吹填工程常用施工方法及船舶设备简述与应用

吹填工程常用施工方法及船舶设备简述与应用

林佳

林佳

（广东金东海集团有限公司）

【摘要】本文通过工程实践中吹填工程采用的施工方法及船舶配置，简述吹填工程常用施工方法及船舶设备的选取和应用，供同行进行交流。

【关键词】吹填工程；抓斗挖泥船；绞吸挖泥船；施工方法

一、前言

近年来随着全球气候变暖、世界人口总量不断增长、城市化进程加快，尤其是沿海地区经济的快速发展和土地资源的供需矛盾，以及旅游开发需求等因素的驱动，吹填工程的市场需求不断增长并且持续扩大，展现出良好的发展前景。同时随着社会需求的发展，吹填工程的应用已经从最初的填塘固基、淤临淤背、堵口复堤、整治险工、加固堤防、农田改良、备料、积肥等吹填造地逐步扩展到吹填造岛、海岸防护、吹填造库，甚至国防建设等领域，成为了疏浚行业中最具增长潜力的业务领域。

二、吹填工程常用的船舶设备及施工方法

吹填工程的施工主要是由疏浚设备即挖泥船舶设备和排泥管线等作业来完成的，常用的施工船舶有抓斗式挖泥船、铲斗式挖泥船、耙吸式挖泥船、绞吸式挖泥船、链斗式挖泥船。其中，绞吸挖泥船和抓斗挖泥船是用途较广的挖泥施工船舶。

绞吸挖泥船是水力式挖泥船的一种，因其适应的施工范围较广，适于港口、河道、湖泊的疏浚工程，特别适合于吹填造地工程，适用于挖掘砂、砂质粘土、砂砾、粘性土等不同的挖泥工况，是目前世界上使用较广泛拥有数量最多的一种挖泥船。

抓斗挖泥船形式多样，用途甚广。抓斗挖泥船属机械式挖泥船，大多数为非自航式。不仅能挖掘各种不同土质，还可以抓取水下石块及部分障碍物，如木桩、水泥桩等，适用于狭小水域、港池、码头岸壁、码头基槽、过江管道、电缆深沟等特殊工程的挖泥施工。

通常单一的挖泥船型施工不能满足吹填工程施工需要，必需采用多种挖泥船联合施工的方式进行施工，具体施工方式根据工程要求、现场自然及施工条件和设备供应能力进行选取，并通过经济技术论证进行方案比选，其常用的施工方法有：

1、绞吸船直接吹填

适用于内河或风浪较小的海区，生产效率高，成本低，对土的适应性强。抗风性能较差，最大排距约5km。为了增加运距，可设接力泵，必要时也可以将两天绞吸船串联。

2、斗式船——泥驳——吹泥船吹填

适用于内河或风浪较小的海区、砂质土、粘性土的吹填区工程。运距一般为5-15km。抗风性能差。挖流动性淤泥效果差。非自航泥驳需与拖轮配套使用。

3、耙吸船——吹填

适用于取土区风浪大，运距远的工程。施工过程中能改善砂性土的质量，成本较高。耙吸船应具有吹填装置。

4、耙吸船——储砂池——绞吸船——吹填

适用于取土区风浪大，运距远，吹填量大的工程。施工过程中能改善砂性土质量。

储砂池的位置与大小应满足绞吸船的输送和施工强大的要求，并应选在回淤、冲刷小的地方。池内外水深应满足所有施工船舶吹填、抛砂施工作业需要。

5、斗式船——泥驳——储砂池——绞吸船——吹填

适用于内河或风浪较小的海区和吹填量大的工程。设备配套复杂，时间利用率较低。

储砂池的位置与大小应满足绞吸船的输送和施工强大的要求，并应选在回淤、冲刷小的地方。池内外水深应满足所有施工船舶吹填、抛砂施工作业需要。

6、耙吸船——泥驳——吹泥船——吹填

适用于取土区于内河、风流小、运距远的工程，能改善砂土的质量。耙吸船应具有装驳的设施。

7、斗式船——泥驳——吹泥船——泵站——吹填

适用于运距远、吹程高的长期性的疏浚土处理与吹填造地相结合的工程。施工环节复杂，故障多，时间利用率低。

三、工程实例

1、工程概述

工程项目位于海南岛某海湾区域，通过取砂吹填建造人工岛。该标段施工区域编号为A区、B区G区和H区。

吹填区域已施工情况：A区、G区和H区围堤已完成，形成约63万m2的吹填面积，A区吹填面积约为53万m2，G和H区吹填面积约为11万m2，B区围堤长约1929m，形成约102万m2的吹填面积。

