適應細粉沙土質(zhì)施工的加耙改進

1、適應細粉沙土質(zhì)施工的加耙改進中港疏浚股份有限公司 周毓麟航浚4008輪在2002年12月29日完成連云港工程施工任務后立即起航，于次日抵達黃驊港施工。該輪為日產(chǎn)4500m3自航耙吸式挖泥船，最大挖深22m，主機功率3900×2，泵機功率2150×2，雙耙為加里福尼亞耙頭。施工前，我們對黃驊港的土質(zhì)不甚了解，在耙頭上安裝了7只組合型耙齒：4只牛角耙齒，3只犁型耙齒，使用高壓沖水，船速2節(jié)左右。幾天下來，經(jīng)過現(xiàn)場測試泥漿濃度，施工效果不理想。疏浚儀表顯示，真空壓力-150-200，（×0.1Mpa），流量9085×100m3/h，濃度1.081.10c/ m

2、3，泥泵排出壓力0.60.7×0.1 Mpa。 4月1718日的一場大風，短短十幾個小時，就把平均水深已達9.2m的航道填為7.7m，航道一下子淤淺了1.5m。從風后開始清淤，先后有十幾條自航耙吸式挖泥船投入了晝夜施工，并始終保持6艘船在航道中連續(xù)作業(yè)，直至9月中旬，才剛剛還掉“欠債”恢復到4月中旬時的平均水深。這就是黃驊港航道疏浚期間的真實片段。一、問題的提出黃驊港外航道自2000年1月開挖以來，航道水深始終在疏浚與回淤之間徘徊，循環(huán)往復，相持不下。從工況條件和取樣分析來看，主要有以下幾個特點：一是回淤土質(zhì)以細粉沙為主，這種土質(zhì)在東北風和大浪的作用下掀揚，在風后的幾天內(nèi)迅速地淤積。

3、二是該海域在導堤挑流和海潮流交匯的雙重作用下形成旋流，且當?shù)睾Ｋ戎貫?.034，高于一般海區(qū)，為加速分選泥沙和沉降提供了合適的條件，致使急淤難挖，航槽區(qū)段W 0+000W 10+000正處于該海域；經(jīng)過海浪分選后沉降在航槽中的細粉沙為粉質(zhì)較密實的土沙，密實度高、板結(jié)力強，標準貫入擊數(shù)815，最大可達到26，給航道的清淤帶來了極大的困難。三是疏浚的沙土進入泥艙后，又因泥沙顆粒小及水流的沖擊使粉沙變成了懸浮質(zhì)，難以沉淀，造成“挖不上，裝不下”的尷尬局面。黃驊港疏浚迫在眉睫的是解決“挖得上”、“裝得下”兩個問題。前者是關(guān)鍵，后者是根本。面對這樣工況，如何提高疏浚效率？筆者以為，應以系統(tǒng)思考的方法，

4、在將主要設備性能指標恢復到或接近于設計狀態(tài)的前提下，對浚工機具進行改革，以提高疏浚的能效。本文從“挖得上”的角度，僅就黃驊港施工中改進加里福尼亞耙頭（以下簡稱“加耙”）的實踐，談幾點粗淺的體會。二、解決的思路圖 在耙吸式挖泥船疏浚設備中，耙頭是耙吸挖泥船的主要挖泥機具，是確保生產(chǎn)效率的第一環(huán)節(jié)。處理好耙頭和土質(zhì)的適應性，合理發(fā)揮它的施工能力，對于提高疏浚工效具有直接的影響。耙頭的作用是利用泥泵產(chǎn)生的真空吸泥，并通過耙頭將泥沙輸送到吸泥管，最后進入泥艙。耙頭的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、重量、形狀、大小、吸口面積、耙齒等，都對挖泥效率產(chǎn)生重要的影響。因此，合適的耙頭大致應具備下列要求：1、 挖土量的最大值必須與

5、耙吸力和耙頭承受壓力的最小值相一致。2、 耙頭在挖掘時必須堅固、耐磨和可靠，能有效地防止因海底障礙物而導致耙頭嚴重受損。3、 耙頭與泥土的吻合面必須貼近，耙頭吸口截面積要與泥泵相匹配。耙頭由于泥泵的運轉(zhuǎn)而在內(nèi)腔產(chǎn)生真空，也即負壓，耙頭的外圍與內(nèi)腔就形成一個壓力差，從耙頭吸入口四周的縫隙，使外圍水流被壓入內(nèi)腔。這種縫隙處壓入的高速水流，在耙頭吸口面周邊起著對河床泥土的松散剝離作用。如果壓力差達到足夠的數(shù)值，沙粒之間粘性就會被破壞，泥沙就會隨著水流一起被吸起。沙粒越小，質(zhì)量越密實，要求引起沙粒之間水流的壓力差也就越大。由此可得出結(jié)論是：當泥沙顆粒直徑減小時，泥沙就更難挖掘，就需要有更大的負壓。為此

