，吹填施工在加快陆地施打锚桩进度的同时，满足板桩结构稳定性要求，未出现板桩偏位、变形等质量事故。

5)采取多种措施监控淤泥聚集并及时清理，能清理大多数区域的淤泥，但聚集在结构角落的淤泥清理困难，须谨慎处理。