NP1—3D灘海人工島沉降的處理

張彥龍 李順利

1中國石油冀東油田分公司2南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程國家重點實驗室

NP1—3D灘海人工島沉降的處理

張書紅1張彥龍1李順利1焦志斌2

1中國石油冀東油田分公司2南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程國家重點實驗室

人工島施工期安全監(jiān)測的主要目的是控制圍堤和島體加載速率，以及圍堤護坡穩(wěn)定。采用指數(shù)曲線對實測沉降-時間過程線進行擬合，施工期結(jié)束6個月后，圍堤地基平均固結(jié)度為83%，在沒有外荷載的情況下，人工島圍堤工后平均沉降量約為51mm，圍堤工后沉降對防浪墻和護面結(jié)構(gòu)有一定的影響。島體沉降沒有收斂，最終沉降無法推算。現(xiàn)場觀測能客觀準確地反應(yīng)地基在時間和空間上的沉降分布和變化規(guī)律，施工期和工后監(jiān)測宜采用自動化，再結(jié)合理論計算，可以推算多種工況影響下地基的階段沉降量和變化趨勢。

人工島；安全監(jiān)測；圍堤；島體；沉降

灘海人工島工程處在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，施工期的安全監(jiān)測直接關(guān)系到人工島工程的安全建設(shè)和后期運行管理。冀東南堡油田NP1—3D位于河北省唐山市灤南縣北堡村南側(cè)，南堡村西南側(cè)，南堡淺灘-5m等深線附近，呈近似橢圓形布置，采用袋裝砂斜坡堤結(jié)構(gòu)，島心采用吹填砂形成。NP1—3D具有以下四個特點：①人工島建在北高南低的海溝邊緣，和周邊構(gòu)筑物建設(shè)嚴重影響局部的水動力環(huán)境；②周邊水深大，原泥面高程約-5.3m，高潮時水深超過9m，是中國石油水深最大的人工島；③吹填高度大，島體平均吹填高度13.5m，是中國石油吹填高度最大的人工島；④距離陸域較遠，聯(lián)系不便，受氣候及海洋等環(huán)境因素較大。

1 工程概況

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，海區(qū)海底較平坦，勘探深度內(nèi)巖土空間分布較復(fù)雜，對工程影響較大的是第一層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。第一層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土呈流塑狀態(tài)，含水率較高，成分不均勻，含有機質(zhì)，層厚2～4m，承載力極低。圍堤基層采用通長袋裝砂被，砂被以上棱體分為二級，均采用內(nèi)外袋裝砂棱體，中間為吹填砂堤心。第一級棱體由通長砂被填筑至設(shè)計高水位以上，棱體頂標高+4.0m，第二級棱體填筑在第一級棱體及吹填砂上，填筑至防浪墻及墊層下。圍堤采用3t扭王字塊體護面，拋石墊層，坡比1∶2.5，一級棱體頂部設(shè)置1m寬平臺。

2 施工期沉降及影響因素

由于圍堤及吹填區(qū)域為軟土地基，圍堤施工和吹填陸域時，若施工加載速度過快或處置不當，以及強風(fēng)暴潮的作用，極易造成地基破壞或失穩(wěn)事故發(fā)生。因此，人工島施工期必須進行安全監(jiān)測。監(jiān)測的主要目的是控制圍堤和島體加載速率，以及圍堤護坡穩(wěn)定。圍堤穩(wěn)定觀測共設(shè)置4個觀測斷面，東、南、西、北側(cè)堤各1個，島體吹填區(qū)對應(yīng)布置4個地面沉降斷面。

人工島施工期圍堤沉降監(jiān)測結(jié)果見表1，典型斷面沉降過程線如圖1所示。采用指數(shù)曲線對實測沉降-時間過程線進行擬合，最終沉降量與固結(jié)度計算采用式（1）和式（2）

式中S∞為最終沉降量（mm）；S1、S2、S3分別為從停載后沉降-時間過程線上等時間間隔選取的3個沉降值（mm）；U為固結(jié)度（%）；St為t時刻實測沉降量（mm）。

施工期結(jié)束6個月后，圍堤地基平均固結(jié)度為83%，在沒有外荷載的情況下，人工島圍堤工后平均沉降量約為51mm，且圍堤沉降已經(jīng)趨于收斂穩(wěn)定，圍堤工后沉降對防浪墻和護面結(jié)構(gòu)有一定的影響。島體沉降沒有收斂，最終沉降無法推算。

表1 圍堤斷面沉降觀測

圖1 圍堤WT—3斷面沉降過程線

在荷載不變的情況下，地基的總沉降包括初始沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。對于1#～3#人工島工程，地基沉降量除上述3個部分外，還包括外荷載變化引起的沉降，以及島體水平位移引起的沉降。外荷載變化主要包括地面臨時堆載和長期堆載，設(shè)備、交通活載，以及震動荷載。

由于外荷載變化引起的沉降和島體水平位移引起的沉降有局部性和時間效應(yīng)，除了會增加局部區(qū)域的總沉降量，更為嚴重的是在局部區(qū)域產(chǎn)生不均勻沉降，如防浪墻連接處、輸油和輸水管線連接處、道路兩側(cè)、北側(cè)圍堤（主要是活載）等。因此，施工期監(jiān)測技術(shù)標準要考慮沉降的時間效應(yīng)和影響因素。

3 沉降處理措施

對于地基沉降，目前的理論計算非常繁雜，而且受諸多參數(shù)影響，誤差較大。現(xiàn)場觀測能客觀準確地反應(yīng)地基在時間和空間上的沉降分布和變化規(guī)律，施工期和工后監(jiān)測宜采用自動化，再結(jié)合理論計算，可以推算多種工況影響下地基的階段沉降量和變化趨勢，達到解決沉降對工程安全及使用的影響。對于圍堤結(jié)構(gòu)的沉降，主要受圍堤地基沉降和圍堤側(cè)向水平位移的影響。根據(jù)人工島圍堤沉降和水平位移監(jiān)測成果，再結(jié)合階段的理論分析和計算，可以準確了解不同工況下，圍堤地基工后沉降變化規(guī)律。

防浪墻結(jié)構(gòu)建立在二級和三級棱體結(jié)合處，與島體吹填砂結(jié)構(gòu)連接，受變形和不均勻沉降影響最大，應(yīng)該采取與圍堤結(jié)構(gòu)相同的工程措施。

島上采油設(shè)施基礎(chǔ)建立在島體吹填砂上，不同的結(jié)構(gòu)物對應(yīng)的基礎(chǔ)形式有所差異，結(jié)構(gòu)自重相差也較大，由于在工程設(shè)計階段缺乏對沉降機理的認識，結(jié)構(gòu)設(shè)計自身存在缺陷，工程措施要區(qū)別對待，可以采用現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)合理論分析的控制措施。

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.020