6、，我們對挖泥過程中各類數(shù)據(jù)進行了采集，注意觀察施工中耙頭耙齒磨損變化的狀態(tài)，并對耙頭逐步加以改進。我們發(fā)現(xiàn)：耙頭底部平面格柵板很少磨損，耙齒磨損部位主要集中在齒尖，耙齒的中部磨損較少。由于土質(zhì)較硬， 5只耙齒像5只腳立在泥面上，格柵根本不能與泥面吻合，因此耙頭內(nèi)不能產(chǎn)生足夠的負壓，沙粒之間粘性就不會被破壞，泥沙不宜被吸上，而水流卻長驅(qū)直入。問題癥結(jié)已經(jīng)基本顯現(xiàn)，我們逐個把耙齒拆卸下來進行試驗，直至拆完全部耙齒。測試結(jié)果：挖泥效率有上升的趨勢，但還不明顯。由此可見，原“加耙”在施工中的水流沖刷作用，不足以有效地破壞沙粒之間的粘性，要對付這樣的土質(zhì)，必須采用更有力的方法來破壞細粉沙顆粒之間的粘聚（

7、結(jié)）力，從而加強耙頭的高速水流沖刷作用。這些方法可以用水力的，也可以用機械的。我們主要采取兩項措施：一是圍裙邊；二是加止動。根據(jù)耙頭在施工中的原理和作用，我們首先在圖紙上進行設計，將下耙深度設置為15米，耙頭吸口與海底吻合時，耙舌與底面的夾角為25º左右。為了不讓耙舌因流速而掀起，必須使原來可伸縮的耙舌滑竿變?yōu)橄鄬潭ò疑嗷?，測量耙舌伸縮滑竿的長度為320mm。為此，我們對耙頭進行了小改進：1. 為了增加耙頭與泥土的吻合面，在耙齒格柵兩側(cè)焊上兩塊呈三角型、厚度為20mm的錳鋼板，圍上斜向的裙邊，鋼板與格柵底部夾角為25º左右。（見圖）2. 厚度為20mm的錳鋼板圍板，圍板

8、與格柵的角度為65º，使耙頭格柵的底部與泥管呈20º左右夾角，頂端圍板高度高于兩側(cè)圍板（為300mm），并在后部倚靠頂端耙齒做支撐。圖 3. 運用縮喉管原理，來改善挖掘細粉沙的效果?？s小耙頭吸口截面積，用鋼板把“加耙”頂端部位四個格柵封死，約占吸口截面的20%來增加負壓。（見圖）4. 在耙頭本體與耙唇活動罩上四根調(diào)節(jié)桿加裝固定調(diào)節(jié)塊，縮小調(diào)節(jié)泥管與耙頭格柵面的角度，變可伸縮為相對固定，迫使已圍裙邊的“加耙”吸口面與海底吻合。但調(diào)節(jié)桿上還預留2/5的空間，起到緩動作用，以保證耙頭在掃淺、挖壟溝、挖邊坡時應對海底特征地貌的適應性。（見圖）三、初步的效果小改進能起到三個作用：一是

9、減小耙唇與泥面的吸縫，提高真空壓力，增強縫隙處壓入的高速水流來破壞沙粒之間的粘性；二是在耙壓的作用力支撐下，耙唇頂端圍板在河床上起到推土、刮板及切削作用；三是拆除了耙齒，縮短了高壓沖水噴頭至泥沙層的距離，增強了高壓沖水在耙腔內(nèi)的作用力，使板結(jié)密實的沙預先“液化”，迫使沙粒分離，并形成泥漿而吸入耙頭。通過對耙頭的小改進，適當增加船舶相對地面的運動。經(jīng)過在相同環(huán)境對比試驗，在一定程度上增加了挖泥的效率，泥漿濃度提高了約23個百分點。下表為小改進前后所測試的平均數(shù)據(jù)（在相同工況條件下）： 時間項目小改革前小改革后濃度1.081.10t/m3 （7.289.93%）1.101.13t/m3 (9.9313.9%)泥泵排出壓力0.60.7×0.1mpa0.80.9×0.1mpa真空壓力-150200（-1.5-2×0.