惡劣環(huán)境下引堤施工的探討

[摘要]文章結(jié)合南通港洋口港區(qū)陸島通道工程施工實踐，探討在惡劣環(huán)境下引堤施工的應(yīng)對措施。

[關(guān)鍵詞]接島引堤；海上環(huán)境；工程地質(zhì)

[作者簡介]曾德海，中交第四航務(wù)工程局有限公司，廣東廣州，510231

[中圖分類號]TV52

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1007-7723(2009)06-0155-0003

一、工程概要

南通港洋口港區(qū)陸島通道工程位于江蘇省南通市如東縣掘港鎮(zhèn)東側(cè)，于爛沙洋南側(cè)的西太陽沙至岸灘圍墾區(qū)之間水域，工程區(qū)西距小洋港約30km、東南距呂泗港約50km、西南距如東縣城約32km。本工程作為南通港洋口港區(qū)航道—碼頭棧橋一人工島—陸島通道系統(tǒng)項目的重要組成部分，它的實施將極大地改善洋口港區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施條件，為加快洋口港區(qū)的建設(shè)帶來新的發(fā)展契機(jī)，其建設(shè)的必要性和迫切性是十分明顯的。陸島通道工程由與岸灘臨港工業(yè)區(qū)圍墾相連的接岸引堤段、跨越爛沙洋南水道的引橋橋梁段和與人工島相連的接島引堤段組成。

本工程的范圍是陸島通道中的接島引堤部分。接島引堤總長1584.6m，兩側(cè)防撞欄(擋浪墻)以內(nèi)寬度為39m，標(biāo)準(zhǔn)段堤頂設(shè)計高程為+10.0m(當(dāng)?shù)乩碚摶妫峦?，堤頭堤頂設(shè)計標(biāo)高為+16.2m，高程變坡按1％和2％縱向坡度過渡。

工程內(nèi)容為接島引堤的堤身形成，包括使用充填袋裝砂袋形成圍堰并吹填砂形成設(shè)計斷面，兩側(cè)墊層塊石的施工，護(hù)面塊體的預(yù)制、運(yùn)輸和安裝、擋浪墻(防撞欄)的現(xiàn)澆、堤頂路面工程以及與黃海大橋工程和人工島島壁工程接口處理的所有施工圖紙中的內(nèi)容。工程規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式：引堤結(jié)構(gòu)采取袋裝砂斜坡堤結(jié)構(gòu)，護(hù)面采用扭王字塊結(jié)構(gòu)。

二、施工環(huán)境

(一)海上環(huán)境

1.波浪概況

國家海洋局第二海洋研究所在西太陽沙北側(cè)水域進(jìn)行了波浪觀測。根據(jù)觀測資料統(tǒng)計分析得知：該地區(qū)波浪為涌浪影響顯著的風(fēng)涌混合型波浪。

該區(qū)常浪向為N向，次常浪向為NNW向，出現(xiàn)頻率分別為19.60％和10.52％。強(qiáng)浪向為N、NNE、NE和ENE向，H13％≥1.3m的波高出現(xiàn)頻率分別為0.80％、0.63％、0.20％和0.24％，H13％≥1.6m的波高出現(xiàn)頻率分別為0.20％、0.16％、0.12％和0.20％。從平均周期看：f<6.0s出現(xiàn)頻率為95.66％，T<7.0s出現(xiàn)頻率為99.09％，亍≥88僅占0.24％。

2.波浪特征

本區(qū)常年以風(fēng)浪為主，當(dāng)寒潮臺風(fēng)路經(jīng)本區(qū)時，波型比較復(fù)雜，混合浪較為明顯，從波譜分析發(fā)現(xiàn)表面波譜出現(xiàn)兩個峰值，其高頻率部分為風(fēng)浪，低頻率部分為涌浪。據(jù)呂泗海洋站觀測資料統(tǒng)計，風(fēng)浪及風(fēng)浪為主的混合浪出現(xiàn)頻率高達(dá)90％。

統(tǒng)計一年觀測資料，從波高和周期的聯(lián)合分布看出：工程區(qū)有效波波高≤0.3m，平均周期4.0～4.9s出現(xiàn)得最多，出現(xiàn)頻率為40％，有效波波高在0.4—1.1m，平均周期在4.0—4.9s的波浪出現(xiàn)頻率為32％。以上說明本區(qū)輕浪、小浪占優(yōu)勢，其主要原因為放射形指狀沙洲和大范圍淺灘的影響。

