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黄骅港外航道整治工程对回淤土可挖性影响分析

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第29卷第6期 水道港 口 VoJ.29 No.6 2008年1 2月 Joumal of Waterway and Harbor Dec.2008 黄骅港外航道整治工程对回淤土可挖性影响分析 苗士勇,周雅卓 (神华黄骅港务有限责任公司,黄骅061110) 摘要:黄骅港整治工程前,航道内大风回淤后有大段的强淤难挖段。首先分析了黄骅港整治工程前航 道内回淤土难挖段的特点,又以大量实测为依据,分析了黄骅港整治工程后航道内回淤土的各项特性、 指标的变化,阐述了黄骅港整治工程对航道回淤土可挖性的影响,分析原因认为:黄骅港整治工程掩护 了原有强淤难挖段,改善了被掩护段的颗粒组成,提高了回淤土可挖性,航道淤积重心外移,使疏浚力量 重分配,提高了疏浚效率,增加了航道水深。 关键词:整治工程;回淤土;黄骅港 中图分类号:U 617 文献标识码:A 文章编号:1005—8443(2008)06—0401—07 黄骅港是我国西煤东运第二通道下海的专业港,始建于1997 年,2002年建成第一期工程并试营运。在大风浪袭击下,外航道多 次发生严重骤淤,不仅回淤量剧增,水深锐减,严重碍航,而且回淤土 十分难挖,疏浚效率低下,严重影响了外航道的顺利开挖及迅速复 航。如2000年冬大风骤淤后,由于淤积严重及淤积段的回淤土极难 开挖,不得不将航道南偏4.5。,躲开难挖段,另辟新航道;2003年l0 月11~13日特大风浪的骤淤,使黄骅港遭受了惨痛的损失,严重的 淤积和难挖的回淤土,使得随后的3个月均处于疏浚清淤状态,为此 黄骅港不得不采取延堤整治措施。 图l整治工程前黄骅港 Fig.1 Huanghua Port before ergulation project 本文以大量实测资料为依据,分析了黄骅港整治工程前、后航道 内回淤土各项指标的变化,阐述了黄骅港整治工程对其外航道回淤土可挖性的影响。 1 黄骅港整治工程前回淤土难挖段的特点[ ] 图l为黄骅港整治工程前的防波堤 布置。 决定回淤土可挖性的主要因素是回 淤土的密实程度,对于密实程度的评判 指标复杂而多样,要选择合适的指标来 标定黄骅港整治工程后外航道回淤土的 可挖性,首先要了解黄骅港外航道回淤 土难挖段的特点。 黄骅港回淤土难挖段主要有以下几 图2黄骅港整治工程前航道内回淤土平均中值粒径沿程分布 个特点: Fig.2 Distribution along distance of mean median grain size (1)难挖段位置一般发生于破波带 of siltation soil before regulation 收稿日期:2008—07—10;修回日期:2008—08—19 作者简介:苗士勇(1977一),男.河北省人,工程师,主要从事港口工程管理工作。 Biography:MIAO Shi—yong(1797一),male,engineer. 毒水 道 港 口 以内,范围与历次大风的强淤段基本一致。 第29卷第6期 (2)难挖段泥沙粒径较粗。图2所示为黄骅港整治工程前多次大风后航道内取样的平均中值粒径分布。 吨吨m咀吼由图2可见难挖段中值粒径均在0.03 mm以上,最大为0.036 8 mm。 0 0 O 0 O 0 0(3)难挖段内泥沙粒径级配较好,压缩性小。 表l为黄骅港整治工程前(2oo4年3月)航道内特征粒径情况。从表1可知,一9 m水深以内土粒不均匀 系数平均为4.9,曲率系数平均为1.44,中值粒径在0.028~0.034 mln,级配较为均匀,该段回淤土压缩性小, 有较高的密实度。 表l黄骅港整治工程前外航道内原状表层样特征粒径分布表 Tab.1 Distribution of characteristic grain of undisturbed sediment in outer channel before regulation (4)难挖段为分布连续的粉土层,标贯击数大,密实度大,粘土含量小。 难挖土是指外航道内由回淤及疏浚等综合因素而形成的粉土层,该层粉土在航道内分布连续,且厚度 大。