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技术领域

本发明涉及一种城市生态河道水下绞吸式清淤施工工法。

背景技术

河道淤积严重导致泄流不畅，将会导致洪水直接冲击河堤，严重的威胁当 地居民的生命与财产安全。河道的流畅程度直接影响河道的泄洪防洪作用，尤 其是每年的汛期，对于河道流畅程度的要求更高。人们意识到对河道进行清淤 已经刻不容缓。但是，由于受到河道自身因素、两岸建筑以及架设桥梁的影响， 给河道清淤施工增加了很大的难度；清理出来的淤泥得不到有效地排放和利用。 深入开展城乡污水、垃圾处理设施建设大会战，坚决消灭垃圾河，铁腕整治黑 河、臭河。

组织实施河道清淤疏浚工程，改进清淤疏浚工艺，提高清淤疏浚的综合效 率。全面排查和有效清理水体障碍物，打通行洪卡口，提高过水能力，实现各 流域水体流畅。

发明内容

本发明的目的在于提供一种城市生态河道水下绞吸式清淤施工工法，该施 工工法简单易实现，科学便利、节约人工成本、工作效率高、适用范围广。该 施工工法主要适用于生活垃圾、建筑垃圾沉积以及水土流失等原因造成淤泥堆 积严重的城市河道、农村河道，同时也适用于港口、河道、湖泊的疏浚工程， 特别是吹填造地工程。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种城市生态河道水下绞吸式清淤施工工法，该施工工法包括以下步骤：

(1)施工准备：先组织测量人员布设测量导线，保护测量控制点，复测原 河道水下地形，并按25m间距绘制断面图；然后在施工河道的每公里设置一个 临时水位尺，临时水位尺零点同河底设计高程一致，派专人记录、整理汇总， 及时向挖泥船通报水位，以便控制挖深；

(2)挖泥船的选择：选择合适的挖泥船，通过陆路运输的方式将挖泥船和 相关设备调遣到施工现场，经吊机吊装后下水；

(3)输泥管线铺设：淤泥全部采用管道式输送方式，沿河道布设输泥管， 通过输泥管将泥浆输送到抛泥场；

第一步、挖泥船船上输泥管的铺设安装：在挖泥船绞吸头的顶部和挖泥船 船尾之间铺设一条直径Φ350mm的船上输泥管，船上输泥管的铺设安装用单根长 6m，直径Φ350mm的钢管通过钢管接头连接而成，尽量保证船上输泥管线平坦顺 直，船上输泥管道的转弯段以弯管或软管连接，避免死弯，钢管接头与钢管的 连接处应紧固严密，避免整条船上输泥管出现漏水漏泥现象；

第二步、水上输泥浮管敷设：在挖泥船船上输泥管和水陆接头之间敷设一 条水上输泥浮管，水上输泥浮管敷设时，采用抛锚艇、交通艇和拖轮在施工区 域的水上进行接装，水上输泥浮管的铺设安装用单根长6m，直径Φ350mm的钢 管通过钢管接头和1.5米长橡胶管连接而成，每根钢管上穿设两套浮筒，保证 水上输泥浮管漂浮于水面上，橡胶管与钢管的连接处通过钢管接头进行紧密牢 固，同时严格控制水上输泥浮管摆幅和线路顺畅，每隔30～50m的距离，在水 上输泥浮管的两侧抛设浮管锚，将水上输泥浮管进行定位和固定，防止水流、 风速造成水上输泥浮管线大幅度摆动，影响施工生产和施工区域通航，该水上输 泥浮管与船上输泥管之间用4m长的橡胶管进行柔性连接，该水上输泥浮管与水 陆接头之间用4m长的橡胶管进行柔性连接，该水上输泥浮管的管线布置呈流线 型弯曲，并留有足够的富裕长度，随挖泥船土方开挖施工进程，接长或拆卸水 上输泥浮管，以满足不同的长度需要；