吹填总工程量约为1824万m3，A区泥面标高平均约为0.9m，吹填高度为7.0m，吹填量约为53万*7.9=418万m3，G和H区泥面标高平均约为-0.3m，吹填高度为7.0m，吹填量约为11万*7.3=80万m3，B区泥面标高平均约为-6.0m，吹填高度为7.0m，吹填量约为102万*13=1326万m3。

取砂点为3#砂源3-3区，为业主指定海域取砂点，平均运距为10KM，最远运距为14KM。该海域有众多参与该工程项目施工的采砂船、运砂船，以及大量的过往船舶，工况复杂。

（1）自然条件

工程区年平均风速为3.6m/s。常风向为ENE向，频率为22.3％，次常风向为NE，频率为18.10％。每年10月至翌年4月盛行NE向风，6～8月盛行SW～SSW向风，尤以7、8月份为最盛。5月和9月为季风转换期。强风向为SW向，最大风速为32.3m/s，次强风向为SSE，风速为26.0m/s。

工程区海域以风浪为主，大约占80%，年平均波高为0.34m，风涌混合浪占20%左右，常浪向为SW向。本海区的潮流为正规全日潮性质，流速不大。

工程区浅海滩变化较小，整个海域浅滩基本处于稳定状态。

（2）工程地质

①-1粉砂：灰黄色，饱和，松散～稍密，砂粒成分主要为石英、长石，亚圆形，颗粒均匀，颗粒级配一般，含少量珊瑚碎屑；

①-2珊瑚碎屑：灰色,松散,饱和,主要由珊瑚碎屑、贝壳及钙质胶结而成；

②淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，含少量粉砂。

③海滩岩：灰白色、灰色，岩石主要成分为砾砂、砾石、砂粒、贝壳碎屑及微生物等，由泥质钙质胶结而成，胶结程度较好，岩芯呈短柱、碎块夹砂团状；

④粉质粘土：灰色，软～可塑；

⑤粉质粘土：灰黄、灰绿色，可塑,局部含粉砂；

⑤-1粗砂：灰黄色，中密，砂粒成分主要为石英、长石、贝壳，亚圆形，颗粒均匀，颗粒级配一般。含粘性土，仅一孔（2-A-22）中揭露；

⑥粉质粘土：灰色，可～硬塑，局部胶结成半成岩状、含较多粉土团块及砂。

2、施工方法及施工船舶选取

（1）施工方法和计划

由于业主指定的砂源离吹填区位置较远，平均吹距10Km，不能一次吹填到位，砂料的土质较硬，多为低液限粘土，开采的功效较低，且该海域有众多参与该工程项目施工的采砂船、运砂船，以及大量的过往船舶，工况复杂，采砂船舶需机动灵活，故考虑采用“采—运—卸—吹”的施工流程，即在吹填区外围挖设储砂池，抓斗船挖泥（砂）→泥驳船运泥（砂）→储泥区存泥（砂）→绞吸船吹泥（砂）的施工工艺。

因为绞吸船吹砂作业，布设在吹填区附近的储砂区的位置位于施工范围的中轴线上，这样可以保证A区、G区、H区和B区吹填可以不移动绞吸船和浮管位置。

各区域施工计划：储砂池施工完成后，首先在储泥区布置绞吸船吹填G区和H区，计划工期20天，再对A区进行吹填，计划工期80天，在B区围堰施工完成前，吹填完成。B区围堰施工合拢后，对B区进行吹填。

根据施工进度要求，A区、G区和Ｈ区计划在100天内完成，每天吹填工作强度为：（418+80）/100=4.98万m3/d，B区需在计划的150天内完成，日工作强度为：1326万m3/150=8.84万m3/d。

储砂池设计：根据吹填最大日强度（约为8.84万m3/天），绞吸船数量（2艘）及作业干扰范围，储砂池设计为200*200*8=32万m3，储砂池储砂量约为日吹填强度的4倍，满足要求。吹填全部施工完成后，继续通过采砂区泥驳取料，把储砂区回填至原泥面高程。