从黄骅港外航道整治工程前地质调查的剖面(图3)可知,粉土层分布于一10 m水深以内段,分布连续, 厚度为2.50~4.60 m,平均厚度3.7 m,一7.6 m附近最厚(4.60 m),该层的底高程为一l1.47~一12.75 m,平 均底高程为一11.9 m;一10 m以外表层为淤泥,底高程为一l4.27~一l4.45 m,厚度1.0~2.0 m;粉土层分布 范围广且厚,粉土层的最小底高程为一11.47 13"1,既说明一10 Ill以内航道段浚深至一11.47 m以前均较难疏 浚,该层的形成机理复杂,与大风回淤及疏浚施工有关。 黄骅港外航道I_程地质剖面示意 f2004.3) 粉l Z 淤 质粉质粘1.E 曰淤泥圆 层厚(m) 黄骅港外航道粉J 层沿程厚度分夼图(2004.3) 图3地质剖面示意及粉土层分布图(2004.3) Fig.3 Geological ̄ction and stratum of powde ̄soil 从标贯击数来看:最大标贯击数28击,位于一7.6 lTl附近,最小标贯击数5击,位于一9 m附近,平均标 贯击数13.8击 按《疏浚岩土分类标准》规定疏浚级别为9级,较难疏浚 ]。一6 m附近粉土层最厚,且平均 标贯击数最高。 2008年12月 苗士勇,等黄骅港外航道整治工程对回淤土可挖性影响分析403 从回淤土密实度来看,黄骅港外航道的回淤土属于粘性土范畴,可以用液性指数判别土的状态。表2为 2004年3月黄骅港外航道表层土样的各项指标,从表2中可知,一6.2 m和一7.4 m附近回淤土密实性最高, 这与2003年10月11~13口大风的强淤段对应;…12 13 m段属自然地形,其本底土未受疏浚的扰动影 响;一l2 m以内的其他各段均属于可塑状态,从指标来评判密实性较高。 表2 2004年3月黄骅港外航道表层土样塑性指数、液性指数[3] Tab.2 Stretch mid liquid index of surface layer soil sample in Mar.,2004 从细颗粒含量来 看,一9.0 Ill水深以内 粒径小于0.005 miTt的 表3 2004年3月黄骅港外航道沿程的颗粒组成 Tab.3 Grain composition along distance in outer channel in Mar.,2004 含量小于10%,粉粒含 量所占比例高,且粉粒 含量最高段与强淤段对 应,且均属疏浚效率最 低段。 (5)回淤土密实快, 密实后湿容重大。 回淤初期密度较 小,大致在1.45 g/crn3左右,2~3 d后即可达到1.78 g/cm3以上。为了研究其沉积和密实的规律和特性,曾 于2002年11月~2003年3月开展了沉积密实试验。试验表明:1 d后的密实容重可达1.7 g/cm3以上,2 d 后即可达到1.78 g/cm3以上,5 d后可达1.80 g/cm3以上。 另从2003年10月大风后现场的实测结果反映,航道内回淤物的平均湿容重为1.99 g/cn13。可见航道底 质的沉积和密实速度很快。 (6)难挖段泥浆进舱浓度偏低。 疏浚船舶的泥浆进舱浓度直接反映航道内疏浚土质可挖性的好坏,进舱浓度公式为 P=镁x 100% 式中:P为泥浆进舱浓度;), 为进舱泥浆的比重;y 为海水的比重;), 为航道内原状土的比重。进舱浓度 是指进舱的原状土占泥浆的体积比率。 经统计2002年黄骅港外航道的疏浚船舶的泥浆平均进舱浓度为14.7%,最小9%,位于一4~~6 nl水 深段,最大18%;2003年l0月11 13日大风淤积后,挖泥船在全航道内疏浚的泥浆进舱浓度仅在12.68%~ 16.52%,平均进舱浓度14.2%,按疏浚施工经验,该浓度较低。 2黄骅港整治工程实施后航道内回淤土可挖性的变化分析 黄骅港整治工程是在原有防波堤的基础上将防波堤进一步延伸至一6 m水深处,增加掩护航道长度 10.5 km,如图4所示。 水道港 口 第29卷第6期 2.1黄骅港整治工程后回淤土的各项指标情况 2.1.1黄骅港整治工程后航道内回淤土D5【)的分布情况 图5为黄骅港整治工程前、后航道内D50的分布比较图。从图5 可知,与整治工程前相比不同区段共呈现了3种变化:一6.5 m以里 (新纳入掩护段)D铀下降,航道内回淤土颗粒细化;~6.5~一7.0 m 段基本不变;一7.0 m向外Ds0有所提升。 在纵向上D∞在外航道分布较为均匀,平均中值粒径0.025 7 mrlf,最大中值粒径0.030 mrfl。D铀的分布特征已经完全不同于整治 图4整治工程后黄骅港 工程之前,被掩护的航道内D铀明显减小,平均为0.012 7 mm。 Fig.4 Huanghua Port after regulation project 从曲线对比来看,开敞航道段泥沙 有粗化的趋势。分析认为航道的浚深施 工及开挖段的外延,使航道内本底土质 受到了扰动,在水力筛选的作用下,细颗 粒被带走,粗颗粒沉积,粒径组成趋于均 匀,导致D5()增大。 