浅谈黄骅港航道维护疏浚施工管理

2023-02-25

一、黄骅港航道回淤规律统计分析

天科院研究分析认为黄骅港航道淤积机理为“波浪掀沙, 潮流输沙”, 航道的回淤主要受大风影响, 港口周边海域边滩泥沙在大风作用下起动, 随潮流进入航道落淤。根据近18年来大风统计情况, 港口每年春季3-5月、秋季9-11月为大风多发期, 大风能量分别占全年总能量的44.5%和30.5%;夏季6~8月份大风发生概率最小, 大风能量占全年总能量的9.5%, 冬季大风能量占全年总能量的15.5%。航道回淤与大风期基本同步, 春秋季回淤严重且易发生大风骤淤, 冬季回淤较小, 夏季只有轻微回淤。

其中每年11月份左右易发生严重大风回淤。如2003年10月10-13日大风淤积1000万方, 最大淤厚近4m。2009年11月8-17日间一次大风骤淤量近900万m3, 航道平均淤浅1m, 最大处淤浅近1.6m;2011年11月25-28日一次大风淤积量756万m3;2015年11月5~7日大风淤积全航道平均淤强为1.02m, 最大淤强为1.83m, 全航道总计淤浅1157万m3;2016年10月13~10月30日大风全航道平均淤强为0.7m, 最大淤强为1.3m, 全航道淤积量约720万m3。可见11月航道骤淤碍航风险最大, 是备淤的重点。

二、航道回淤强度分布和土质分析

1、按照近十年大风统计资料, 选择接近平均年风能的动力条件组合, 根据已建立的数学模型模拟计算航道平均年的淤工程量。

经计算, 全航道预计平均年淤积量为1738万m3, 全航道预计年平均淤强为1.5m, 预计最大淤强为4.8m, 位于航道W13+0~W14+0处。具体分布见表1、图1。与近年来航道实际疏浚情况及淤强分布基本相符。

2、航道不同区段回淤土质的情况

根据天科院2015-2016年多次现场取样分析, 航道不同区段回淤土质情况如下:

(1) 回淤沉积物中值粒径:表层沉积物样品的中值粒径在0.003mm~0.0375mm之间, 平均为0.018mm。其中, W12+250~W30+200中值粒径均大于0.02mm;W3+000~W10+700基本在0.01~0.02mm之间;东、西两端沉积物中值粒径小于0.01mm。粒径分布与沉积类型分布呈现高度一致性。从航道沉积物中值粒径来看, 近年来航道沉积物总体分布规律基本一致, 最粗段位于口门附近, 在0.014~0.038mm。具体见图2。

(2) 表层沉积物的含泥量 (粒径小于0.01mm) :表层沉积物的含泥量在12.2%~80.4%之间, 平均为43.5%。口门以外至W30+200含泥量均小于30%;W3+000~W10+700含泥量在50%左右;W1+400以西航道及港池含泥量均大于60%;W31+800~W33+400含泥量大于50%。

(3) 回淤土质:黄骅港航道回淤土主要包括粉沙 (T) 、粘土质粉沙 (YT) 和粉沙质粘土 (TY) , 个别为沙质粉沙和沙-粉沙-粘土。其中, 口门以外至W30+200基本为粉沙, W12+250为沙质粉砂, W31+800~W33+400为粘土质粉沙;口门向内, 至W6+100为粘土质粉沙;W4+550以西为粉沙质粘土, W3+000粒径略粗, 为沙-粉沙-粘土。

3、大风后航道回淤物颗粒分析

根据大风后现场实测情况, 发生严重大风回淤后航道内存在较深厚浮泥。根据2015年11月5~7日大风回淤后对航道土质分析, 本次大风后航道内回淤物以低密度回淤土为主。其中W10+500以里, 11月10日测量结果显示, 容重小于1250kg/m3的回淤物平均厚度为0.78m, 最大厚度为1.20m, 容重小于1400kg/m3的回淤物平均厚度为0.92m, 最大厚度为1.44m;11月13日测量结果表明, 容重小于1250kg/m3的回淤物平均厚度为0.50m, 最大厚度为0.79m, 容重小于1400kg/m3的回淤物平均厚度为0.63m, 最大厚度为0.98m。W10+500以外, 11月10日测量结果显示, 容重小于1250kg/m3的回淤物平均厚度为1.09m, 最大厚度为1.64m, 容重小于1400kg/m3的回淤物平均厚度为1.30m, 最大厚度为2.05m;11月13日测量结果表明, 容重小于1250kg/m3的回淤物平均厚度为0.53m, 最大厚度为0.96m, 容重小于1400kg/m3的回淤物平均厚度为0.83m, 最大厚度为1.60m。具体见图3。由上述可见, 风后水深变浅主要为低密度浮泥层, 对通航影响不大, 且在较短时间内发生自然沉淀, 水深较快恢复。

