秦皇島市某人工島海域勘察特點與施工要點分析

王寶才

（秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質大隊 秦皇島市 066000）

人們的生活水平在提高，旅游已經(jīng)成為人們生活當中不可或缺的一部分。隨著旅游業(yè)的不斷升溫，與之相適應的基礎設施、服務設施建設尤其是港口建設、航道工程、圍海造地工程逐年增多。秦皇島市某人工島旅游綜合項目就屬于人工填海造地工程之一，因其地理位置獨特，海岸線形態(tài)及岸邊植被、建筑物不同，形成了該海域勘察的獨特性。

通過秦皇島市某人工島海域勘察的工程實例總結出附近海域勘察的特點及施工要點，對相近施工條件的海域工程勘察具有一定的指導借鑒意義。

1 秦皇島市某人工島海域勘察特點

1.1 場區(qū)位置及地形地貌

擬建場地位于河北省秦皇島市海港區(qū)河濱路南側，西臨濱海大道，地理位置優(yōu)越。場地海底地形北高南低，海底地面高程介于-5.84～-7.32 m之間，場地所在地貌單元屬海岸平原。

1.2 氣象

（1）風況：常風向西南西（WSW），出現(xiàn)頻率為10.6%。強風向為東北東（ENE），實測年平均風速3.9 m/s，最大風速23.9 m/s。春、秋季多西南風或西南西風，冬季為東北或東北東風，夏季多南風。

（2）降水：年平均降水量656.2 mm，年最大降水量1 221.21 mm，年最小降水量419.5 mm。年降水主要在6～8月間，占全年降水總量的70%以上。日最大降水量215.4 mm。

（3）霧況：據(jù)統(tǒng)計能見度小于1 000 m 影響港口作業(yè)的天數(shù)年平均為9.2 d，其中持續(xù)在4 h以上的霧日為5.8 天。霧日多發(fā)生在春末夏初。

（4）氣溫：季節(jié)較明顯。多年平均氣溫10.3 ℃，夏季最熱在8月份，月平均24.5 ℃，冬季最冷在1月，月平均氣溫-6.5 ℃。

（5）冰況：附近海域每年初冰日為11月下旬，終冰日為翌年3月上中旬，冰期平均為105 d，最長可達124 d，常年岸邊有少量固定冰，冰的厚度一般為10～30 cm，5 m 等深線以外很少出現(xiàn)固定冰，對船舶航行和港口裝卸運輸生產(chǎn)無影響。

2 場地地質條件

2.1 地層巖性

在勘探深度范圍內，場地地層由上而下依次為：上部為第四系全新統(tǒng)海相沉積的淤泥質粉質粘土、粉質粘土和粗砂，第四系全新統(tǒng)沖積成因的中粗砂、粉質粘土及第四系上更新統(tǒng)沖積成因的粉質粘土、中砂、粗礫砂，下伏基巖為太古界（Ar）混合花崗巖，在本次勘探深度范圍內自上而下可分為全風化和強風化。各層巖土的巖性特征及分布情況詳見表1。

表1 地層巖性特征表

2.2 水文地質條件

2.2.1 海洋水文特征

擬建場地位于河北省秦皇島市海港區(qū)中心區(qū)南側湯河入?？谖髂戏较?，區(qū)內地表水系為湯河。湯河全長30 km，流域面積177 km2。湯河源短流急，屬典型的溪性河流，流域內除西北源頭是中低山區(qū)外，其余皆為丘陵地帶，卵礫石河床，坡度達37‰。每遇暴雨，洪水暴漲暴落，1959年最大洪峰流量2 000 m3/s，洪水向東侵入海港區(qū)邊緣，向西與小湯河連成一片?？菟诹髁可跣。瑑H0.05 m3/s。湯河多年平均徑流量為0.368 億m3，上游水庫及攔蓄水量為470 萬m3。

（1）潮汐：多年實測資料表明，秦皇島的潮汐極其復雜，變化極不規(guī)則，潮汐類型是以日潮為主的相對不規(guī)則的混合潮型，驗潮零點在黃海平均海平面下0.835 m（即驗潮零點與理論深度基準面相同）。最高高潮位2.55 m，最低低潮位-1.43 m，平均海面0.89 m，平均高潮位1.24 m，平均低潮位0.53 m，平均潮差0.72 m。

