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        沙壩防波堤設(shè)計(jì)施工新理念

        2021-11-07 07:30:10吳文力
        港工技術(shù) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:沙壩海砂防波堤

        向 松,吳文力,王 剛

        (中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司,廣東廣州 510230)

        引言

        業(yè)主Dangote Oil Refining Company(以下簡(jiǎn)稱DORC)計(jì)劃在尼日利亞拉各斯以東約62 英里的萊基自貿(mào)區(qū)建設(shè)一個(gè)年處理650 000 桶的石油煉化廠。為建設(shè)該工程,DORC 計(jì)劃在煉化廠附近修建一個(gè)滾裝重件碼頭做為其大型設(shè)備和大宗材料提供裝卸貨,并可??客陷喓洼o助船只。該項(xiàng)目在現(xiàn)有萊基深水港以東約10 英里,項(xiàng)目主要包含防波堤建設(shè)和港池航道疏浚兩個(gè)部分。

        1 設(shè)計(jì)方案

        1.1 設(shè)計(jì)方案介紹

        1.2 原案

        1)總平面布置

        原案設(shè)計(jì)為常規(guī)的拋石防波堤,主要包含一條長(zhǎng)約670 m 的主堤,一條長(zhǎng)約229 m 的輔堤,一條長(zhǎng)約138 m的護(hù)岸以及7條每條長(zhǎng)約175 m的潛堤;另外,需要疏浚一條-8.0 mCD 的航道和一個(gè)-7.0 mCD 的港池,合計(jì)需疏浚約70 萬(wàn)方[1]??偲矫婕案蹍^(qū)平面布置如圖1。

        圖1 項(xiàng)目總平面圖(原案)

        圖2 港區(qū)平面布置示意圖(原案)

        2)防波堤斷面形式

        防波堤典型斷面圖如下:

        圖3 主防波堤及輔堤典型斷面示意圖(原案)

        圖4 潛堤典型斷面(原案)

        1.3 代案

        1)總平面布置

        代案設(shè)計(jì)以沙壩防波堤作為主要形式,主要包括一條長(zhǎng)約700 m 的沙壩防波堤,在其端頭連接一條225 m 長(zhǎng)的潛堤,港池東側(cè)有一條長(zhǎng)約150 m 的護(hù)岸,再往東銜接一條長(zhǎng)約1 100 m 的袋裝砂護(hù)岸,以及在袋裝砂護(hù)岸東側(cè)吹填約85 萬(wàn)方砂的沖刷緩沖區(qū)。另外,需要疏浚-8.65 m CD 的港池及航道,合計(jì)需疏浚約85 萬(wàn)方[2]。總平面及港區(qū)平面布置圖如下:

        圖5 總平面圖(代案)

        思路較為新穎的是,整個(gè)防波堤外海側(cè)(迎浪側(cè))均為吹填砂,無(wú)任何護(hù)面結(jié)構(gòu),吹填砂形成自然坡直接面對(duì)海浪沖刷,僅僅在最端頭的一小部分做成了拋石潛堤的形式,而且,拋石潛堤也是做在砂墊層之上。

        習(xí)近平在講話中指出,當(dāng)今世界,發(fā)展和變革風(fēng)起云涌。站在歷史前進(jìn)的十字路口,我們應(yīng)該認(rèn)清世界大勢(shì),把握經(jīng)濟(jì)脈動(dòng),明確未來(lái)方向,解答時(shí)代命題。堅(jiān)持推進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化,構(gòu)建開(kāi)放型亞太經(jīng)濟(jì)。堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng),培育增長(zhǎng)新動(dòng)能。堅(jiān)持完善互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò),促進(jìn)包容聯(lián)動(dòng)發(fā)展。堅(jiān)持深化伙伴關(guān)系,攜手應(yīng)對(duì)共同挑戰(zhàn)。

        2)防波堤斷面形式

        防波堤典型斷面圖如下:

        圖6 沙壩防波堤海側(cè)典型斷面示意圖(代案)

        圖7 沙壩防波堤典型斷面港池側(cè)防護(hù)示意圖(代案)

        圖8 沙壩防波堤堤頭段典型斷面示意圖(代案)

        2 方案比選

        2.1 工程量比較

        兩個(gè)設(shè)計(jì)方案均可以滿足業(yè)主的功能要求,但由于防波堤設(shè)計(jì)的理念不同,工程量相差很大。主要工程量對(duì)比如下表。

