港航工程施工中的回淤问题研究

2020-09-26曾晰

运输经理世界 2020年11期

文/曾晰

1 前言

我国港口贸易的主要方式是进出口贸易，大宗商品进出口形式主要依靠大吨位货轮进行运输。沿海地区主要分布在东部，该区河床主要是砂质土，该土质流动性大、不易成型，非常容易产生淤积，因此在港口和航道工程建设中面临的最大问题就是施工回淤。港口和航道施工时，施工回淤的特点主要包括不确定性以及清淤困难两点。海底情况较复杂、施工难度大，现阶段施工技术无法从根本上解决施工回淤问题。经过多年经验积累和实地试验分析，本文得出施工回淤主要影响因素，并提出相应经验计算方法[1]。施工回淤主要是由于泥沙流动性特点导致的，且受海水运动影响，在大风浪作用下海水快速运动会带动泥沙运动，当风速减弱海水运动速度减慢时，泥沙就会沉积产生淤积。

2 港航工程中回淤的主要特点

2.1 港航工程回淤问题的外在原因

港航工程通常建设在临水城市。我国东南沿海地区粉质砂土层和粉质细砂层是河道中下游地质情况，而砂层地质是主要导致港航施工作业中产生回淤的主要影响因素[2]。

在我国进出口贸易全球化趋势下，我国沿海沿江城市经济快速发展，港航运输在贸易中的作用和地位越来越重要，同时水上运输量的不断增加对港航运输也显得尤为重要。随着大吨位货轮以及运输船的增加，我们需要增加的港航建设工程也日趋加大。因此，解决港航施工的回淤问题，不但能够保障建设工程质量，而且也能很好地保证航道的安全[3]。

2.2 港航施工回淤问题的自然原因

泥沙流动性质是港航施工中回淤产生的最主要原因，由于水流运动、风力影响以及沉积沙来源不同，在自然因素作用下港航泥沙会随之不断移动；与此同时，港航施工过程中挖出淤泥也会在水流作用下产生回淤，出现淤积。另外，悬浮沙粒是施工回淤产生的重要原因之一，微小悬沙会随着水流的带动运动起来，悬沙流动性强、粘聚力低，从而使得其在外界作用下产生移动，形成回淤现象[4]。

港航施工常常会产生骤淤，当施工开挖粘聚力较低的泥沙时，周边泥沙在水力作用下迅速将开挖部分回填，而这种情况常发生在粉质沙地段。在施工中骤淤现象沉积速度快、强度大、极易悬浮等特点较为突出，因此骤淤是解决港航施工回淤问题中的一个重点、难点。

3 港航施工中回淤问题应对方法

3.1 空间变化对回淤影响

港航施工回淤问题的空间变化规律主要表现为两方面，回淤受浚深的变化规律影响以及回淤受沿程分布规律影响。沿程回淤是根据航道里程的变化规律先增加回淤量后减少回淤量。经过大量数据分析，在航道转弯位置回淤量较大，过弯道前后呈现先增后减的趋势，即航道的内段起点到航道的转弯段的回淤强度是呈现慢慢增加的趋势。浚深的变化对航道回淤影响为浚深深度越大，相对回淤量也就越大。由此可见，同一断面回淤量浚深越深，则航道回淤量越大。

3.2 通过改进施工技术减少回淤

3.2.1 收集前期资料，做好前期分析、调研、资料收集工作，结合建设港航位置的水文地形变化资料，选择地质情况较好、回淤较少的地方建设港口，同时相关人员还需要考虑港口建设完成后对泥沙运动变化规律的影响，从建设位置选择来尽可能减少建设回淤现象的发生。

3.2.2 在建设过程中实施全过程监测，以更好地通过数据实时调整施工方案；通过系统分析回淤变化规律和数据收集，并采取相应措施，能够有效控制港航回淤量，节约工程造价。现阶段，为防止大量的回淤现象发生，在重力式码头建设过程中采用开挖备淤槽来减少回淤现象，但是还会有部分悬浮泥沙颗粒无法避免回淤，我们只能尽量保证不产生大的回淤量。