根據(jù)交通部《港口工程技術規(guī)范》JTJ237-94，秦皇島的設計高潮位（即高潮累積頻率為10%的潮位）為174 cm，設計低潮位（即低潮累積頻率為90%的潮位）為11 cm，50年一遇的高潮位為261 cm，50年一遇的低潮位為-179 cm。

（2）潮流：本區(qū)漲潮流向為西南西（WSW），落潮流向為東北東（ENE），屬往復流。平均流速0.5 節(jié)，最大漲落潮流速分別為1 節(jié)和0.7 節(jié)。一般地區(qū)漲潮流大于落潮流，本區(qū)落潮流與西南盛行風向一致，因而落潮流大于漲潮流。

（3）波浪：秦皇島外海水域開闊，波浪比較大，以風浪（含以風浪為主的混合浪）為主，約占75%，常浪象是南向，頻率為39%。實測最大波高3.3 m，波向南東。該海區(qū)波浪特點是無浪日少，無浪的頻率僅為6.3%；小浪多，其中0.8 m以下的波高占87%，0.9～1.2 m 的波高約占8.8%，1.3 m 以上的波高僅占4.2%。

（4）表層海水溫度：多年平均水溫為12.0 ℃，一月份最低，平均為-1.3 ℃；八月份最高，平均為26.1℃。海水浴以7～9月份最為適宜。

（5）表層海水鹽度

20年的平均鹽度為29.83‰，1972年最高為30.55‰，1977年最低為28.86‰，多年平均1～6月皆在30‰以上，7～12月皆在30‰以下。多雨的8月份鹽度最低為28.77‰，4月份最高為30.48‰。

3 影響海域勘察的因素

海域鉆探影響因素有水深、水流、波浪、潮汐、底質類型、水下地形等[2]。海域勘察和陸域勘察最大的區(qū)別就是陸域勘察是把鉆機固定在汽車上或直接穩(wěn)固于地面，而海域勘察是把鉆機固定在船體上。因此船體的穩(wěn)定性對施工的影響至關重要，影響船體穩(wěn)定最直接的因素則是風浪及水流的作用。而岸邊地形地貌則影響風力及風向；堤壩等岸邊工程以及海底地形則對水流有不同程度的阻擋作用。此外地層因素也直接影響錨固及護孔套管打入進而影響工程施工進度。

（1）水深與水流

水太淺不利于行船與錨固；水太深則鉆船穩(wěn)定性差，定點與錨固船只作業(yè)時間長?？拷哆叺貛Ш５锥酁榧毶?，低潮時水深在1.0 m 以下，因此靠近岸邊的鉆孔施工宜選擇吃水較淺的平底鐵船，并在高潮及平潮期施工。

遠離岸邊的區(qū)域海底多為泥砂質，比較平緩，附近海域范圍內無大的堤壩等阻水工程，因此該區(qū)域的水流流速較緩慢，流向主要隨潮汐而動，對鉆孔施工影響較小。

（2）風浪

該場區(qū)海岸線近于圓弧形，岸邊西側有寬1 km 以上的防護林帶，對西風、西北風有一定的阻擋作用，北面和東北面是市區(qū)，離岸邊幾十米就有鱗次櫛比的高樓，作業(yè)區(qū)距岸邊距離很近，所以北及偏北方向的風不易形成大的波浪，風力在6、7 級內大型鐵殼船可正常施工。而在南及偏南風向施工時，風力應在5 級以內。而小型木船則適宜在靠近岸邊區(qū)域施工，風力在4 級以內。

（3）潮汐

該區(qū)域潮汐為規(guī)則全日潮，以秦皇島港理論最低潮面為基準，潮汐特征值為：極端高潮位+2.66 m，極端低潮位-1.71 m；歷年最低潮位-1.43 m [1973-12-24]，歷年最高潮位+2.55 m[1960-07-28]；平均潮差0.73 m，最大潮差2.63 m。潮汐的變化會對鉆船的錨固系統(tǒng)和套管的穩(wěn)定以及孔深量測造成一定影響。