        表1 主要工程量對(duì)比表

        根據(jù)上表可以看出,代案使用沙壩防波堤方案,相當(dāng)于用365 萬(wàn)方砂取代了375 萬(wàn)t 石料,這是兩個(gè)設(shè)計(jì)方案的最大區(qū)別所在,也是代案優(yōu)化費(fèi)用的關(guān)鍵所在。

        2.2 造價(jià)比較

        1)地材情況

        根據(jù)尼日利亞當(dāng)?shù)厥瞎?yīng)情況:項(xiàng)目附近石料資源匱乏,石場(chǎng)均在100 公里以外,石料費(fèi)單價(jià)高,本次對(duì)比采用20 美元每噸進(jìn)行造價(jià)估算。砂源情況:本項(xiàng)目附近海域砂層較厚,海砂資源豐富,本次造價(jià)對(duì)比按照4 美元每方進(jìn)行造價(jià)估算。

        2)造價(jià)估算對(duì)比

        根據(jù)上述地材價(jià)格情況,對(duì)代案優(yōu)化的費(fèi)用情況進(jìn)行大致估算,如下表。

        表2 主要材料費(fèi)用對(duì)比表

        從上表可以得出,僅材料費(fèi)進(jìn)行計(jì)算來(lái)看,就優(yōu)化節(jié)省費(fèi)用達(dá)到了6 000 多萬(wàn)美元,而且,從施工費(fèi)用上來(lái)講,相對(duì)于沙壩防波堤,拋石堤施工費(fèi)用會(huì)高出很多,預(yù)計(jì)整體優(yōu)化費(fèi)可能會(huì)達(dá)到8 000萬(wàn)美元以上。

        2.3 選定方案

        由于代案設(shè)計(jì)方案在項(xiàng)目建設(shè)總費(fèi)用上優(yōu)勢(shì)特別明顯,而且沙壩防波堤施工需要在一個(gè)旱季內(nèi)完成,所以,代案工期也相對(duì)原案要短,這也迎合了業(yè)主急需碼頭投入使用的要求。業(yè)主針對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行了多次詢價(jià),最后選擇了代案,采用了沙壩防波堤的形式,項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程十分順利。

        3 沙壩防波堤設(shè)計(jì)理念分析

        代案設(shè)計(jì)的沙壩防波堤是否成功,最關(guān)鍵的因素應(yīng)該有兩個(gè):一方面,在設(shè)計(jì)年限內(nèi)沙壩是否會(huì)被沖刷破壞;另一方面,由于吹填砂不同于石料拋填,是否可以吹填成型是實(shí)施階段的關(guān)鍵。代案設(shè)計(jì)在可行性分析中,也重點(diǎn)進(jìn)行了這兩方面的分析,通過(guò)沿岸輸砂和模型試驗(yàn)的結(jié)果從理論上驗(yàn)證了沙壩設(shè)計(jì)理念的可行性。

        3.1 沿岸輸砂

        根據(jù)分析,附近海域存在從西向東的沿岸輸砂現(xiàn)象,理論上沙壩防波堤外側(cè),也就是西側(cè),會(huì)不斷淤積海砂,最后達(dá)到平衡。所以沙壩防波堤不會(huì)被沖刷掉,這是沙壩防波堤設(shè)計(jì)方案的理論精髓所在。另外,代案對(duì)沙壩防波堤的走向?qū)ρ匕遁斏暗挠绊戇M(jìn)行了分析,如圖9 所示[3]。

        圖9 沙壩防波堤走向與沿岸輸砂分析圖

        3.2 施工可行性分析

        作為本項(xiàng)目實(shí)施可行性的重點(diǎn),CDR 從設(shè)計(jì)層面就沙壩防波堤的施工順序提供了概念性規(guī)劃,主要施工順序如圖10 所示[3]。

        圖10 沙壩防波堤施工順序示意

        第一步:使用耙吸船水下拋沙至標(biāo)高-5.5m CD,-5.5 m CD 以上部分采用吹填和陸上回填相結(jié)合的方式完成,同時(shí),沿著岸邊吹填砂沿著沙壩的方向吹填接通到端頭潛堤的位置,同時(shí)在吹填形成的沙堤頂部向潛堤的方向修建臨時(shí)通道。