第三步、陆地输泥管敷设：陆地输泥管道主干线沿明渠边坡架设，边坡不 稳定处敷设输泥管架和砼墩支撑，陆地输泥管的架设由熟练管道工配小型吊机 和手拉葫芦安装，陆地输泥管转弯段以弯管或软管连接，应按设计线路与铺设 方法铺设，保持陆地输泥管线平坦，顺直，不拐死弯，陆地输泥管的连接用单 根长6m，直径Φ350mm的钢管通过钢管接头连接而成，陆地输泥管线的钢管接 头必须紧密牢固，整个钢管管线和钢管接头不得漏泥、漏浆、漏水，发现泄漏， 应及时修补或更换，每隔400m设一个水陆接头，并安装相应的接力泵，保证在 陆地输泥过程中有充足的动力；

(4)抛泥场设置：

第一步：先选择一块合适的场地作为抛泥场，对抛泥场测量放样，按照招 标设计图与业主监理工程师提供的坐标点与水准点进行精确放样；

第二步：抛泥场采用周边场地开挖土方的方式，挖出一块合适的抛泥区， 将抛泥区先用推土机填土自压，再辅助以推土机碾压，保证开挖的抛泥区密实 度达85％以上；

(5)布设闸箱式泄水口：在抛泥区靠近湖岸的一侧布设闸箱式泄水口，闸 箱式泄水口内安装相应的排水管，每根排水管按2m间距铺设，便于将运输到抛 泥场区的积水通过排水管排入湖内；

(6)布设入泥管口：在抛泥场中距闸箱式泄水口的最远处布设入泥管口， 并铺设相应的入泥管，入泥管的连接用单根长6m，直径Φ350mm的钢管通过钢 管接头连接而成，入泥管的一端连接抛泥场，入泥管的另一端连接陆地输泥管， 通过布设入泥管口以延长泥浆流程，创造较好的沉淀条件。

(7)绞吸挖泥船清淤：

第一步、绞吸挖泥船定位：将吊装到水中的挖泥船和相关设备进行组装， 组装完成后，由起锚艇拖带至施工区域，利用GPS定位系统，有效控制挖宽和 定位精度，并用起锚艇顶推挖泥船的船头和船尾，逐渐调整船位直到挖泥船到 达设计位置，放下定位桩，抛左右横移锚将挖泥船进行定位，锚缆长度在岸边 线以外大于50米，与船身纵轴夹角为80°～100°，在近岸边以内50米，靠近 岸的一边锚不能抛放，在岸边用特制的大锚进行固定，另一边仍然用横移锚将 挖泥船进行定位；

第二步、开挖进桩，分条与分层开挖：根据施工区域断面的有关参数，调 节挖泥船上的绞吸头本身的有关参数，以定位桩作为横移摆动中心，利用左右 缆线交替收放，摆动挖泥，定位桩前移的轨迹始终保持在挖槽中心线上，使绞 切的平面轨迹始终保持平行前移，避免重挖和漏挖现象，根据河湖内各横断面、 纵断面的特点进行不同的分区、分条设计，保证相邻的开挖分条重叠5m，以免 漏挖，开挖好的方块由技术人员按区域编号、施工时间、施工班组和质检情况 作好详细施工记录，并在平面图上作好标记；

第三步：完成上述施工区域的挖泥工作后，调整挖泥船船位，将其移至下 一个施工区域，并调整相应的水上输泥浮管和陆地输泥管，移动定位桩和船锚， 完成该段施工区域的挖泥工作；并以此重复上述操作，完成河湖内所有的挖泥 工作；

(8)抛泥场排水固结和淤泥外运：

第一步：经过水上输泥浮管和陆地输泥管的淤泥全部运输到抛泥场内，淤 泥中的水经闸箱式泄水口，通过排水管排入湖内，当抛泥场内的淤泥厚度达到 1～2m，在淤泥顶面填一层砂层，砂层在自重作用下沉入淤泥内，形成泥砂混合 物；