（2）船舶选择

根据施工工期、砂源距离、取砂范围和取砂处地质，以及取砂点工况复杂等情况综合考虑，初步考虑在砂源位置采用13m3抓斗式挖泥船取砂，运砂采用2000m3、1500m3、1000m3、800m3、700m3的等多型号组合自航式泥驳进行运砂，运送砂料到吹填区附近的储砂池，储砂池内的砂料拟通过3000m3/h、4000m3/h的绞吸船吹送到指定吹填位置。

1）、机械投入功效分析：

①抓斗挖泥船投入数量的计算

抓斗挖泥船的生产率按下式计算：

1000m3泥驳取n=2，

类似计算其他驳船：

2000m3泥驳取n=1

1500m3泥驳取n=2

800m3泥驳取n=3

700m3泥驳取n=3

2）、则各施工区域船舶配置计划如下：

①、A区、G区和F区：

根据A区、G区和F区吹填工程日工作强度,则需配13m3抓斗挖泥船为：

4.98万m3/（487.5*16）=6.4艘（工作时间按每天16小时考虑），考虑到暴雨台风等不利因素影响，取8艘。

则相应的1000m3泥驳数量为12艘，2000m3泥驳数量为2艘。

拟配备2艘4000m3/h的绞吸船，那么每天吹泥量为：

4000*16*0.8*2=102400>49800，满足要求。

②、B区：

根据B区吹填工程日工作强度,则需配13m3抓斗挖泥船为：

8.84万m3/d/（487.5*16）=11.3艘（工作时间按每天16小时考虑），考虑到暴雨台风等不利因素影响，取14艘。

则相应的1000m3泥驳数量为12艘,2000m3泥驳数量为4艘，1500m3泥驳数量为4艘，800m3泥驳数量为3艘，700m3泥驳数量为3艘。

拟配备2艘4000m3/h、1艘3000m3/h的绞吸船，那么每天吹泥量为：

（3000+4000*2）*16*0.8=140800>88400，满足要求。

③、储砂池：

储砂池计划用1艘4000m3/h的绞吸船直接吹泥至H区。

320000/（4000*16*0.8）=6.3d（每天工作16小时，工作效率为0.8）,则7天可开挖完成。

3）、综上，项目总体投入船舶为：

根据各区域施工计划，A区、G区和F区吹填后，再完成B区吹填，项目总体配备：

13m3抓斗挖泥船14艘，

1000m3泥驳12艘，2000m3泥驳4艘，1500m3泥驳4艘，800m3泥驳3艘，700m3泥驳3艘，

4000m3/h的绞吸船2艘，3000m3/h的绞吸船1艘，

项目船舶配备见下表：

4）、抓斗挖泥船及绞吸船施工方法简述：

①抓斗挖泥船：

本工程配备的13m3抓斗式挖泥船，挖泥采用GPS定位法控制挖泥船位，同时作为挖泥过程中的配合测量控制，拟增设挖泥范围导标，包括横向导标、纵向导标。纵向导标控制基槽开挖宽度；横向导标控制各断面的变化位置，每20米设置一对。

挖泥时，首先进行挖泥船定位，抛锚采用前后八字形布置，船舶移位由船上卷扬机进行控制。挖泥船的按照各自的挖泥范围排开，从一端向另一端进行，挖泥分层进行开挖，每层2m，并通过自航开体泥驳运送到吹填区附近储泥区自卸。

Ⅰ、施工定位

挖泥船进位采用拖轮拖带，首先测量人员放置的定位浮标，然后拖轮拖带挖泥船进入施工区，锚艇配合抛下船首主锚和八字锚及尾部两只锚，然后根据DGPS系统进行精确定位，抛后通过挖泥船自身的锚进行调整，使抓斗船位于开挖中线上，抓斗位于起始位置。

Ⅱ、开挖方法

考虑到本工程地质情况，拟采用分区分条分层开挖的方式进行施工。每次移船距离（斗距）按13米控制，底层开挖必须严格控制斗距，保证前后不少于3m的塔接，故每次前进距离不超过10m。

