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1、适应细粉沙土质施工的加耙改进中港疏浚股份有限公司 周毓麟航浚4008轮在2002年12月29日完成连云港工程施工任务后立即起航，于次日抵达黄骅港施工。该轮为日产4500m3自航耙吸式挖泥船，最大挖深22m，主机功率39002，泵机功率21502，双耙为加里福尼亚耙头。施工前，我们对黄骅港的土质不甚了解，在耙头上安装了7只组合型耙齿：4只牛角耙齿，3只犁型耙齿，使用高压冲水，船速2节左右。几天下来，经过现场测试泥浆浓度，施工效果不理想。疏浚仪表显示，真空压力-150-200，（0.1Mpa），流量9085100m3/h，浓度1.081.10c/ m3，泥泵排出压力0.60.70.1 Mpa。 4
2、月1718日的一场大风，短短十几个小时，就把平均水深已达9.2m的航道填为7.7m，航道一下子淤浅了1.5m。从风后开始清淤，先后有十几条自航耙吸式挖泥船投入了昼夜施工，并始终保持6艘船在航道中连续作业，直至9月中旬，才刚刚还掉“欠债”恢复到4月中旬时的平均水深。这就是黄骅港航道疏浚期间的真实片段。一、问题的提出黄骅港外航道自2000年1月开挖以来，航道水深始终在疏浚与回淤之间徘徊，循环往复，相持不下。从工况条件和取样分析来看，主要有以下几个特点：一是回淤土质以细粉沙为主，这种土质在东北风和大浪的作用下掀扬，在风后的几天内迅速地淤积。二是该海域在导堤挑流和海潮流交汇的双重作用下形成旋流，且当地
3、海水比重为1.034，高于一般海区，为加速分选泥沙和沉降提供了合适的条件，致使急淤难挖，航槽区段W 0+000W 10+000正处于该海域；经过海浪分选后沉降在航槽中的细粉沙为粉质较密实的土沙，密实度高、板结力强，标准贯入击数815，最大可达到26，给航道的清淤带来了极大的困难。三是疏浚的沙土进入泥舱后，又因泥沙颗粒小及水流的冲击使粉沙变成了悬浮质，难以沉淀，造成“挖不上，装不下”的尴尬局面。黄骅港疏浚迫在眉睫的是解决“挖得上”、“装得下”两个问题。前者是关键，后者是根本。面对这样工况，如何提高疏浚效率？笔者以为，应以系统思考的方法，在将主要设备性能指标恢复到或接近于设计状态的前提下，对浚工机
4、具进行改革，以提高疏浚的能效。本文从“挖得上”的角度，仅就黄骅港施工中改进加里福尼亚耙头（以下简称“加耙”）的实践，谈几点粗浅的体会。二、解决的思路图 在耙吸式挖泥船疏浚设备中，耙头是耙吸挖泥船的主要挖泥机具，是确保生产效率的第一环节。处理好耙头和土质的适应性，合理发挥它的施工能力，对于提高疏浚工效具有直接的影响。耙头的作用是利用泥泵产生的真空吸泥，并通过耙头将泥沙输送到吸泥管，最后进入泥舱。耙头的结构、材质、重量、形状、大小、吸口面积、耙齿等，都对挖泥效率产生重要的影响。因此，合适的耙头大致应具备下列要求：1、 挖土量的最大值必须与耙吸力和耙头承受压力的最小值相一致。2、 耙头在挖掘时必须坚
5、固、耐磨和可靠，能有效地防止因海底障碍物而导致耙头严重受损。3、 耙头与泥土的吻合面必须贴近，耙头吸口截面积要与泥泵相匹配。耙头由于泥泵的运转而在内腔产生真空，也即负压，耙头的外围与内腔就形成一个压力差，从耙头吸入口四周的缝隙，使外围水流被压入内腔。这种缝隙处压入的高速水流，在耙头吸口面周边起着对河床泥土的松散剥离作用。如果压力差达到足够的数值，沙粒之间粘性就会被破坏，泥沙就会随着水流一起被吸起。沙粒越小，质量越密实，要求引起沙粒之间水流的压力差也就越大。由此可得出结论是：当泥沙颗粒直径减小时，泥沙就更难挖掘，就需要有更大的负压。为此，我们对挖泥过程中各类数据进行了采集，注意观察施工中耙头耙齿