3.大浪過程

工程海域形成大浪的主要天氣過程為寒潮和臺風(fēng)(含熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴)。寒潮一般在11月至翌年2月影響或路經(jīng)本區(qū)，持續(xù)時間2.3天左右。一年的觀測中本區(qū)曾多次受冷空氣影響，如1996年12月5日觀測最大波高為3.7m，平均周期4.8s，波向為NNE向，大于6級風(fēng)持續(xù)10個小時。

臺風(fēng)影響或路經(jīng)本區(qū)一般在7～9月份，持續(xù)時間一般2—3天，一年觀測中，經(jīng)受了9711號臺風(fēng)的襲擊(該臺風(fēng)在浙江溫嶺登陸)，8月18日觀測到Hs為4.2m，平均周期6.0s，最大波高為6.9m，波向為NE向，風(fēng)速為23.4uds，風(fēng)向為ENE。

根據(jù)資料分析，本海區(qū)潮流的變化規(guī)律主要有以下特點(diǎn)：

(1)海區(qū)潮流屬規(guī)則半日潮流性質(zhì)，漲潮歷時大于落潮歷時；一般而言，漲潮流速大于落潮流速。

(2)總體而言，潮差大、潮流動力強(qiáng)是本海區(qū)潮流的主要特點(diǎn)之一，且本工程所在海區(qū)內(nèi)漲潮最大潮差都較落潮最大潮差大，呈現(xiàn)出漲潮動力較落潮動力占優(yōu)勢的特點(diǎn)。大潮漲潮介于0.23m／s～1.26m／s之間，大潮落潮介于0.28m／s～1.15m／s之間。

(3)由本海區(qū)潮流平面分布來看，除外海具有旋轉(zhuǎn)流的性質(zhì)外，爛沙洋幾條主要水道均為往復(fù)流，而本工程所處岸邊高灘海域，漲落潮時潮水幾乎垂直岸邊漫灘。無論大、中、小潮，外海一側(cè)的流速大于靠岸一側(cè)的流速，潮流通道內(nèi)的流速大于通道邊緣上的流速，順直通道的流速大于彎曲通道的流速。

(4)本工程所在灘涂的大、中、小潮基本為落潮流速大于漲潮流速，兩者潮段平均流速比值為1.17：1。

(5)由于受潮汐和風(fēng)浪的作用，使得海區(qū)流速沿垂線分布極為復(fù)雜，尤其是在憩流前后一段時間內(nèi)。

(二)工程地質(zhì)

1.地形、地貌及泥沙運(yùn)動

當(dāng)?shù)刈铒@著的地貌特征是坡度極平緩的潮間帶和淺海輻射沙洲。輻射沙洲分布在射陽河口以南至長江口一帶長約300km的廣大近海海域中。在此段海岸線上也同時存在著寬約60～70km的潮灘。射陽河口以北潮灘發(fā)育較窄，表明這里的大型潮灘實為輻射沙洲的組成部分。

2.工程海域地形演變

(1)西太陽沙岸灘變化

自1994年至2003年，岸灘+5m等深線總體上呈向外海推進(jìn)趨勢，沿程最大推進(jìn)距離為1900m，平均推進(jìn)距離為880m，折合年平均為104m。而0m等深線，除局部地段變化較大外，大部分區(qū)域有進(jìn)有退，但變化幅度較小，年平均推進(jìn)距離為42m。據(jù)計算，1994—2003年淤積總厚度為1.04m，年均淤積厚度為0.12m；而中部和東部岸灘變化不大。

(2)爛沙洋深槽變化

對比1994年和2003年地形，爛沙洋北水道和中水道各等深線變化趨勢基本相同。主要表現(xiàn)：1)-10m等深線呈萎縮趨勢，但變化量很小，平面位-置基本穩(wěn)定；2)北水道10m等深線的頭部有所前伸，前伸距離約介于133—221m之間；3)-10m等深線的頭部向南擺動，北水道擺動最大、中水道次之，二者每年向南擺動距離分別為llSm和44m；4)爛沙洋北水道，即在西太陽沙附近1994年有一20m深槽，至2003年已全部消失，爛沙洋北水道在長28km的范圍南，主要以淤積為主，泥沙淤積總厚度平均為0.93m，淤積總量為8341萬m3，年均淤積厚度為0.11m，年均淤積量為981萬m3。

與北水道呈淤積趨勢相反，爛沙洋南水道呈沖刷之勢。2003年與1992年地形相比，-5m、-10m等深線均向岸后退，南水道河寬增大，水深增加。而從沿程變化來看，上段為沖刷，下段則有沖有淤，但以沖刷為主。在長12km的范圍南，泥沙沖刷厚度平均為0.95m，沖刷總量為1599萬m3，年均沖