第二步：重复上述步骤的过程，直至抛泥场内的淤泥设计高程；

第三步：抛泥场内完成淤泥的填筑以后，在淤泥层顶面加载，泥砂混合物 在自重的作用及其荷载作用下，快速固结，完成抛泥场充填造地；

第四步：淤泥固结后，用自卸汽车进行外运。

进一步，在步骤(3)第二步中，浮筒的选择类型包括塑料浮筒、橡胶浮筒 和钢质浮箱式浮筒。

进一步，在步骤(3)第三步中，陆地输泥管伸入围堰坡脚外不小于5m，高 出堆置淤泥面0.50m以上。

进一步，在步骤(3)第二步中，在横断面采取左右往复开挖，达到设计深 度后挖泥船再往前移动，以确保疏浚后的施工质量能够满足设计要求，挖至边 线时，根据浓度显示仪适当增加定吸时间，以保证将边线处的流动淤泥清除干 净。

进一步，在步骤(3)第二步中，开挖采用分段、分道、分层的开挖方式， 坚持稍超勿欠的原则，每段施工区域的开挖距离控制为100m。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为一种城市生态河道水下绞吸式清淤施工工法，该施工工法简单易 实现，科学便利、节约人工成本、工作效率高、适用范围广。该施工工法主要 适用于生活垃圾、建筑垃圾沉积以及水土流失等原因造成淤泥堆积严重的城市 河道、农村河道，同时也适用于港口、河道、湖泊的疏浚工程，特别是吹填造 地工程。具体具有如下优点：

第一点、开挖精度高、作业时有效降低开挖二次污染：绞吸式挖泥船装配 有新型的环保绞吸头，高精度挖除河道水下污染淤泥，且对周围产生的扰动减 到最少。新型的环保绞吸头在清淤深度变换时，可通过绞刀水平调节器，使铰 刀始终保持水平状态。与常规绞吸船的绞刀相比，新型的环保铰刀有效防止因 铰刀振动使底泥颗粒向罩外水体扩散，降低了施工过程所造成的二次污染。

第二点、工作效率高、适用范围广：采用本工法，集水下翻松、挖除、淤 泥输送于一体，开挖精度高、效率有效提高，加快了施工进度；传统的水下挖 掘施工针对不同的土质采取不同的设备，而本工法可挖掘砂性土、铁板砂、粘 性土等土质及深水条件下的各种环境，应用的设备少。

第三点、可拆卸清淤装备，降低清淤成本：针对不同的水文地质条件，尤 其是两岸建筑以及架设桥梁的狭窄河道，拆卸清淤设备、改制水下开挖设备， 开挖施工作业操作过程简单，降低了施工过程中的返工工作，降低成本；新型 的环保清淤船清淤率为95.5％，比敞开式挖泥船提高了1％，降低实际的清淤费 用。

第四点、全封闭式管道输送，输送距离长：全封闭管道技术克服了用绞吸 式清淤船施工中的抛泥场的地域限制，当排距超出了挖泥船单泵输送能力时， 在中途可串联接力泵加压，泥浆输送更远距离。

第五点、淤泥排水固结效果佳，缩短工期：本工法通过对淤泥的排水固结， 一方面可以变废为宝，保护环境，满足可持续发展要求；淤泥中混含砂粒，能 增加淤泥的渗透特性，加速淤泥的固结，缩短工期。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明中一种城市生态河道水下绞吸式清淤施工工法的清淤工艺结 构示意图；

图2为本发明中绞吸头和挖泥船船上输泥管连接的结构示意图；

图3为本发明中水上输泥浮管的结构示意图；

图4为本发明中陆地输泥管的结构示意图；

图5为本发明中抛泥场的结构示意图；

图6为本发明中一种城市生态河道水下绞吸式清淤施工工法的施工工艺流 程图。

图中：1-挖泥船；2-船上输泥管；3-水上输泥浮管；4-陆地输泥管；5-抛 泥场；6-绞吸头；7-定位桩；8-钢管；9-钢管接头；10-橡胶管；11-浮筒；12- 接力泵；13-闸箱式泄水口；14-入泥管口；15-排水管；16-入泥管；17-水陆接 头。

