水力插板在海港工程中的應(yīng)用＊

劉愛霞,何富榮

(1.山東誠基工程建設(shè)有限公司,山東青島 266071;

2.東營樁建水力插板有限公司,山東 東營 257000)

航道是建設(shè)港口的先決條件,對淤泥質(zhì)河口或海岸而言,構(gòu)筑兩條攔沙堤壩形成穩(wěn)定的港口航道是一種科學(xué)的方案。采用傳統(tǒng)技術(shù)在海中建設(shè)堤壩主要存在以下幾個問題：1)堤壩基礎(chǔ)置于海底面上容易被沖刷掏空;2)壩體結(jié)構(gòu)由塊石和混凝土預(yù)制塊等材料組成,容易被風(fēng)浪沖毀。解決上述問題需要大量的資金投入,而一般的工程項目采用這種方法是比較困難的。

如何以較少的資金投入,建成安全穩(wěn)定的航道攔沙堤壩是大家共同關(guān)心的問題。水力插板為實現(xiàn)這一目標(biāo)創(chuàng)造了條件,水力插板具有下列優(yōu)勢：1)安全穩(wěn)定性明顯增強(qiáng),上部壩體與地下基礎(chǔ)是一個鋼筋混凝土整體具有很強(qiáng)的抗水毀能力;2)施工速度大幅度提高,水力插板采用預(yù)制化工廠化生產(chǎn),大幅度提高了施工速度;3)工程造價得到有效控制,水力插板堤壩由于施工方式發(fā)生了根本變化,極大地縮小了水陸域施工方面的差異,在地質(zhì)狀況比較復(fù)雜的地區(qū)效果更加明顯[1,2]。

將上述水力插板技術(shù)應(yīng)用到海港工程中具有其特殊優(yōu)勢。2007年利用水力插板技術(shù)在東營中心漁港建成了115m實驗堤壩(航道攔沙堤壩),通過現(xiàn)場試驗逐步形成了水力插板與拋石防護(hù)相結(jié)合這樣一種工程建設(shè)模式;經(jīng)過近幾年的觀測記錄,證明了此種模式的可行性,并推廣應(yīng)用到實際工程項目中。

1 實驗堤壩概況

1.1 工程位置及結(jié)構(gòu)

為了對水力插板建設(shè)海上堤壩進(jìn)行系統(tǒng)實驗,2007年10月8日在東營中心漁港設(shè)計建設(shè)航道攔沙堤的線路上采用長度9 m、寬度1.2 m、厚度0.32 m的水力插板建成了115m實驗堤壩,工程建設(shè)位置及結(jié)構(gòu)圖分別見圖1、圖2。

圖1 工程位置圖(m)Fig.1 Project location chart(m)

圖2 實驗堤壩結(jié)構(gòu)圖(m)Fig.2 Section of the experimental dam(m)

圖3 拋填塊石后的堤壩結(jié)構(gòu)圖(m)Fig.3 Section of the dam with riprap protection(m)

1.2 工程地質(zhì)

堤壩建設(shè)位置地質(zhì)資料(反映水力插板堤壩建設(shè)位置的地層為粉質(zhì)沙土)

1)粉土(Q4m+al)

土黃色～黃褐色,中密～密實(局部表層為松散),飽和,搖振反應(yīng)中等,局部搖振反應(yīng)迅速,無光澤反應(yīng),韌性、干強(qiáng)度低。局部夾有粉質(zhì)粘土及粉砂薄層,另局部表層含有淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及較多的貝殼碎片。

該層在場地內(nèi)均有分布,厚度8.9～13.7 m,平均12.11 m,底層標(biāo)高-11.62～-15.58m,埋深8.9～13.7m。

2)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及設(shè)計參數(shù)建議值統(tǒng)計表(表1)

表1 物理力學(xué)指標(biāo)Table 1 Index o f phisicalmechnics

1.3 實驗效果

由于堤壩的形成改變了海水流動方向,兩側(cè)地面高程從0 m被沖刷到-2 m以下,寬度為5m,5 m以外沖刷深度逐步變淺,沖刷之后砼板入土深度與地面以上高度的比例為1.25∶1。實驗堤壩在風(fēng)浪沖擊下能站立住,主要原因是這段堤壩采取了水力插板導(dǎo)流回淤自動填沙技術(shù)增強(qiáng)了砼板的穩(wěn)定性[3]。