（4）地層

該區(qū)域水面以下多為泥砂質，地形較平緩，當以細砂為主時不利于鉆船錨固及套管穩(wěn)定；當泥質較厚時利于鉆船穩(wěn)固及套管穩(wěn)定。

4 鉆探船類型選取與設備安裝

4.1 鉆場分類

海域鉆場類型可分為架空鉆場和漂浮鉆場[1]。

架空鉆場是通過固定設施直接將承載鉆探設備的作業(yè)平臺固定在底質巖土層中的勘察裝置[1]。架空鉆場滿足承載鉆探設備、人員及抗風浪的結構強度即可，目前應用較多的是用腳手架搭建的鋼管桁架式鉆場，現(xiàn)場拼裝，平臺面一般高出水面（高潮位）不低于1.5 m。架空鉆場適用于靠近岸邊的區(qū)域施工，不受潮汐風浪影響，缺點是安裝比較費工費力。

漂浮鉆場是將鉆探設備及附屬設備、管材、工具及其它材料等承托在水面上的裝置[1]。漂浮鉆場應滿足以下要求：①具有足夠的強度，能經(jīng)受風浪潮流的沖擊作用。②應適應工作時的水深。③有容納所必用的設備、工具、材料，并能提供安全的工作場所和必要的生活條件。④應具有較好的穩(wěn)定性和保持位置的能力，在風浪潮流等的綜合作用下，其運動參數(shù)不超過規(guī)定的范圍。即：搖擺度<2°；垂直升沉應<0.5 m；縱移、橫移而產(chǎn)生孔位偏離應小于水深的5%。漂浮鉆場又分為單體鉆探船、雙體鉆探船和油桶或泡沫鉆場，其中單體鉆探船根據(jù)鉆機在船體的安裝位置又分為船體中心式、船首伸出式、船尾伸出式和船側伸出式。單體鉆探船和雙體鉆探船一般為自航式，也可采用拖航式，而油桶或泡沫鉆場只能采用拖航式。

4.2 鉆場選取

根據(jù)本區(qū)水深、水流、地層等因素綜合考慮本工程分別采用自航式單體鐵殼鉆探船和自航式木質雙體鉆探船，鉆機安裝采用雙船中出式、單船船體中心式和單船船側伸出式。

5 海域工程勘察施工要點

（1）測量放點：坐標系采用1954年北京坐標系，中央子午線東經(jīng)120°，高程基準采用秦皇島港理論最低潮面作為零點。先用GPS 導航，以小木船在孔位投擲浮漂做標記，鉆探船施工時采用四錨固定，通過調節(jié)錨繩長度精確定位。

（2）該海域勘察施工時，近岸邊區(qū)域由于水深較淺、風浪較小，宜選用雙體木船，四根錨繩呈X 型，錨繩與水平面的夾角10~15°。采用雙船中出式安裝鉆機。距離岸邊較遠區(qū)域宜采用自航式單體鐵船，采取船體中部打孔及船側搭建輔助平臺的形式將鉆機固定于船體。

（3）當有風及涌浪時，由于風對于鉆探船的影響不論風向或風力都是隨時改變的，而涌浪對于鉆探船的影響則相對穩(wěn)定且作用力較大，因此鉆探船停放時船頭要首先迎向涌浪的方向。而且北風或東北風時對施工影響不大，利于工程施工，南或東南風時風浪較大不利于施工。

（4）打入套管前先量測水深，根據(jù)水深和孔口平臺至水面高度確定下入套管的長度及先后次序，原則上先將短套管連接成5.0 m、3.0 m 等不同長度的單根并先從較長的下起，接近孔口處應以0.5—1.0 m 單根套管調節(jié)至合適高度，使套管口與鉆機底盤之間留有0.2—0.5 m 空間，以免因潮水漲落無法加減鉆桿、鉆具。

（5）由于潮水漲落引起水深的變化，因此應加密水深測量，以30 min 測量一次最佳，可以使孔深誤差達到最小。

[1] 蔣建良，潘永堅，吳炳華，等.海域島礁橋梁地基綜合勘察技術指南（報批稿）[Z].2010.9

[2] 潘永堅，朱章通.島礁海域工程勘察施工難點和對策[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，36（9:）：11-14.

[3] 河北省地勘局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質大隊.秦皇島市某人工島旅游綜合項目工程地質勘察報告（施工圖設計階段勘察）[R].2013.

[4] 劉月輝，周世沖，李圃林.海洋工程勘察的實踐與探索[J].巖土工程技術2011，4（第25 卷第4 期總116 期）：183-186.

[5]《港口巖土工程勘察規(guī)范》（JTS133-1-2010).《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001)2009年版.

[6]《港口工程樁基技術規(guī)范》（JTJ254-98).