6、磨损变化的状态，并对耙头逐步加以改进。我们发现：耙头底部平面格栅板很少磨损，耙齿磨损部位主要集中在齿尖，耙齿的中部磨损较少。由于土质较硬， 5只耙齿像5只脚立在泥面上，格栅根本不能与泥面吻合，因此耙头内不能产生足够的负压，沙粒之间粘性就不会被破坏，泥沙不宜被吸上，而水流却长驱直入。问题症结已经基本显现，我们逐个把耙齿拆卸下来进行试验，直至拆完全部耙齿。测试结果：挖泥效率有上升的趋势，但还不明显。由此可见，原“加耙”在施工中的水流冲刷作用，不足以有效地破坏沙粒之间的粘性，要对付这样的土质，必须采用更有力的方法来破坏细粉沙颗粒之间的粘聚（结）力，从而加强耙头的高速水流冲刷作用。这些方法可以用水力的
7、，也可以用机械的。我们主要采取两项措施：一是围裙边；二是加止动。根据耙头在施工中的原理和作用，我们首先在图纸上进行设计，将下耙深度设置为15米，耙头吸口与海底吻合时，耙舌与底面的夹角为25左右。为了不让耙舌因流速而掀起，必须使原来可伸缩的耙舌滑竿变为相对固定耙舌滑竿，测量耙舌伸缩滑竿的长度为320mm。为此，我们对耙头进行了小改进：1. 为了增加耙头与泥土的吻合面，在耙齿格栅两侧焊上两块呈三角型、厚度为20mm的锰钢板，围上斜向的裙边，钢板与格栅底部夹角为25左右。（见图）2. 厚度为20mm的锰钢板围板，围板与格栅的角度为65，使耙头格栅的底部与泥管呈20左右夹角，顶端围板高度高于两侧围板（
8、为300mm），并在后部倚靠顶端耙齿做支撑。图 3. 运用缩喉管原理，来改善挖掘细粉沙的效果。缩小耙头吸口截面积，用钢板把“加耙”顶端部位四个格栅封死，约占吸口截面的20%来增加负压。（见图）4. 在耙头本体与耙唇活动罩上四根调节杆加装固定调节块，缩小调节泥管与耙头格栅面的角度，变可伸缩为相对固定，迫使已围裙边的“加耙”吸口面与海底吻合。但调节杆上还预留2/5的空间，起到缓动作用，以保证耙头在扫浅、挖垄沟、挖边坡时应对海底特征地貌的适应性。（见图）三、初步的效果小改进能起到三个作用：一是减小耙唇与泥面的吸缝，提高真空压力，增强缝隙处压入的高速水流来破坏沙粒之间的粘性；二是在耙压的作用力支撑下，
9、耙唇顶端围板在河床上起到推土、刮板及切削作用；三是拆除了耙齿，缩短了高压冲水喷头至泥沙层的距离，增强了高压冲水在耙腔内的作用力，使板结密实的沙预先“液化”，迫使沙粒分离，并形成泥浆而吸入耙头。通过对耙头的小改进，适当增加船舶相对地面的运动。经过在相同环境对比试验，在一定程度上增加了挖泥的效率，泥浆浓度提高了约23个百分点。下表为小改进前后所测试的平均数据（在相同工况条件下）： 时间项目小改革前小改革后浓度1.081.10t/m3 （7.289.93%）1.101.13t/m3 (9.9313.9%)泥泵排出压力0.60.70.1mpa0.80.90.1mpa真空压力-150200（-1.5-20.1mpa）-300350（-3-350.1 mpa）泥泵流量8295100 m3 /h6580100 m3 /h综上小改进，与其他大项目的技术改造相比，它只能算作是一个小小的试验，花费也不多，只是为提高黄骅港疏浚效率出出主意、想想办法，权作抛砖引玉而已。
