凌福青 邢恩達(dá)

(浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江杭州 310002)

隨著浙江海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展示范區(qū)建設(shè)上升為國家戰(zhàn)略［1］，圍墾工程迎來了一個(gè)快速發(fā)展期。近年來淺灘區(qū)圍墾基本完成，圍墾向深水區(qū)(高程－6.0m以下)擴(kuò)展。針對(duì)深水區(qū)圍墾項(xiàng)目，目前國內(nèi)較為先進(jìn)的監(jiān)測(cè)方法是將常規(guī)監(jiān)測(cè)儀器用電測(cè)式傳感器替代，在施工前埋入灘涂面以下，所有傳感器通過電纜連接至堤內(nèi)的觀測(cè)平臺(tái)上進(jìn)行自動(dòng)化無線觀測(cè)。所有數(shù)據(jù)采集終端均安裝在觀測(cè)平臺(tái)上，觀測(cè)平臺(tái)的施工可行性和安全可靠性決定監(jiān)測(cè)工作能否順利開展。石油工程中應(yīng)用的固定式海上平臺(tái)規(guī)模往往很大，面積在幾百平方米以上，而在監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中觀測(cè)平臺(tái)的面積僅需要幾平方米，因此需要對(duì)前者進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)與施工，以滿足工程需求。

1 工程概況

舟山市金塘木岙集裝箱物流基地陸域形成項(xiàng)目位于金塘島西部木岙灣，圍堤長度約2765m。工程區(qū)地貌類型為濱海潮灘地貌。大堤中軸線底標(biāo)高一般在－6.0m～－11.0m之間。大堤兩端地勢(shì)相對(duì)略有起伏，海底泥面坡度約為1°～2°。圍堤地基以②-1層淤泥質(zhì)粘土和②-2層淤泥質(zhì)粘土為準(zhǔn)，厚度最大達(dá)30m。工程區(qū)屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，臺(tái)風(fēng)資料統(tǒng)計(jì)表明，熱帶氣旋年平均出現(xiàn)次數(shù)為2.2次。本工程場(chǎng)區(qū)水域海流流況較復(fù)雜，受地形影響，海流的流向、流速差異較大。流速的表現(xiàn)為外側(cè)大、近岸小，最大流速的垂向分布有較好的規(guī)律，隨水深的增加而減小，測(cè)點(diǎn)最大流速總體出現(xiàn)在上層。本工程港區(qū)位于島嶼形成的半封閉海區(qū)，順岸走向?yàn)镾～N，位于金塘島西向，對(duì)本港區(qū)危害作用最大的風(fēng)向是 SSE，S，SSW，SW，WSW，W，WNW，NW，頻率共30.4%，其最大風(fēng)速為 22.5m/s，風(fēng)向?yàn)?NW。

2 觀測(cè)平臺(tái)方案的初步確定

2.1 國內(nèi)海上平臺(tái)的主要類型

海上平臺(tái)主要有兩類:浮式海上平臺(tái)和固定式海上平臺(tái)。本工程中要求觀測(cè)平臺(tái)不能沉降和變形，因此采用固定式海上平臺(tái)。一般常用的固定式海上平臺(tái)主要有以下幾類:1)樁式海上固定平臺(tái)。該平臺(tái)是在軟土地基上應(yīng)用較多的一種樁基平臺(tái)，由上部結(jié)構(gòu)(即平臺(tái)甲板)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成。按樁的材質(zhì)又分為木樁平臺(tái)、鋼樁平臺(tái)和鋼筋混凝土樁平臺(tái)，樁數(shù)、長度和樁徑由海底地質(zhì)條件及荷載決定，這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是波浪及水流荷載小，但造價(jià)隨水深成指數(shù)倍增長，使用水深受限制。2)牽索塔式平臺(tái)。牽索塔式平臺(tái)得名于它支撐平臺(tái)的結(jié)構(gòu)如一桁架式的塔，將預(yù)制好的鋼質(zhì)塔身安放在海底基礎(chǔ)上，用對(duì)稱布置的纜索將塔保持正浮狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是能隨波浪力的響應(yīng)稍微移動(dòng)，其系泊系統(tǒng)對(duì)塔提供足夠的復(fù)原力，使它始終保護(hù)垂直狀態(tài)，它適用于水深較大的海域。3)混凝土重力式平臺(tái)?；炷林亓κ狡脚_(tái)的底部是一個(gè)或多個(gè)巨大的混凝土基礎(chǔ)，靠平臺(tái)自身重量穩(wěn)坐在海底堅(jiān)實(shí)土層之上，基座上有鋼立柱或鋼筋混凝土立柱支撐上部甲板。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是抵御風(fēng)暴及波浪襲擊的能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)耐久和維護(hù)費(fèi)用低，它適用于近岸深水施工水域。根據(jù)工程特點(diǎn)，結(jié)合我院在水利工程海上鉆探方面的經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮成本造價(jià)，觀測(cè)平臺(tái)采用樁式海上固定平臺(tái)。

2.2 觀測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

1)觀測(cè)平臺(tái)位置(初步方案)。

本工程圍堤筑堤袋裝砂采用對(duì)拉船施工工藝。對(duì)拉船的移動(dòng)范圍一般距圍堤邊界線40m～50m，考慮富裕系統(tǒng)，確定觀測(cè)平臺(tái)距離堤邊界線為70m。4個(gè)觀測(cè)平臺(tái)的涂面高程分別為－7.0m，－9.0m，－9.0m，－4.0m。觀測(cè)平臺(tái)平面布置圖(初步方案)如圖1所示。