刷厚度為0.09m，年均沖刷量為145萬m3。

(3)沙洲變化

本工程海域南主要有河豚沙、鯽魚沙、茄兒桿子、西太陽沙和蔣家沙等幾個主要沙洲。這些沙洲由于所處位置的地貌特征及深槽走向不同，在波浪、潮流長期作用下，其平面尺度、平面形態(tài)及變化情況都不盡相同，而其共同的變化特點(diǎn)是：各沙洲0m等深線具有向南變化趨勢，但變化部位主要集中在上層和頂部，而中下層變化很小。因此，各沙洲在中下層的灘體多年來基本呈穩(wěn)定狀態(tài)。

3.本工程所在海區(qū)地形地貌接島引堤位于西太陽沙沙洲西側(cè)淺水區(qū)，引堤1588.6m范圍原泥面標(biāo)高在+1m～-2m之間，地勢較平緩。

4.底質(zhì)特征

根據(jù)2003年現(xiàn)場399個底質(zhì)取樣資料分析，本海區(qū)底質(zhì)主要以粘土質(zhì)粉砂、粉砂、砂質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)砂、細(xì)砂和中砂組成。其中：細(xì)砂分布最廣，占現(xiàn)場測量區(qū)域總面積的45.6％，廣泛分布于岸灘、沙洲及上段深槽南；其次為砂質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì)砂，分別占24.2％和20.4％。這兩種砂主要分布于黃沙洋和爛沙洋深槽南，另外在岸灘上也有該種泥沙存在；粉砂占6.8％，零星分布于黃沙洋、爛沙洋深槽及岸灘上；粘土質(zhì)粉砂占2.5％，主要集中分布在爛沙洋南水道深槽南，其他地區(qū)沒有此種物質(zhì)；而中砂僅占0.5％，只在鯽魚沙漢道深槽南有所分布。

本海區(qū)底沙中值粒徑約介于0.007—0.258mm之間，其中粒徑小于0.1mm的泥沙主要分布在爛沙洋及黃沙洋的各個深槽南，太陽沙、西太陽沙及岸灘等水深較淺區(qū)域泥沙顆粒較粗，但在岸灘中潮位以上部分，底質(zhì)泥沙均呈相對較細(xì)分布。而上述各區(qū)泥沙的分選系數(shù)均介于0.24—0.82之間，分選程度屬好和很好狀態(tài)。

三、工程特點(diǎn)、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析及應(yīng)對措施

(一)概述

1.本地區(qū)海域潮差大，地形為沿岸高邊灘，且霧日及大風(fēng)天數(shù)出現(xiàn)較多，無法全年水上作業(yè)。施工過程中應(yīng)做好乘潮水上施工的準(zhǔn)備和相應(yīng)的安全防護(hù)。

2.本工程所在地較為偏遠(yuǎn)，周邊環(huán)境資源較為貧乏，加上工程所在地灘涂很長、潮差大，所建項目基本屬外海作業(yè)，所需資源無法直接從陸地至現(xiàn)場，資源供應(yīng)只能船機(jī)駁運(yùn)至現(xiàn)場，這對工程進(jìn)度及管理帶來很多不便，在施工過程中必須有更周密準(zhǔn)確的計劃。同時，充分考慮各工況的不利因素，以確保在施工期資源準(zhǔn)備充分，不能因此而影響施工進(jìn)度。

3.本工程地處江蘇外海，潮差大，大風(fēng)天內(nèi)會形成一定的風(fēng)浪，且偶有臺風(fēng)登陸，施工時充分考慮防風(fēng)浪措施，合理劃分工作段，開展流水作業(yè)，合理安排施工計劃，盡量避免施工船舶間的相互干擾，形成流水作業(yè)，要做到邊施工邊防護(hù)，同時做到分段施工分段防護(hù)，確保接島引堤在施工期的安全。

4.本工程堤根與人工島島壁相接，堤頭與黃海大橋相連，各工序存在相互交叉與配合，施工必須樹立很強(qiáng)的大局意識，以業(yè)主的利益為出發(fā)點(diǎn)，施工計劃的安排和工藝的選擇適應(yīng)本工程的自然條件和現(xiàn)場實際條件，確保安全施工和總體目標(biāo)，服從工程總進(jìn)度計劃和施工期業(yè)主對整個工程的動態(tài)管理。

