孟加拉国河道疏浚和整治工程特点分析
2022-08-15陈飞飞
陈飞飞
(中土孟加拉有限公司,云南昆明 650500)
引言
孟加拉国是一个河流密布、人口密集的国家,有近700条大小不一的河流,有“千河之国”、“水泽之乡”之称,河道疏浚和河道整治在孟加拉国扮演着重要的角色。孟加拉国85 %的国土面积属于冲积平原,河水泥沙含量高,造成河流泥沙淤积,内河航道水深质量日益降低,直接影响水运交通。根据孟加拉国内河运输管理局数据,受跨界流量减少、内河淤积等因素影响,孟加拉国内河航运网络里程从24 000 km减少到了6 000 km[1]。在这种情况下,改善水运交通对孟加拉国的社会经济发展至关重要。
该国大部分土地的土壤是由易受侵蚀的细粉砂组成,在5至10月的雨季期间,大量的雨水冲击地面,雨水携砂汇集到河道内,极易发生河水泛滥。同时雨季期间,河道水流加快,可达到6~7节,对河岸造成侵蚀,水土流失严重。河道不断地发生侵蚀和淤积,导致河道极易发生变化,对当地百姓的生活生产造成极大不便,甚至造成生命财产的损失。
本文搜集整理近年来孟加拉国内实施的河道疏浚和整治的典型工程,分析成功和失败案例的原因,提出一些技术可行、经济合理的方案,希望对有意参与孟加拉国疏浚水工市场的中资企业提供有益的指导。
1 河道疏浚工程
1.1 工程特点
孟加拉国属于亚热带季风气候,湿热多雨。全年可分为旱季(11-5月)和雨季(6-10月)。河流和湖泊约占全国面积10 %,在雨季期间极易泛滥,沿海区域多小岛和沙洲。较大河流的出海口水深条件较好,水深可达到10 m以上,如普苏尔河出海口区域。但随着河流往陆地沿伸,其水深条件变差,水深范围0~6 m不等。在内河区域开展疏浚作业,选择吃水深度在3.5 m左右的疏浚船舶,能有较高的适应性。
孟加拉国河床土质95 %以上为粉细砂,含少量淤泥。河床粉细砂中值粒径D50为0.014~0.022 mm[2],易于开挖和输送,对船舶和管线的磨损也相对较小。因为土质主要为粉细砂,易被冲刷漂移,导致该国河道泥沙淤积情况严重。据统计,该国最大河流帕德玛河平均年淤沙量达到5~10亿t[2]。同样,因为回淤严重,孟加拉国内河航道需要频繁进行疏浚,有长期的市场需求。
在内河航道疏浚时,疏浚物一般就近向河道两岸弃置。孟加拉国河道宽度500~5 000 m不等。考虑航道疏浚一般较长,吹填区不一定能就近布置,绞吸船排距应达到3 km以上。
该国河道是典型的感潮河流,河流水位受潮汐影响非常大,同时也受上游河水季节性流入影响。大潮高潮位从旱季的3.8 m到雨季的4.5 m变动;小潮低潮位从旱季的0.3 m到雨季的1.0 m变动。通常情况下,河流流速为2~3节,在雨季流速可达到6~7节。因此相比旱季,雨季的回淤量较大。
1.2 典型工程
孟加拉国某在建内河航道疏浚项目,工程总疏浚量2 160万m3,设计底高程为-9.0 m,共有8个疏浚分区,分区移交验收。项目投入两艘总装机功率26 100 kW大型绞吸船和一艘舱容4 500 m3的耙吸船开展疏浚作业。项目从2021年3月中旬正式开展疏浚作业,项目部考虑该地区回淤严重,绞吸船开挖至-11.0 m底高程,预留2 m的备淤深度。起始阶段,两艘绞吸船共同疏浚一个分区,估算每个分区需施工3个月。平均原泥面高程为-6.1 m,到2021年8月初,项目累计完成计价疏浚量为259万m3。
施工过程中,项目部定期安排对施工区进行回淤观测,到10月底,孟加拉国雨季结束时,大部分已开挖区域回淤至-6.5 m左右高程。计价部分回淤量达到210万m3,该区域回淤强度达到81 %,若考虑备淤深度回淤量,该区域回淤强度达到90 %,如图1。
图1 回淤强度计算示意
1.3 工程建议
孟加拉国开展的河道疏浚项目,都会面临雨季期间高强度回淤的问题,及时在旱季,其月回淤强度也会达到1 m。不同河道由于水文条件不同,回淤强度会有差异,但都超过了疏浚企业能够承受的范围。主要原因有两点:一是河流中本身含沙量大,且粉细砂占比高,易被携带,在水流较缓或者新挖的航道内淤积;二是河流水量大、流速高,雨季期间河水流速加快,对土地和河岸的冲刷严重,水土流失进一步增加河流含沙量[3]。
在不改变整个河道岸坡和水文条件下,局部的疏浚作业,很难避免回淤。因此,在该国开展航道疏浚,确定河道验收的条件是项目成功与否的重要条件。在某些河道疏浚项目中,验收条件为每隔15天开展验收测量,且中期计量测量即为验收测量,项目不再进行工后测量。施工时间通常选择在旱季,在很短的时间内快速完成疏浚任务,进行移交验收,规避回淤风险。