2)觀測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)(初步方案)。

觀測(cè)平臺(tái)為滿足監(jiān)測(cè)工作需求，必須具備以下使用功能:平臺(tái)有足夠的空間安裝自動(dòng)采集儀，太陽能板等儀器;為后續(xù)維護(hù)終端，工作人員可以方便攀登。觀測(cè)平臺(tái)基礎(chǔ)由φ127mm無縫鋼管組成，套管采用絲扣連接，底部以不能打入為準(zhǔn)。上部結(jié)構(gòu)由10mm工字鋼和角鋼構(gòu)成，平臺(tái)頂面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，在平臺(tái)四周設(shè)置護(hù)欄及防撞警示燈，一側(cè)設(shè)置懸梯，方便攀登。觀測(cè)平臺(tái)構(gòu)造示意圖(初步方案)如圖2所示。

3 觀測(cè)平臺(tái)方案試驗(yàn)過程

為了保證無縫鋼管的承載力，采用錘擊打入的方案。鋼管采用 φ127mm無縫鋼管，分節(jié)制作，每節(jié)長度為2.3m～2.5m，每節(jié)之間預(yù)先加工絲口現(xiàn)場(chǎng)連接。其中1號(hào)單樁的打設(shè)過程見表1。

根據(jù)各個(gè)單樁的打設(shè)記錄表，純打設(shè)狀態(tài)下，單根樁打入深度為12.07m～13.63m，150kg大錘最大195擊，擊數(shù)超過將導(dǎo)致套管絲口斷裂。三根樁春節(jié)前打設(shè)完畢后，用木樁鐵絲臨時(shí)進(jìn)行加固。春節(jié)回來后，金塘當(dāng)?shù)毓问?jí)大風(fēng)，試驗(yàn)平臺(tái)整體倒塌。

表1 1號(hào)樁打設(shè)記錄表

4 觀測(cè)平臺(tái)方案改進(jìn)

4.1 試驗(yàn)觀測(cè)平臺(tái)倒塌原因分析

1)單樁為分節(jié)制作連接，絲口連接處存在抗折強(qiáng)度不足的問題;

2)單樁入土深度與單樁在水中懸浮長度比為1∶1，不能滿足抗傾覆要求;

3)三根樁臨時(shí)用木條及鐵絲加固，整體性不高。因此需要重新考慮觀測(cè)平臺(tái)的平面位置和結(jié)構(gòu)。

4.2 觀測(cè)平臺(tái)位置(改進(jìn)方案)

觀測(cè)平臺(tái)平面位置的確定需要考慮:1)觀測(cè)平臺(tái)的搭設(shè)難度，海上平臺(tái)難度大，岸上平臺(tái)難度小;2)觀測(cè)平臺(tái)的成本，海上平臺(tái)成本高，岸上平臺(tái)成本低;3)觀測(cè)平臺(tái)與堤軸線距離引起電纜線的成本變化，距離越長，電纜線長度越長，成本越高。綜合考慮上述因素，將觀測(cè)平臺(tái)平面位置進(jìn)行調(diào)整，樁號(hào)0+948、樁號(hào)1+348斷面的觀測(cè)平臺(tái)移至岸邊搭設(shè)，觀測(cè)平臺(tái)位置分別距堤軸線250m和320m。樁號(hào)1+748、樁號(hào)2+148斷面的觀測(cè)平臺(tái)仍采用海上搭設(shè)方案。觀測(cè)平臺(tái)平面布置圖(改進(jìn)方案)見圖3。

4.3 觀測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)(改進(jìn)方案)

1)提高單樁的自身強(qiáng)度。無縫鋼管直徑由127mm改成146mm。單樁打設(shè)過程中從孔內(nèi)進(jìn)行掃孔，完成后樁內(nèi)放置鋼筋籠，進(jìn)行全孔灌漿處理。2)提高單樁的抗傾覆能力。海上平臺(tái)內(nèi)移，涂面高程由－11.0m抬高至－3.0m，減少單樁的懸浮長度。同時(shí)將單樁入涂面深度由最初的13m改為25m。3)提高觀測(cè)平臺(tái)的整體穩(wěn)定性。單樁的根數(shù)由原先的3根增加至4根。單樁低潮位以上部分用槽鋼和角鋼分3層焊接，增加單樁之間的連接強(qiáng)度。觀測(cè)平臺(tái)構(gòu)造示意圖(改進(jìn)方案)見圖4。

5 結(jié)語

舟山市金塘海上觀測(cè)平臺(tái)搭建完成后短時(shí)間內(nèi)先后經(jīng)歷了強(qiáng)臺(tái)風(fēng)蘇拉和?？目简?yàn)，均安然渡過。在后續(xù)原位監(jiān)測(cè)過程中發(fā)揮了極為重要的作用?；仡櫿麄€(gè)施工過程，經(jīng)過試驗(yàn)失敗后，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)和解決問題，重新制定方案。實(shí)踐證明，觀測(cè)平臺(tái)改進(jìn)方案是施工可行和安全可靠的，經(jīng)受了風(fēng)浪大、水流急、水位深等不利因素的考驗(yàn)，滿足了設(shè)計(jì)要求，同時(shí)為深水圍墾原位監(jiān)測(cè)海上觀測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

［1］國家發(fā)展和改革委員會(huì).浙江海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展示范區(qū)規(guī)劃［Z］.