具体实施方式

如图1至图6所示，一种城市生态河道水下绞吸式清淤施工工法，该施工 工法包括以下步骤：施工准备→挖泥船1的选择→输泥管线铺设→抛泥场5设 置→布设闸箱式泄水口13→布设入泥管口14→绞吸挖泥船1清淤→抛泥场5排 水固结和淤泥外运，具体过程如下：

(1)施工准备：先组织测量人员布设测量导线，保护测量控制点，复测原 河道水下地形，并按25m间距绘制断面图；然后在施工河道的每公里设置一个 临时水位尺，临时水位尺零点同河底设计高程一致，派专人记录、整理汇总， 及时向挖泥船1通报水位，以便控制挖深；

(2)挖泥船1的选择：选择合适的挖泥船，通过陆路运输的方式将挖泥船 1和相关设备调遣到施工现场，经吊机吊装后下水；

(3)输泥管线铺设：淤泥全部采用管道式输送方式，沿河道布设输泥管， 通过输泥管将泥浆输送到抛泥场5；

第一步、挖泥船船上输泥管2的铺设安装：在挖泥船1绞吸头的顶部和挖 泥船1船尾之间铺设一条直径Φ350mm的船上输泥管2，船上输泥管2的铺设安 装用单根长6m，直径Φ350mm的钢管8通过钢管接头9连接而成，尽量保证船 上输泥管2线平坦顺直，船上输泥管2道的转弯段以弯管或软管连接，避免死 弯，钢管接头9与钢管8的连接处应紧固严密，避免整条船上输泥管2出现漏 水漏泥现象；

第二步、水上输泥浮管3敷设：在挖泥船1船上输泥管2和水陆接头之间 敷设一条水上输泥浮管3，水上输泥浮管3敷设时，采用抛锚艇、交通艇和拖轮 在施工区域的水上进行接装，水上输泥浮管3的铺设安装用单根长6m，直径Φ 350mm的钢管8通过钢管接头9和1.5米长橡胶管10连接而成，每根钢管8上 穿设两套浮筒，保证水上输泥浮管3漂浮于水面上，橡胶管10与钢管8的连接 处通过钢管接头9进行紧密牢固，同时严格控制水上输泥浮管3摆幅和线路顺 畅，每隔30～50m的距离，在水上输泥浮管3的两侧抛设浮管锚，将水上输泥 浮管3进行定位和固定，防止水流、风速造成水上输泥浮管3线大幅度摆动， 影响施工生产和施工区域通航，该水上输泥浮管3与船上输泥管2之间用4m长 的橡胶管10进行柔性连接，该水上输泥浮管3与水陆接头之间用4m长的橡胶 管10进行柔性连接，该水上输泥浮管3的管线布置呈流线型弯曲，并留有足够 的富裕长度，随挖泥船1土方开挖施工进程，接长或拆卸水上输泥浮管3，以满 足不同的长度需要；

第三步、陆地输泥管4敷设：陆地输泥管4道主干线沿明渠边坡架设，边 坡不稳定处敷设输泥管架和砼墩支撑，陆地输泥管4的架设由熟练管道工配小 型吊机和手拉葫芦安装，陆地输泥管4转弯段以弯管或软管连接，应按设计线 路与铺设方法铺设，保持陆地输泥管4线平坦，顺直，不拐死弯，陆地输泥管4 的连接用单根长6m，直径Φ350mm的钢管8通过钢管接头9连接而成，陆地输 泥管4线的钢管接头9必须紧密牢固，整个钢管8管线和钢管接头9不得漏泥、 漏浆、漏水，发现泄漏，应及时修补或更换，每隔400m设一个水陆接头17，并 安装相应的接力泵12，保证在陆地输泥过程中有充足的动力；