2 堤壩的現(xiàn)場試驗

經(jīng)過一個多月的連續(xù)觀測,證明水力插板兩側(cè)地面沖刷狀況已經(jīng)穩(wěn)定。2007年11月14日在115 m堤壩兩側(cè)共拋投塊石280 m3(拋石護(hù)坡斷面圖見圖3),拋石護(hù)坡形成后,堤壩兩側(cè)地面回淤升高,散拋的塊石全部保持安全穩(wěn)定。之后進(jìn)行連續(xù)觀察測量,截止2009年3月14日經(jīng)過近2 a時間證明水力插板及兩側(cè)散拋的塊石全部保持安全穩(wěn)定,實驗堤壩安全穩(wěn)定性能實測資料見圖4。

圖4 實驗堤壩安全穩(wěn)定性能實測資料(m)Fig.4 Observational data(m)for safety and stability o f the experimental dam

2007年10月8日水力插板實驗堤壩形成時受風(fēng)浪沖刷兩側(cè)地面高程降低到-2 m～-2.5m。2007年11月14日拋投塊石形成高度1 m的護(hù)坡之后兩側(cè)被沖刷的地面也同時回淤升高1 m。這一現(xiàn)狀證明已建成的實驗堤壩能夠長期安全穩(wěn)定。同時也使我們認(rèn)識到今后在建設(shè)海上水力插板堤壩時插板工作與拋石防護(hù)工作應(yīng)該同步進(jìn)行,如果等到地面沖刷之后再拋石防護(hù)不僅影響安全也增大了施工成本。

經(jīng)過長期的現(xiàn)場試驗逐步形成了水力插板與拋石防護(hù)相結(jié)合這樣一種工程建設(shè)模式。它能夠充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢同時又彌補(bǔ)了對方的弱點,有效地解決了建設(shè)海上堤壩的各種難題,成為一種破除攔門沙建設(shè)深水航道的較佳方案。分析對比綜合經(jīng)濟(jì)效益在安全穩(wěn)定方面它占有特殊優(yōu)勢,降低工程造價的優(yōu)勢更為明顯。

2009年5月建設(shè)420m正式工程堤壩,工程位置圖見圖1,工程設(shè)計斷面圖見圖5。

圖5 堤壩斷面圖Fig.5 Section across the dam

從2007年開始在東營中心漁港水域先后建成兩段水力插板航道攔沙堤壩,標(biāo)志著這項技術(shù)建設(shè)海上堤壩實現(xiàn)了從長期探索試驗到按設(shè)計圖紙建設(shè)正式工程的一個重要轉(zhuǎn)折。通過實際工程清楚地看到了利用水力插板建設(shè)海上堤壩的特殊優(yōu)勢。

3 結(jié) 論

破除攔門沙建設(shè)深水航道是國內(nèi)外共同面臨的難題,采用傳統(tǒng)技術(shù)施工在風(fēng)浪沖擊、地層液化等不利因素影響下會遇到很多困難,為解決這些難題,經(jīng)過多年試驗和探索,逐步形成了一種水力插板與拋石防護(hù)相結(jié)合的施工建設(shè)技術(shù)。兩者的結(jié)合解決了海中堤壩地下生“根”和上部壩體容易被風(fēng)浪沖毀的問題,形成了一種破除攔門沙建設(shè)深水航道的新模式。

在水力插板兩側(cè)拋投塊石形成護(hù)坡和在海中拋石筑壩是完全不同的,前者相當(dāng)于墻根底下堆石頭基本上不存在安全穩(wěn)定方面的問題;后者要保持安全穩(wěn)定卻是一個較難解決的問題。水力插板與拋石防護(hù)相結(jié)合使雙方揚長避短發(fā)揮了各自的優(yōu)勢,能夠在大幅度降低工程造價的同時,又解決了安全穩(wěn)定方面的問題,而且施工速度更快。東營中心漁港航道攔沙堤工程的建設(shè),說明水力插板技術(shù)在海洋工程建設(shè)中具有良好的推廣應(yīng)用前景。

[1] 何富榮.水力插板建設(shè)航道攔沙堤壩[J].港工技術(shù),2008(2)：21-23.

[2] 何富榮.水力插板航道攔沙堤壩：中國,200620080738[P].2007-01-24.

[3] 何富榮.水力插板導(dǎo)流回淤自動填沙裝置：中國,200820171763[P].2009-07-15.