        第二步:隨著臨時(shí)通道的建設(shè),繼續(xù)向已完成水下砂拋填的潛堤部分吹填和修建,此時(shí)需配合部分陸上運(yùn)輸砂進(jìn)行臨時(shí)通道修建。

        第三步:臨時(shí)通道接通潛堤部分后,在潛堤位置進(jìn)行石料推填,開(kāi)始潛堤結(jié)構(gòu)施工。

        第四步:在已形成掩護(hù)的條件下,進(jìn)行港池和航道疏浚工作,將疏浚砂吹填至外沙壩防波堤西側(cè),同時(shí),東側(cè)沙壩護(hù)岸開(kāi)始施工,并補(bǔ)充防沖刷區(qū)域吹填砂。

        在沙壩防波堤主體完成后,內(nèi)側(cè)的護(hù)坡結(jié)構(gòu)在有掩護(hù)條件下,施工變得十分容易。

        4 沙壩防波堤的可行性驗(yàn)證

        4.1 項(xiàng)目施工過(guò)程驗(yàn)證

        根據(jù)該地區(qū)的海況特點(diǎn),有旱季和雨季之分,旱季從10 月到次年4 月份,旱季海況條件好,沙壩的吹填施工必須在旱季完成主體部分施工,否則到雨季將受到風(fēng)浪的嚴(yán)重沖刷,將無(wú)法完成沙壩防波堤主體施工,功虧一簣。

        該項(xiàng)目施工單位為有名的荷蘭疏浚單位boskalis,在施工過(guò)程中,我們有幸多次進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)參觀,施工過(guò)程十分順利。項(xiàng)目從2017 年11 月份開(kāi)始施工進(jìn)行沙壩防波堤主體施工,到2018 年3月份已完成主體吹填,4 月份已完成沙壩防波堤前段的潛堤主體結(jié)構(gòu),形成主要的防護(hù)結(jié)構(gòu)。施工單位采用2 艘3 000~5 000 方的耙吸船和1 艘小型絞吸船為主要疏浚設(shè)備實(shí)施該項(xiàng)目,成功趕在雨季來(lái)臨前完成了項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)。

        由項(xiàng)目施工過(guò)程的順利實(shí)施情況,可以看出,該沙壩防波堤的方案是實(shí)實(shí)在在可行的一種方案,是一種防波堤設(shè)計(jì)新理念、新思路。

        4.2 其他項(xiàng)目驗(yàn)證

        關(guān)于外側(cè)會(huì)逐漸淤積海砂的趨勢(shì),在萊基港項(xiàng)目的岸灘研究中也有同樣的結(jié)論,從西向東的沿岸輸砂也會(huì)造成同樣的結(jié)果。萊基港防波堤的西防波堤部分大致為南北走向,從2017 年12 月開(kāi)始推填,截止2018 年4 月份完成直線段340 m 主體部分拋石防波堤施工,從萊基港岸線觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看,很好的驗(yàn)證了沿岸輸砂的理論研究,其拋石防波堤外海側(cè)(西側(cè),即圖11 中左側(cè))已嚴(yán)重淤積海砂,形成了大片灘涂,截止2018 年4 月份,相對(duì)于原海岸線,沿著防波堤方向淤積已經(jīng)超過(guò)100 m。海砂淤積對(duì)防波堤形成了一種天然保護(hù)。

        圖11 萊基項(xiàng)目西防波堤外側(cè)回淤情況

        在萊基港防波堤施工過(guò)程中,岸線觀測(cè)結(jié)果再次驗(yàn)證了沿岸輸砂,驗(yàn)證了沙壩防波堤設(shè)計(jì)方案的正確性。

        5 結(jié)語(yǔ)

        目前,該項(xiàng)目已在一個(gè)旱季時(shí)間內(nèi)順利完成了所有主體結(jié)構(gòu)施工內(nèi)容,為業(yè)主節(jié)省了項(xiàng)目造價(jià),縮短了項(xiàng)目工期。該項(xiàng)目根據(jù)項(xiàng)目當(dāng)?shù)厥蠀T乏而海砂豐富的特殊條件,合理利用豐富的海砂資源,結(jié)合沿岸輸砂的岸灘特點(diǎn),成功的將沙壩防波堤設(shè)計(jì)新理念付諸實(shí)施,為特殊條件下防波堤設(shè)計(jì)與施工提供了新穎的思路。

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