5.本工程遠(yuǎn)離陸地，施工現(xiàn)場離陸地最近點(diǎn)也將近10公里，這對現(xiàn)場施工測量帶來相當(dāng)大的難度，測量成果也有經(jīng)常被破壞的可能。在施工中，必須加強(qiáng)定位測量，避免累積偏差，同時對所布設(shè)測量點(diǎn)必須經(jīng)常復(fù)核以盡可能減少測量偏差及時校正可能損壞的點(diǎn)位，確保測量成果控制在允許偏差范圍內(nèi)。

6.圍堤土工布袋充填土外棱體是堤身穩(wěn)定的基礎(chǔ)，一旦外棱體失穩(wěn)，將影響整個堤身的穩(wěn)定。對外棱體進(jìn)行受力分析，指導(dǎo)施工有著十分重要的意義。施工期間的穩(wěn)定是指棱體的沉降和位移，除了控制加載速率，還應(yīng)該考慮外棱體兩側(cè)拋石護(hù)腳和堤芯砂的平衡加載。特別是潮水增高時期(如臺風(fēng)增潮和拜年潮)的防護(hù)。堤芯砂的吹填，會對外棱體產(chǎn)生很大的水平推力，必須分期緩慢進(jìn)行。同時，在施工期間；應(yīng)該根據(jù)不同時期的施工段面以及水位情況、護(hù)腳塊石的厚度和長度、堤芯砂的吹填標(biāo)高，充分考慮棱體內(nèi)外側(cè)受力平衡的情況下合理加載。另外，必須加強(qiáng)施工監(jiān)測，24小時沉降或位移超過10mm，則不宜加載，待地基土層應(yīng)力和孔隙水壓力逐漸消散，沉降和位移在允許范圍以后，才能繼續(xù)加載。合理加載和施工進(jìn)度是一對矛盾，采取合理分段的施工方法是解決這一矛盾比較好的方法。

(二)關(guān)鍵點(diǎn)具體控制

1引堤與島壁同步施工提升控制

本工程與人工島西島壁同步進(jìn)行施工是施工組織中的一個重點(diǎn)和難點(diǎn)。施工前必須編制周密的施工組織計劃，嚴(yán)格按照所編制的施工順序流程及工藝進(jìn)行施工，做到與人工島西島壁同步進(jìn)行交錯施工、互不干擾、互相掩護(hù)。

2引堤穩(wěn)定控制

砂源質(zhì)量控制。吹填砂料在技術(shù)規(guī)格書里已經(jīng)有要求。含泥量淤泥應(yīng)小于10％。堤芯砂的質(zhì)量關(guān)系本工程的成敗，應(yīng)該引起足夠的重視。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，吹填砂料的內(nèi)摩擦角要比較大，才能保持自身的穩(wěn)定，減少對外棱體的水平推力。同時，施工用砂的含泥量直接影響充填袋的施工進(jìn)度和棱體充填袋的固結(jié)速度。如含泥量大，則固結(jié)速度慢；含泥量小，則袋體固結(jié)速度快，流失量小，棱體上下層袋體間穩(wěn)定性好。因此，在開工后，試驗人員隨專門采砂取樣船到采砂區(qū)取樣試驗，以便確定吹填砂的合格砂源點(diǎn)。如果在業(yè)主指定的采砂區(qū)沒有符合要求的砂源，則由業(yè)主指定另外的采砂點(diǎn)，或者增加一定的溢流排淤措施從而降低吹填砂的含泥量，保證堤身基礎(chǔ)質(zhì)量。

施工中應(yīng)嚴(yán)格控制引堤的加荷速率，堅持監(jiān)測指導(dǎo)施工的原則：(1)高潮位以上的袋裝砂和充填砂堤心施工必須分層進(jìn)行，每層厚度不能超過1m，上下層時間間隔不可少于7天，嚴(yán)禁上下層連續(xù)施工，并應(yīng)根據(jù)本條下款的要求進(jìn)行控制。(2)根據(jù)觀測結(jié)果控制施工速率：控制堤身日沉降量不大于lOmm，測斜日位移量不大于5mm。若出現(xiàn)接近上述峰值時，應(yīng)加測2—3次，天，并降低引堤施工速率(若此時吹填施工對引堤安全影響較大，也應(yīng)降低其施工速率)；若連續(xù)出現(xiàn)接近上述峰值情況時，應(yīng)立即停止加荷；若停止加荷后繼續(xù)出現(xiàn)接近峰值時，則應(yīng)立即削頂減載，或加荷堤外側(cè)鎮(zhèn)壓棱體。(3)加測沉降和水平位移，及時分析數(shù)據(jù)，及時校核，確保引堤的安全穩(wěn)定。