(4)抛泥场5设置：

第一步：先选择一块合适的场地作为抛泥场5，对抛泥场5测量放样，按照 招标设计图与业主监理工程师提供的坐标点与水准点进行精确放样。

第二步：抛泥场5采用周边场地开挖土方的方式，挖出一块合适的抛泥区， 将抛泥区先用推土机填土自压，再辅助以推土机碾压，保证开挖的抛泥区密实 度达85％以上。

抛泥场5容积计算，抛泥场5区容积按下列式子计算

V_P＝K_s·V_w+(h₁+h₂)A_p

式中V_p——抛泥区容积，m³；

K_s——土壤松散系数，由试验确定，无试验资料时，细粒土可取1.10～1.25， 粗土粒可取1.05～1.20；

V_w——挖土量，m³；

h₁——沉淀富裕水深，可取0.5m；

h₂——风浪超高，风浪不大时可取0.5m；

A_p——抛泥区面积，㎡。

(5)布设闸箱式泄水口13：在抛泥区靠近湖岸的一侧布设闸箱式泄水口 13，闸箱式泄水口13内安装相应的排水管15，每根排水管15按2m间距铺设， 便于将运输到抛泥场5区的积水通过排水管15排入湖内；

(6)布设入泥管口14：在抛泥场5中距闸箱式泄水口13的最远处布设入 泥管口，并铺设相应的入泥管16，入泥管16的连接用单根长6m，直径Φ350mm 的钢管8通过钢管接头9连接而成，入泥管16的一端连接抛泥场5，入泥管16 的另一端连接陆地输泥管4，通过布设入泥管16口以延长泥浆流程，创造较好 的沉淀条件。

(7)绞吸挖泥船1清淤：绞吸式挖泥船1水下清淤包括施工设备调遣、开 工展布、施工测量、清淤、输泥、弃泥、收工集合等全部工作在内。

水下清淤施工前需要注意的控制措施：第一点：挖泥船1开挖平面控制采 用GPS定位系统，有效控制挖宽和定位精度，避免因衔接误差造成漏挖、欠挖 和损坏堤岸护脚。第二点：施工按区、块、单元划分成数个疏浚施工单元，每 个疏浚单元又分条施工。第三点：在水上浮管所及范围内完成相临各单元施工 区域后，移接管线进行下一区域各单元区施工。根据各单元区底层淤泥的分布 厚度，通过挖深控制仪确定绞刀下放深度。第四点：在横断面采取左右往复开 挖，达到设计深度后施工船再往前移动，以确保疏浚后的施工质量能够满足设 计要求。挖至边线时，根据浓度显示仪适当增加定吸时间，以保证将边线处的 流动淤泥清除干净。第五点：应控制好定位桩台车每次向前移动的距离，以便 做到疏浚泥迹相重叠，避免漏挖现象出现。

具体挖泥船1清淤施工的步骤如下：

第一步、绞吸挖泥船1定位：将吊装到水中的挖泥船1和相关设备进行组 装，组装完成后，由起锚艇拖带至施工区域，利用GPS定位系统，有效控制挖 宽和定位精度，并用起锚艇顶推挖泥船1的船头和船尾，逐渐调整船位直到挖 泥船1到达设计位置，放下定位桩，抛左右横移锚将挖泥船1进行定位，锚缆 长度在岸边线以外大于50米，与船身纵轴夹角为80°～100°，在近岸边以内 50米，靠近岸的一边锚不能抛放，在岸边用特制的大锚进行固定，另一边仍然 用横移锚将挖泥船1进行定位；

第二步、开挖进桩，分条与分层开挖：绞吸挖泥船1清淤的开挖采用分段、 分道、分层的开挖方式，根据施工区域断面的有关参数，调节挖泥船1上的绞 吸头本身的有关参数，以定位桩作为横移摆动中心，利用左右缆线交替收放， 摆动挖泥，定位桩前移的轨迹始终保持在挖槽中心线上，使绞切的平面轨迹始 终保持平行前移，避免重挖和漏挖现象，根据河湖内各横断面、纵断面的特点 进行不同的分区、分条设计，保证相邻的开挖分条重叠5m，以免漏挖，开挖好 的方块由技术人员按区域编号、施工时间、施工班组和质检情况作好详细施工 记录，并在平面图上作好标记；

第三步：完成上述施工区域的挖泥工作后，调整挖泥船1船位，将其移至 下一个施工区域，并调整相应的水上输泥浮管3和陆地输泥管4，移动定位桩和 船锚，完成该段施工区域的挖泥工作；并以此重复上述操作，完成河湖内所有 的挖泥工作；

