水下淤泥厚度检测方法探讨

徐亮 吴春兵 中国港湾西部非洲区域公司

1.工程概况

阿比让港口扩建项目其码头基槽设计水深为17.5～44m，平均水深23.5m。该项目在泻湖中填海造地新建码头，施工区域周边为正在运营的各类码头、航道及港池，其平均水深约15m。项目所处布里埃泻湖是阿比让市周边水系集中处，各类垃圾、岸边泥土冲刷等都汇集至此，另外泻湖底原沉积的淤泥因基槽开挖导致水下地形变化等因素的影响，导致基槽底回淤较严重。因此码头结构建设过程中需要定期对回淤进行监测。

在水运工程建设中，水下回淤是个不可回避的课题。对其研究及后续淤泥的清理，首先需要检测淤泥厚度，方可进行后续工作。因此，水下淤泥厚度检测方法的研究显得尤为重要。本文通过科特迪瓦阿比让港口扩建项目基槽底淤泥检测中所采取的一系列方法进行探讨，比较其优劣性，为类似施工项目的水下淤泥厚度检测提供依据与经验。

2.淤泥的定义

淤泥通常指在静水和缓慢的流水环境中沉积并含有机质的细粒土。本文所叙淤泥包含了有机质土、泥炭及淤泥质土类。其判断依据是土样的天然重度。根据《疏浚岩土分类标准（附条文说明）》（JTJ/T 320-1996）要求，其上限为16.6kN/m3，其下限根据经验确定为11.2kN/m3。

3.检测方法

水下淤泥检测方法多样，较为传统的方法有潜水员水下取样、机械抓斗取样以及地质勘探所用的搭设水上平台进行钻孔取样。本项目根据最新的国内外技术，结合传统水下淤泥检测方法，再综合考虑检测区域的水文条件、水下淤泥性质、外部环境等因素的影响。采用以下四种检测方法：

3.1 水深对比法

该方法的原理是根据多波束对检测区域不同时期的扫海数据对比，计算水深差值来确定淤泥厚度。检测过程：（1）在检测区域完成开挖作业后利用多波束进行扫海，保存相关数据；（2）检测区域进行下一项作业前定期对该区域进行扫海；（3）后续每次扫海数据与首次扫海数据进行高差分析，利用软件对不同高差区域标注各类颜色；（4）通过多次高差数据对比可推测出该区域在回淤期内淤泥淤积的趋势、回淤厚度及速率等。后续施工可根据数据对比得到的结论来决定是否需要进行清淤处理，并且可制定具体的防止回淤的相关措施。

使用此检测方法的前提条件为：（1）检测区域在首次扫海时需确保其水底无淤泥或淤泥层符合设计要求；（2）因多波束的测量设计原理，检测区域自水面至淤泥顶不能存在大面积的漂浮物、浮泥等，否则扫海数据会出现极大的失真情况，导致分析出的结果是回淤层偏厚，影响对回淤的判断。若检测区域淤泥淤积速度较慢、底部浮泥较多的情况下，因声波穿透性的问题，采用该方法检测出的淤泥厚度普遍偏大。

3.2 淤泥取样器检测

该方法原理是通过重力，使淤泥取样器垂直坠入水底，取样器通过冲击，将水下淤泥灌入其中，将取样器提出水面，通过辨析取上来的土样性质，测量出淤泥厚度。其结构见图1。

图1 淤泥取样器结构示意图

其检测过程：（1）准备好淤泥取样器的起落方式，可采用检测区域施工船舶的吊机起落或是在交通船上搭设简易的起落装置，通过人工起落；（2）采用GPS定位，将船舶移至事先规划好的检测点处，使淤泥取样器与已准备好的起落架或吊机连接；（3）松开连接，使取样器通过自由落体（此时应有拉起取样器的吊带或绳子等与其相连）的方式垂直坠入水中；（4）待取样器坠至水底后通过吊带或绳子将其拉至水面；（5）取出取样器中的储泥管，从管出进泥口处推出取上来的土样，判断土样各土质层并测量其厚度，记录相关数据后移至下一检测点。通过各检测点测量出的淤泥厚度，在CAD图中绘制出检测区域各部位的回淤厚度，为后续施工提供相关依据。

该方法检测较为准确，可根据取上土样对水底自上而下的回淤情况进行分析。但是因为取样器储存长度有限，另外淤泥厚度太大，取样器无法全部灌入等因素影响。采用该方法进行水下淤泥厚度检测有限制条件，即水下淤泥厚度不得超过1m，超过该厚度后无法检测出回淤的厚度。

3.3 人工取样法

人工取样检测是指由人员潜入水底，将直径5cm、长约1.5m、两端镂空的塑料管插入淤泥。然后密封管口，浮出水面，通过测量管中淤泥长度来确定水下淤泥厚度。该方法检测过程与淤泥取样器法类似，只是该方法需要用到专业的潜水设备，且潜水员在水下无法精确的定位，无法进行定点检测。

该方法一般针对水深较浅，淤泥厚度较小的水域实施。而且需要潜水员的配合，检测准确率相对较低。

3.4 钻孔法

本方法为采用水上作业平台，通过钻机下杆钻探取样，根据取出土样辨别其分类，测量长度等方式确定淤泥厚度。其检测过程：（1）在水上作业平台上架设好钻机，通过相应的拖航船舶将其拉至检测区域；（2）平台通过其所配置的定位锚移动，采用GPS定位，移至事先标注的检测点处；（3）下杆钻孔取样，根据钻杆下降速率判断其是否已通过淤泥层；（4）将取样管升起，推出其所取土样，判断土样各土质层并测量其厚度，记录相关数据后移至下一检测点。

采用水上作业平台进行钻孔取样确定淤泥厚度的方法，其检测结果精确最高。但是对于水下泥面以上的流泥无法进行检测厚度，而且取样配置专门的设备、人员，检测效率低，在以上三种方法均无法采用的情况下才采取钻孔法确定水下淤泥厚度。

3.5 优劣性比较

表1 为上述4 种方法的优劣性比较。

表1 优劣性比较

总的来说，淤泥取样器检测一般适用于水下淤泥厚度较小（＜1m）的情况下，其检测精度较好；水深对比法适用与回淤情况监测，但是其无法取样，对水下淤泥具体情况无法进行有效的检测且周期较长，厚度检测精度一般，需谨慎采用；人工取样法适用与水深不大，检测点较少，需要直观了解水下情况的区域；钻孔法检测精度最高，但是需要特有的设备、人员，且检测效率极低，成本较大，在已有相应资源的且检测数量较小的情况下可采取该方法。

4.结语

本文通过四种水下淤泥厚度检测方法作业流程说明、作业环境要求，分析其优缺点，为后续项目施工提供借鉴，也期望后续项目能在此基础上进行改进，形成适用范围更广、检测精度更高的方法，能更好地促进水运工程事业的发展。