②绞吸船吹砂：

Ⅰ、绞吸船固定

绞吸挖泥船从海上调遣至施工现场，经技术交底后进指定区域（储砂池）进行开工展开作业，开工展布绞吸船施工开工前的准备工作，包括定船位、抛锚、架接水上及岸上排泥管线等。根据本工程施工安排，绞吸船开到储砂池作业区域后，固定牢固，在吹填过程中绞吸船保持不动。

具体开工展布作业程序为：

A、竖钢桩

由于绞吸挖泥船在调遣中需放钢桩，在调遣至施工现场安全区域后，需利用自有设备进行竖钢桩作业。

B、定位

由拖轮将绞吸挖泥船拖至施工现场后，依据船载全球定位系统（GPS）显示的船位，再由绞吸挖泥船的钢桩作为定位装置进行准确定位。

C、抛设船舶摆动锚

在施工挖槽两侧抛设摆动锚，由钢缆与船首摆动绞车相连，通过两部摆动绞车的收放，达到绞吸挖泥船船体以船尾定位钢桩为中心摆动施工的目的。抛设船舶摆动锚的作业有专业绞锚艇配合绞吸挖泥船上抛锚臂杆进行实施。

Ⅱ、吹砂

A、绞吸船抛锚定位后应进行管线架设。水上管线架设采用浮筒浮托方法敷设，管线通过水上浮筒架设至岸边，陆上主管直接敷设在围堰上，采用砂袋堆垫方法支设，吹填区内的支管用泡沫加木板或支架辅垫。水上管线敷设后应用锚锭抛拉，防止海上波浪或水流冲走。

B、排泥管出口处架设在吹填区间范围内，并按实际情况架设管线，避免相互干扰。

C、施工期间，必须加强管线维护和巡视，防止发生管线爆裂或脱节漏水。同时应根据排泥情况，合理进行吹填位置变换，采用交叉排放办法，使泥浆较快时间得到沉淀。

D、吹填达到设计标高时，应进行平面高程控制，以边填边移动管线的方法控制吹填高程，高者铲除、低者吹补。并测量、绘出各区域吹填平面图，注明吹填标高和各区域框图尺寸。

E、浮管布设应呈直线型或流线型，在吹填过程中还应浮于水面。管接头应紧固严密，所有管和接头都不应漏泥、漏水，如发现泄漏应及时修补或更换。

3、吹砂管线布置

吹砂管线的布设是吹填工程的一个关键部分，其布置既要经济合理，又需符合分层吹填使用要求，并且布设的吹砂管线必须满足吹砂船的扬程需要和不影响其它工序施工的安全可靠性保证。

淤泥吹填进业主指定的纳泥区，吹距约0.2～2km。

水上管线的结构均采用1+1的组装方式，即1节钢管（附浮筒）+1节橡胶软管，水上排泥浮管两端分别与绞吸式挖泥船和岸管相接（水陆接头）。

排泥管线是挖泥船输送砂、泥浆到吹填区内的管道线路，主要包括：陆上管线（包括管架头、管架）、水上管线（浮管和水上浮筒）及水下管线三种。

本工程在确定陆上、水上管线的总长度和布置时，已考虑吹填过程中的水头损失，并使总的水头损失小于挖（吹）泥船泵的扬程。因此，管线的布置原则是尽可能采取直线形布置，并尽量避免因陡坡、急弯而产生负压。

吹砂管线的延伸、调节需符合围堰施工总体由岸侧向海侧的推进顺序。主管沿围堰布置，既方便管线连接、维护又可防止管线被吹填土掩埋。

4、施工流程见下图：

四、结束语

以上是通过对吹填工程采用的施工方法及船舶配置的一些实践经验同同行交流，根据工程项目的实际情况和自身设备供应能力，选择合适的施工方法及施工船舶设备，是确保吹填工程顺利实施的关键。

参考文献：

[1]高等学校试用教材《水运工程施工技术》人民交通出版社1998

[2]水运工程造价工程师参考教材第二册《水运工程施工技术》水运工程造价工程师教材编写组2013

[3]《疏浚工程》人民交通出版社

[4]《疏浚与吹填工程施工规范》（JTS207-2012）

[5]《疏浚工程技术规范》（JTJ319-99）

[6]《水运工程测量规范》(JTS131-2012)

[7]《水运工程质量检验评定标准》（JTS257-2008）