三、对航道维护疏浚施工管理几点建议

根据上述黄骅港航道回淤规律和回淤土质的分析, 对航道维护疏浚施工管理提出如下建议:

1、设置航道维护疏浚施工备淤标准

为保证航道通航水深并抵御大风回淤风险, 黄骅港主要采取“备淤与疏浚相结合”航道维护方案。每年港务公司下属子公司船舶施工能力约1400万m3, 为保证满足备淤要求, 关键需确定适宜备淤标准。

通过对黄骅港将近18年航道回淤统计及多年航道维护疏浚备淤情况的对比 (见图4) , 航道备淤有三个方案:a、按照2014年之前确定年度备淤线备淤1632万m3;b、按照10年一遇大风备淤线一次性备淤570万m3;c、按照15年一遇大风备淤线一次性备淤665万m3。考虑黄骅港常年性进行维护, 备淤水深主要为抵御一次大风回淤, 如按照15年一遇大风备淤量665万m3计, 包括船舶年施工能力1400万m3, 总备淤能力达到2065万m3。天科院预估每年航道回淤量为1800万m3, 按照上述备淤标准能够抵御每年航道回淤, 保障航道的正常通航, 且相较按10年一遇备淤标准回淤碍航风险更小, 因此综合考虑将每年航道备淤线定为15年一遇大风回淤级别是适宜的。

2、设置航道维护疏浚的节点工期

根据上述统计分析, 航道大风回淤主要发生在每年的4月和11月份, 其中11月份大风回淤最严重, 而5-9月为非大风期, 航道回淤轻微。因此宜将完成15年一遇备淤曲线的节点工期设置在每年的5月1日左右, 在完成达到该节点目标后, 利用5-9月航道回淤轻微的有利时机暂停施工, 9月后视航道回淤情况适时恢复施工。如此, 即可保证航道具备抵御11月份大风骤淤的能力, 保障航道通航, 又可减少疏浚投入, 有效降低疏浚费用。

3、大风骤淤后疏浚施工的顺序安排

按照天科院大风后回淤土质分析报告, 为合理利用风后浮泥沉降, 提高疏浚施工效率, 降低疏浚成本, 结合航道备淤合理安排大风骤淤后疏浚施工顺序。 (1) 航道W6以内区段为粉砂质粘土, 含泥量较大, 浮泥密度小对通航影响不大且不易板结, 可不进行疏浚, 依靠回淤土质的自然密实可以满足通航水深要求。 (2) 航道W6~W14为回淤强度最大的地段, 但此地段回淤土颗粒中值粒径在0.01~0.02mm之间, 土质为粘土质粉沙和砂质粉砂, 浮泥厚度较大, 该区段可以经过10天左右的沉淀再进行疏浚可以减少疏浚工程量和疏浚费用。 (3) 航道W14~W30区段为航道强回淤区段, 其回淤土质颗粒的中值粒径在0.02mm以上, 基本为粉沙, 受潮流影响易发生沉淀和板结, 是大风骤淤后施工的重点地段。针对此区段, 应集中在港施工船舶进行重点施工, 大风后尽快进行处理以保证航道通航水深并避免发生板结增加后期疏浚难度。 (4) 航道W30+0以外的区段可参照航道W6+0~W13+750区段施工方法安排船舶施工。

4、合理选择施工工艺

黄骅港航道总长度为43.5Km, 航道中点距离抛泥区的距离为19Km, 航道最远端距离抛泥区的距离达37.5Km, 因此航道维护疏浚全部采用外抛的施工工艺是非常不经济的。为最大限度的降低每年的航道维护疏浚费用, 宜根据实际情况采用分段施工, 既W8+0以内采用耙绞联合施工作业, W8+0以外采用外抛施工。并且宜利用耙绞联合施工成本相对较低的有利条件, 将N1+0~W8+0进行适当超挖备淤, 延长疏浚施工周期, 从而最大限度降低每年的航道维护疏浚的费用。

摘要：黄骅港航道是在粉砂淤泥质海床上开挖的人工深水航道, 为满足港口运营对航道水深的要求, 每年需投入大量的疏浚船舶进行维护施工, 疏浚成本居高不下, 给企业造成沉重负担。本人认为应利用航道回淤规律研究成果合理安排施工, 减少航道疏浚船舶的投入, 并针对航道回淤土质采用不同施工工艺, 以有效降低航道的疏浚工程费用, 提高港口运行的总体经济效益。

关键词：黄骅港航道,回淤规律,维护疏浚,施工管理