2.1.2整治工程后航道底质的粒径级 配及压缩性 表4所示为工程后航道内土样的特 图5整治工程前、后航道内D50分布比较图 征粒径、不均匀系数和曲率系数。 Fig.5 Distribution of Dso before and after regulation pmject 从表4可知黄骅港整治工程后一9 m以 表4 2005年6月航道内土样特征粒径 内土粒不均匀系数平均为4.68,曲率系数平 Tab.4 Characteristic grain of soil sample in channel in Jun.,2005 均为1.51。与工程前相比不均匀系数平均 减小了0.22,曲率系数增加了0.o6,反映了 一9 m以内回淤土平均细颗粒含量有所增 三曼一..一 ^、 ~一l一} 加,但密实性变化不大,仍属级配较好可压缩 性小的土质,一9m水深以外和整治工程前 相比发生了明显的变化。整治工程前一9 m水深以外粉土层厚度小,分布不连续,表层大部分为淤泥,土质 特性为高塑性,疏浚较为容易,而整治工程后底质勘察结果显示,一9 111以外航道内粗颗粒含量增加,一9~ 一12 m段不均匀系数平均为7.27,曲率系数平均为2.12,压缩性变小,密实性增高。 2.1.3黄骅港整治工程后航道内粉土层情况l4j 图6为2005年6月的黄骅港外航道地质剖面示意图。图6中地质剖面反映一12 m以内仍有连续的粉 土层,在勘测深度内,粉土层厚度在0.06~2.05 m,粉土层底高程为一12.52~一10.88 m,平均底高程一11.96 m,与工程前相比粉土层平均底高程下降。从纵向分布上看,掩护段的粉土层厚度在减小,掩护段以外粉土 层的厚度有所增加,但航道内粉土层的平均厚度已经大幅度下降,这是航道浚深的结果。从剖面图分析可知 一7.4~一1 1 m段粉土层厚度要大于2.05 ITI。与整治工程前相比掩护段内疏浚难度在降低。 2.1.4黄骅港整治工程后航道内回淤土的密实情况 (1)标贯击数。黄骅港整治工程后外航道内贯入试验表明:最大标贯击数29击,最小标贯击数3击,平 均标贯击数13.6击,和整治工程前相比变化不大。 (2)沉积密实实验。对掩护段航道内底质表层样品的沉积密实试验表明:工程后试验样品沉积2~3 d 后的平均密实容重和工程前试验样品相比减小了13%,表明掩护段内底质的沉积密实速度有所减缓。 (3)密实度。从工程后黄骅港外航道表层土样的可塑性来讲,一11 m段以内表层土样均属于可塑状态, 密实程度和整治工程前相比无明显变化。 (4)粘土含量。图7为黄骅港几个时期航道内粘土含量的分布情况,从图7可知黄骅港整治工程开始至 结束的1 a多时问内,外航道底质粒径组成经历了一个变化过程。2005年6月和2(104年3月相比d<0.005 2008年l2月 苗士勇,等黄骅港外航道整治工程对回淤土可挖性影响分析405 2 4 6 8 O 2 4 5 7 ~ ~ ~ ~ 1 mm(粘粒)的含量在一1l m水深以内全部增加,航道内回淤物质的粘粒含量则大幅度提高,到2006年3月, 0 0 0 O O O 0 0 0 掩护段以内回淤物质的粘粒含量又提高到了一个新的水平,从这个变化过程来看,掩护段航道内的回淤物质 已经发生了根本性的改变,不再以刷滩泥沙为主,而是以悬移质形式进入航道落淤的泥沙为主。 水深(m) 粉 i  淤泥质粉质粘{: 一零一芦 l∞ 图6 2005年6月黄骅港外航道地质剖面示意图 Fig.6 Geologic section of outer channel in Jun.,2005 2.2黄骅港整治工程后疏浚船舶的泥浆进舱浓度 图8中绘出了黄骅港整治工程前、 4O 旦 后的航道内平均泥浆进舱浓度分布曲 线,从图8可见,整治工程前航道内各段 o 30 的进舱浓度基本维持在14%~16%,变 化不大;整治工程的后期(2005年5月) 航道内疏浚船舶的泥浆进舱浓度有了较 大提高,沿程进舱浓度在17.59%~ 26.19%,平均进舱浓度21.53%;整治工 2O 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 channel(krn) 程结束后,到21306年3月全航道的泥浆 进舱浓度已经达到27.14%。 进舱浓度的变化表明,整治后航道 的疏浚维护情况好转,掩护段以内的疏 图7整治工程前、后d<0.005 rnm颗粒含量沿程分布曲线 Fig.7 Distribution cnrve of grain content(d<0.005 mm) 浚改善情况最好,外侧开敞段次之。