疏浚设备可选择公称生产能力3 500 m3/h双泵或三泵绞吸船,该种型号的绞吸船能够适应孟加拉大部分施工工况,其生产能力也能够满足旱季回淤强度的验收需求。
总体来说,孟加拉国需要尽早开展河道整治工程,稳定河岸,减少水土流失,加快水流提高冲淤能力,这样才能较好的解决河道淤积问题。例如采用丁坝束窄河道,加快水流流速对航道进行冲淤;利用顺坝对河岸进行保护,避免新增泥沙。
2 河道整治工程
2.1 工程特点
在孟加拉国开展河道整治、护岸保护工程,同样面临着巨大的挑战。这些挑战来自原材料短缺、雨季洪水泛滥、河道变化等因素。
孟加拉国85 %以上的国土为疏松的冲击平原,山区分布极少,石料生产资源不足。该国石料生产企业由于生产技术制约,产能严重不足,石料的大量需求通常依赖从印度边境进口来解决[4]。另外,严重不平衡的供求关系导致石料的价格居高不下。以石料为代表的钢材、土工材料、碎石等建筑材料供应能力不足。
该国的河道属于辫状河流,河道受侵蚀、淤积,很难进行长期预测,不利于护岸设计。护岸保护工程往往工期漫长,但是快速变化的河流走向不利于工程建设。雨季期间水位上涨,流速加快,会对未完工程造成破坏。即使工程完工,雨季暴涨的河流也可能对护岸工程造成破坏[5],如图2所示。
图2 被破坏的护岸结构
但是,孟加拉国的基础设施建设离不开对岸坡的保护。桥梁的建设,需要对桥梁接岸位置上下游进行保护,避免上下游河岸冲刷,导致桥梁接岸损坏;航道的疏浚,需要对河岸进行保护,稳固土壤,减少回淤。
2.2 典型工程
孟加拉国的河道整治材料从最初的砖块、到中期的混凝土块、再到目前的土工管袋,经历了无数次的工程实践。其中,混凝土方块护岸和土工管袋护岸是目前比较常用的两种结构。
相比于混凝土块和砖块,土工管袋的优势在于性价比高[6](如表1),施工时间短,后期维护成本低等,适合短时间内大规模的形成护岸保护能力。而混凝土块适合重要建筑的护岸保护工程,例如临河机场陆域的岸坡保护,或者桥梁上下游的岸坡保护。
表1 不同护岸结构形式的费用对比[7]
土工管袋护岸在孟加拉国得到较为成功的应用。2004年到2018年间,超过45 km的土工管袋护岸修建完成,典型的土工管袋护岸(如图3)每公里的成本仅300万美金左右,使得技术可行、经济合理的护岸保护方案成为可能。
图3 典型的土工管袋护岸断面型式
在护岸结构中,抛石护脚能起到很好的防冲刷作用,通常可以采用抛填混凝土方块或石块,由于当地石块和混凝土成本较高,通常在永久护岸结构中使用(图4)。
2.3 工程建议
在实践中,形成了一些被普遍认同的观点:1)在孟加拉国,如果不进行结构适应调整和后续维护工作,护岸结构是不会长期稳定存在的;2)相比于突堤等突出结构,护岸结构的冲刷强度会小一半,更容易稳固;3)岸坡的保护平台只能在基础牢固、多层防护、一定宽度等特定的条件下,能起到作用;4)在急流河段,适当的减小边坡坡比,能够更好的起到保护作用[8]。
护岸工程实施同样需要利用好旱季,旱季期间河流流速低、潮位低,更有利于护岸坡脚的防护施工。并且在施工过程中,注意减少一次土方开挖的长度,开挖一段保护一段。水上抛石、铺设排垫、打设土工管袋等作业,要考虑水流的影响,组织典型施工,确定抛石、排垫和土工管袋的漂流距离,保证施工质量。
随着材料技术的发展,强度更高、防老化、防紫外线的土工材料被发明出来,使得大型土工管袋在深水、急流等区域的快速施工具备可能性。再结合坡面保护、坡脚防冲的措施,能够较好的实现长期稳定的护岸防护。
3 结语
现阶段,孟加拉国没有将河道疏浚和整治工程相结合的工程实例。独立开展的疏浚工程极易被泥沙回淤,降低航道的通航保证率。应考虑将河道整治工程与航道疏浚工程结合,在设计阶段,对水文条件进行全面勘察,开展数学模型和物理模型试验,首先进行河道整治,使河道具备自然冲淤的条件,随后开展河道疏浚,能够保证河道疏浚的效果。经过多年实践,孟加拉国在航道疏浚和河道整治工程中,逐渐摸索出一套经济实用的应用技术,中资企业在该国开展疏浚水工业务时,除了发挥国内已有的先进技术外,还要结合当地特殊的工况条件和实用技术,更好的适应当地的工程环境。充分国内在河道整治的技术储备,开展综合的护岸保护和河道整治、航道提升工程,真正提升孟加拉国水上交通基础设施建设的质量。