3.2.3 基床是码头建设中重要的承重结构，而基床的稳定直接关系码头的沉降和稳定性。在基床建设工程中，产生回淤时应及时清淤和挖掉相应的回淤基床部分，并重新抛石填筑。

3.2.4 港航建设中，挖泥船是通过给定的海域坐标进行作业，通过采用GPS 定位设备将作业船开入指定区域并固定船身，然后使主挖泥船拖带移动进行挖泥作业。

4 工程实例分析

4.1 工程概况

以某大型港航工程清淤开挖作业为例，在该码头施工中出现了如下回淤情况。港口的港池、基槽在施工过程中产生严重回淤，主要是由于地质勘察情况出现下列变化，勘察过程中从上到下地层结构分别为第一层：淤泥质土、粉质粘土、粉土；第二层：粉砂；第三层：淤泥质粉质粘土、粘土；第四层：粉砂、粉土、细砂；第五大层：粉细砂。施工过程中大量回淤后，通过海下取样发现实际地质中产生回淤淤泥质土层2.5m，其中包含部分粉土层0.3～0.6m，回淤中其余土质为粉质沙和粘土混合层。

4.2 影响回淤因素

通过对上述港口回淤原因进行系统分析发现，影响港航施工作业中回淤的因素主要分为以下三种：

4.2.1 航道泥沙环境

航道附近的泥沙含量越多，泥沙进港淤积就会越多，反之就会弱。多数情况下，泥沙回淤问题在港航施工中普遍存在，并非通过港航建设能够解决。

4.2.2 港口纳潮量

纳潮量是指相对海域能够容纳潮水的体积，可以简单表述为：纳潮面积×相较零米以上潮差。港航工程中，纳潮量是主要决定带入淤泥量多少的因素之一。通常情况下纳潮量越大，泥沙回淤量就越大，港内泥沙量随着纳潮量的增加而增加，随纳潮量的减小而减小。回淤量减少对于主要进出港航道来说，回淤量会随着航道水流变化影响河道回淤量。

4.2.3 回淤沉积受水深影响

港内沉积泥沙=进港泥沙-出港泥沙=[进港含沙量（P进）-出港含沙量（P出）]×Q潮量

先假定港口纳潮量不变，港口水深变化对回淤泥沙在出港过程中影响比较小，但是对于入港带来的回淤量影响较大。由于水深度增加，水中流动过程中携带泥沙会增加，而海水携带泥沙的增加必然会导致沉积过程中泥沙量增多。

另外，影响回淤量的因素还有港口的地质构造、海底的坡度、泥沙含量以及潮汐作用和风浪作用的影响等。

4.3 大风对港航工程回淤量影响

本次还对该港航工程回淤受风浪影响做了研究，研究发现回淤量大的位置风浪较大。通过对大风资料分析，确定大风浪对于回淤影响是不利的，风浪越大，则回淤量越大；同时我们还对航道回淤量在大风作用影响下骤淤量和淤强分布情况进行实际对比，最终得出风级越大，淤泥分布强度越大，回淤量越大。

4.3.1 在港航施工作业前，各个参建单位根据海洋地质情况进行调查，参考以往淤泥质海岸施工经验以及泥沙的推移和悬移理论对港航建设回淤现象进行分析和预测，研究认为回淤量的大部分回淤质是由于悬移质造成的，与实际情况产生的回淤量不相符。由此可见，港航施工过程中回淤的产生是由于泥沙推移和悬浮共同作用的结果。

4.3.2 本工程的建设必然会改变原有的海岸线流动状态，虽然通过物理力学模型能够很好地模拟所在工程环境的运行状况，但是由于实际情况比较复杂，实验室所考虑的状态不能完全模拟现场的实际情况，因此理论回淤量需要根据实际工程建成后回淤量的变化来检验。以下是港航建设工程邻近海域航道回淤量受大风影响对照表，如表1 所示。