航 道沿程的分布上大致呈现了以下几个梯 度:一2~一3 m段的进舱浓度最高,平 均为29.78%;其次一9~一l1 m段,平 均为28.03%;再次一3~一7 m段,平均 为27.01%;泥浆进舱浓度较低段为一7 ~一0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 3o 32 9 n 和一1l~一12 m段,浓度分别 图8整治工程前、后泥浆进舱浓度过程线比较 channel(km) 为25.84%和26.63%。航道内最低进 舱浓度与整治工程前相比提高了约 11% Fig.8 Comparison of slop thickness before and after resulation 另外,疏浚船舶在同一区长期施工作业所积累的经验及根据土质特点改善施工机械和方法,对泥浆进舱 浓度的提高也能起到重要作用。 2.3淤积重心的变化[5] 淤积重心是指航道内淤积土物理重心的位置,可由下式近似求得。 406 水道 港 口 ∑(Ahix ) 一 ∑△ , 第29卷第6期 式中: 为淤积重心位置; 为航道内的不同里程;Ah 为与之对应的淤积厚度。 表5所列为整治工程前、后8场典型的大风淤积重心位置。从表5中可知,整治工程实施后,航道内淤 积土的重心位置明显外移。整治前大风淤积重心的平均位置约为航道里程7~8 km,整治工程实施后淤积 重心的位置已经外移至航道里程约15~16 km,淤积重心外推约7 km,淤积重心距抛泥区的距离缩短了约7 km。 表5淤积重心统计表 Tab.5 Statistics of siltation barycenter 2.4黄骅港整治工程对回淤土可挖性的影响【6 J 从2.1节可知,被掩护的航道内泥沙颗粒组成明显不同于开敞航道段。黄骅港新防波堤拦截了滩面上 的底部泥沙,包括高浓度含沙水体和推移质,使得进入航道内粗颗粒泥沙锐减,细颗粒含量相对增加,进而改 善了被掩护航道内泥沙的粒径组成,降低了掩护段内航道回淤土的密实度,就可挖性而言,航道纳入掩护可 挖性必然改善。 对于开敞段航道,整治工程后该段回淤土的各项土力特性指标仅略有变化,然而疏浚效率和水深情况明 显好转,究其原因,有如下3点: (1)工程前难挖段位于破波线以内,并与强淤段相对应,而且该段水深一直为航道内最小水深段,黄骅港 投入的疏浚力量均被该段所牵制,直接造成水深条件难以改善。整治工程后新防波堤已经延伸出破波线以 外,掩护了大风淤积的强淤位置,改善了原有强淤位置回淤土的特性,提高了该段的可挖性。原有强淤、难挖 段的消失,直接带来的另一个影响就是疏浚力量的重分配,提高了疏浚船舶的组织效率,使得在同样的疏浚 力量下可以稳步加深航道的水深,最终达到设计标准,彻底改善通航状况。 (2)整治工程实施后,大风淤积的重心位置明显外移。淤积重心外推约7 km,重心距抛泥区的距离缩短 了7 km左右,这对提高疏浚挖泥的效率起到了积极的作用。 (3)疏浚船舶在本区长期施工作业中积累了大量的经验,并且因本地泥沙的特点改进了施工机械和施工 方法,也是黄骅港回淤土可挖性相对改善的一个重要原因。 3 结语 黄骅港整治工程的建设,改变了黄骅港原有难挖段回淤土的土粒特性,降低了回淤土的中值粒径,增加 了回淤土的粘土含量。虽然未被掩护段的回淤土的土粒特性并未发生大的变化,但总体而言,整治工程后表 现了如下特点: (1)黄骅港整治工程延堤工程掩护了原有强淤、难挖段,直接改善了原有难挖段的土粒特性,使细颗粒含 量增加,提高了挖泥装船效率; (2)延堤工程后开敞段航道内未出现新的难挖段; (3)黄骅港外航道整治工程改变了航道内淤积的分布特点,致使淤积重心外移,缩短了挖泥船的抛泥距 离; (4)黄骅港外航道整治工程后,航道的可挖性得到了根本改善,航道水深稳步增加,并达到设计标准。 参考文献: [1]侯志强,杨华.黄骅港外航道骤淤积分析[J].水道港口,2004,25(4):213—225. HOU Z Q,YANG H.Analysis of Sudden Siltation of Outer Channel of Huanghua HarborE J].Journal of Waterway and Haror,2004,2b5 2008年】2月 苗士勇,等 黄骅港外航道整治工程对回淤土可挖性影响分析407 (4):213—225. [2]JTJ/T320—96,疏浚岩土分类标准 s]. [3]中交第一航务 程勘察设计院.神华黄骅港外航道整治工程初步设计[R].天津:中交第一航务工程勘察设计院,2004. [4 中交第一航务工程勘察设计院.