绞吸挖泥船1清淤施工技术的控制措施：

第一点、平面控制：平面定位采用当地坐标系统，由DGPS定位系统进行挖 泥船1定位。基准站定位精度±0.2m，按有关测量规范和SR510实时差分DGPS 测量系统操作手册比对选建基准站和比对仪器精度，保证仪器按±0.1m的精度 正常工作。

第二点、挖宽控制：DGPS接收天线设在挖泥上端焊接的固定支架上，校准 绞刀头与天线平面误差，输入挖泥船1控制系统。操作人员根据显示器偏差值 进行挖宽控制。

第三点、挖深控制：

1)根据当地有关水位观测站和现场设立的临时观测点预报的水位，作为挖 深控制的基本依据。

2)挖泥船1操作人员，根据挖深显示仪进行挖深控制。并每天记录水位， 及时修正输入参数。

3)严格按施工图施工，严格执行一岗三测制度并记录检测时的水深，如果 发现超挖大于20cm或欠挖大于10cm，及时采取补救措施。

第四点、开挖原则：挖泥船1进行水下边坡开挖时，采用阶梯形开挖，每 级台阶高差不超过1m。边坡开挖可采用全导标控制，按“上欠下超”、“超欠 平衡”的原则施工，超欠面积比控制在1～1.5范围内。一旦发现超挖、欠挖现 象，及时按设计边坡进行修整。

第五点、回淤控制：

1)设立标志，避免机动船进入边界处搅混水体形成二次污染，必要时限速 或限制进入。

2)选择吃水浅的辅助船舶投入本工程，尽量减少对底泥的扰动。

3)挖泥船1开挖表层淤泥时，根据淤泥的物理性能(易流动性)，挖泥船 1采取慢移、慢绞的措施。加强输泥管线维护，以清除人为回淤现象。

(8)抛泥场5排水固结和淤泥外运：

第一步：经过水上输泥浮管3和陆地输泥管4的淤泥全部运输到抛泥场5 内，淤泥中的水经闸箱式泄水口13，通过排水管15排入湖内，当抛泥场5内的 淤泥厚度达到1～2m，在淤泥顶面填一层砂层，砂层在自重作用下沉入淤泥内， 形成泥砂混合物；

第二步：重复上述步骤的过程，直至抛泥场5内的淤泥设计高程；

第三步：抛泥场5内完成淤泥的填筑以后，在淤泥层顶面加载，泥砂混合 物在自重的作用及其荷载作用下，快速固结，完成抛泥场5充填造地；

第四步：淤泥固结后，用自卸汽车进行外运。

在步骤(3)第二步中，浮筒的选择类型包括塑料浮筒、橡胶浮筒和钢质浮 箱式浮筒。

在步骤(3)第三步中，陆地输泥管4伸入围堰坡脚外不小于5m，高出堆置 淤泥面0.50m以上。

在步骤(3)第二步中，在横断面采取左右往复开挖，达到设计深度后挖泥 船1再往前移动，以确保疏浚后的施工质量能够满足设计要求，挖至边线时， 根据浓度显示仪适当增加定吸时间，以保证将边线处的流动淤泥清除干净。

在步骤(3)第二步中，开挖采用分段、分道、分层的开挖方式，坚持稍超 勿欠的原则，每段施工区域的开挖距离控制为100m。

城市生态河道水下绞吸式清淤施工的材料与设备：

第一点：材料包括(1)燃、润油：船用轻、重柴油及润滑剂；(2)船舶 机械耗材；(3)挖泥机具备配用件及耗材。

第二点：主要设备见下表1：

表1主要设备一览表

第三点、管线设备配置计划：

吹距：根据合同吹填要求和施工场地情况，工程采用管线包括水下管、浮管个 岸管。下表2为吹距：

表2吹距

第四点、施工船舶及辅助设备调遣：所有陆地施工设备(输泥管、胶皮套 等)均由陆路运至施工现场。施工船及水上浮筒由拖轮拖带到现场。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何 以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所 作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。