黄骅港航道勘探报告[R].天津:中交第一航务工程勘察设计院,2006. [5]交通部天津水运 程科学研究所.黄骅港整治工程延堤工程整治效果研究报告[R].天津:交通部天津水运工程科学研究 昕,2007. [6]交通部天津水运工程科学研究所.黄骅港2005年度外航道淤积分析总结[R].天津:交通部天津水运工程科学研究所, 2( . nfluence analysis of regulation project on property of siltation soil in Huanghua Port M]L&O Shi—yong,ZHOU Ya—zhuo (Shenhua日£ n Harbor and Administration Co.,Ltd.,Huanghua 061110,China) Abstract:Before the regulation pr0ject in Huanghua Port,there is a long section which is diifcult to dredge up in channel because of the siltation after gales.First of all,the characteristic of the section which is diifcult to dredge up in channel is analysed,and based on scene actual measurement data,the transformation of speciality and index of siltation soil in channel after the regulation p ect in Huanghua Port are analyzed,and the effect of regulation projeet on siltation soil is ela ̄rated and the reason is analyzed,the results show that the original strong silting reach is sheltered,and the grain composition of sheltered reach is improved.Channel siltation baryeenter moves SO as to reassign dredging p ̄eet. Then the dredging efifciency and channel depth are increased. Key words:regulation project;siltation soil;Huanghua Port 湛江港新建三座码头 本刊从湛江港获悉,湛江港霞山港区散货码头工程、东海岛港区通用杂货码头工程、调顺港区300#泊 位技术改造:【程,于2008年l1月13日同时举行开工仪式,建成后新增吞吐能力达3 400万t。新开工的东 海岛港区码头的建没规模为2个7万t级(结构按l0万t级)通用散杂货泊位,投资预算6.8亿元,计划于 2010年l0月建成投产,码头设计年通过量为200万t。该码头主要为配合东海岛的开发建设,为钢铁项目建 设提供配套服务。调顺港区的l5万t级煤炭码头改造项目,投资预算为10.67亿元,计划于2009年11月份 完T,建成投产后将形成近1 000万t的吞吐能力,该码头主要配合中港印l 000万t配煤中心项目。霞山港 区散货码头工程包括1个30万t级散货卸船泊位和1个5万t级散货装船泊位,项目总投资约28.5亿元,年 吞吐量为2 200万t,计划于2011年8月投产运营。(殷缶,梅深) 2 300吨大型沉箱落户曹妃甸 本刊从唐山港获悉,不久前,首座重达2 300 t的大型沉箱在唐山港曹妃甸港区被顺利安装,标志着曹妃 甸港区首个大型沉箱重力式码头工程——曹妃甸通用泊位工程的建设取得实质性进展。曹妃甸通用泊位工 程采用了重力式码头结构,这不仅符合曹妃甸港区大型泊位建设需要,也为码头进一步升级改造扩建预留了 空间。该通用码头工程位于曹妃甸港区已形成的一港池东岸线拐点北侧,与首钢钢铁基地相临。码头建成 后,将为1二业区内众多大型企业提供原料、成品和建筑材料集疏运服务。据悉,在建的起步工程和二期工程 拟建散杂泊位4个,其中7万t级和5万t级}白位各1个,10万t级泊位2个。(殷缶,梅深) 

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