大涌浪條件下回填砂防護方案的研究與運用

楊輝 王煒 中交廣州航道局有限公司

1.工程概況

加納特碼新集裝箱碼頭海事工程位于非洲西部沿海，幾內(nèi)亞灣，緊鄰大西洋，施工區(qū)海域涌浪高度大、周期長。在幾內(nèi)亞灣中，波向以S～SW為主，主要集中在180～255°之間，波高往往在1～2m之間，周期長，在10～16s左右，屬于典型的中長周期波大涌浪工況。涌浪是影響項目吹填施工的關(guān)鍵因素之一。

因防波堤與回填施工同步進行，吹填區(qū)屬無掩護施工，因涌浪大，直面沖刷，回填砂流失較大，不僅增加施工成本，還將面臨節(jié)點無法按期完成的巨大風(fēng)險。修建臨時圍堰是防止回填砂流失和防護已形成陸域的有效措施之一。本項目在投標(biāo)階段計劃在距離碼頭前沿線81m的位置修建沖填砂袋臨時圍堰，然后進行吹填施工。但項目進場后，多次組織技術(shù)人員對施工現(xiàn)場進行踏勘分析論證，認為該方案在無掩護條件下無法實施。為了保護回填砂，按期完成節(jié)點移交，避免業(yè)主巨額的節(jié)點誤期罰款，項目部迫切需要尋找到更適合本項目吹填防護的方法。結(jié)合現(xiàn)場情況及以往的施工經(jīng)驗，確定了四種方案，并對方案進行了試驗以驗證其可行性。

2.施工方案的選擇

2.1 方案簡述

（1）拋石圍堰方案。拋石圍堰是一種傳統(tǒng)的圍堰施工技術(shù)，通過用開體泥駁或者自卸車等設(shè)備在碼頭后方拋設(shè)一條頂面高程+3m的拋石圍堰，以防止涌浪沖刷回填區(qū)。主要施工過程有堤心石拋填、防沖刷層、護腳塊石施工以及墊層塊石施工等。

（2）拋石貼面方案。在交地邊界范圍以外，人為開挖一個坡面，在坡面上放置土工布和石塊以達到防護回填砂的目的。根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)顯示剛剛吹填完成時，吹填邊坡的坡比在1∶10左右，坡長較長，直接迎浪，無法施工。為了營造干地的施工條件，先超出交地邊界范圍進行吹填施工，然后用機械設(shè)備開挖出貼面防護工作面，最后在鋪設(shè)土工布和拋石防護。

（3）小砂袋貼面方案。該方案實施原理與拋石貼面方案相同，需先超吹填，然后退回開挖，營造干地施工條件，形成斷面后對斷面進行小砂袋貼面保護回填砂，唯一區(qū)別為拋石和拋砂袋。

（4）鋼板樁方案。鋼板樁方案同前兩種方案有相似之處，第一步同樣是在交地邊界范圍外超吹填，形成有效工作面，隨后在干地條件下施打鋼板樁。

2.2 確定最優(yōu)方案

綜合考慮方案的工期、成本、工程量、材料機械設(shè)備等限制性因素，結(jié)合項目的工況，對上述各方案逐個分析并進行現(xiàn)場試驗，檢驗可行性。情況分析如下：

（1）拋石圍堰方案。拋石圍堰進行防護回填砂工藝比較成熟，本項目風(fēng)浪較大的情況下能防止回填砂流失，現(xiàn)場也有船機資源。但拋石圍堰工程量太大（約13萬m3），將會導(dǎo)致防波堤施工進度滯后且成本較大，約800萬美元。后期需要將圍堰挖除，工作量大。

（2）拋石貼面方案。經(jīng)分析，該方案需要大量機械設(shè)備開挖基槽及拋石理坡，開挖土方量大，現(xiàn)場協(xié)調(diào)難度大；現(xiàn)場的工程技術(shù)人員無法滿足現(xiàn)場工作開展，需要國內(nèi)調(diào)配工程技術(shù)人員；加納當(dāng)?shù)?～2t的塊石資源緊缺，價格昂貴，經(jīng)測算需要350萬美元；拋石貼面將來需要挖除，挖除工作量大且散落的塊石會影響地基處理；經(jīng)現(xiàn)場試驗，在回填砂內(nèi)開挖斷面，因滲水原因斷面無法形成，拋石方案基本不可行。

（3）小砂袋貼面方案。本方案和拋石貼面方案類似，成本較拋石貼面成本低。后期同樣需要將砂袋挖除，但由于不能形成斷面，方案基本不可行。

（4）鋼板樁方案。該方案施工工藝簡單，不需要大量人員和機械，施工效率高，在一個半月內(nèi)可完成，并且鋼板樁拔出后可用于下一個碼頭泊位后的回填砂防護，可循環(huán)使用，經(jīng)測算整個項目防護成本約256萬美元；經(jīng)驗算，鋼板樁方案在施打至-8mCD時結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全有效，方案可行。此外，以色列項目有成功運用鋼板樁保護回填砂的經(jīng)驗。

經(jīng)過分析比較方案四鋼板樁防護方案最佳。

3.鋼板樁方案的實施

在離碼頭基槽前沿線北側(cè)約175m建一條鋼板樁防護墻，位置示意圖見圖1。施工的方向和吹填的方向保持一致。

（1）鋼板樁穩(wěn)定性驗算。在季風(fēng)期條件下，鋼板樁外側(cè)的回填砂可能被嚴重淘刷而導(dǎo)致鋼板樁失穩(wěn)。為保證鋼板樁穩(wěn)定，經(jīng)過設(shè)計單位驗算分析得出結(jié)論：11.8m長鋼板樁施打到原海床面后，鋼板樁的岸側(cè)標(biāo)高不超過+1mCD，海側(cè)經(jīng)過海浪淘刷后的標(biāo)高不低于-1mCD時鋼板樁是穩(wěn)定的。

（2）耙吸船超吹填施工。根據(jù)合同要求，吹填區(qū)6 個區(qū)域的交地順序依次為section1、section2、section3、section4、section6、section7，吹填區(qū)分區(qū)詳見圖1。根據(jù)鋼板樁施工方案，鋼板樁將從西往東施工，施工位置在碼頭前沿線后方約175m處，而此處區(qū)域?qū)儆谛枳钕纫平粯I(yè)主的范圍。

圖1 吹填區(qū)分區(qū)及耙吸船艏吹管線布置圖

為了給鋼板樁方案實施創(chuàng)造干地施工條件，項目部多次與業(yè)主協(xié)商，調(diào)整節(jié)點交地范圍，推遲移交距碼頭前沿線后方200 m 范圍，最終獲得業(yè)主的同意。同時及時調(diào)整施工計劃，優(yōu)先吹填碼頭前沿線后方175m范圍的區(qū)域，即鋼板樁施工位置，并每天進行水深測量，監(jiān)控水下邊坡，防止回填砂流入碼頭基槽。吹填方向與鋼板樁施工方向一致，由西向東進行吹填。

（3）導(dǎo)向架、垂直檢測尺的使用。利用導(dǎo)向架及垂直檢測尺可有效避免整體軸線位置偏差、豎向傾斜等質(zhì)量通病問題。主要施工流程如下：制作導(dǎo)向架→施工精確放樣后開始打定位樁→將導(dǎo)向架放置在定位樁上，并用點焊使其固定→開始打首根鋼板→每打入1～2m用垂直檢測尺檢測其垂直度，并及時調(diào)整吊機的位置。

（4）監(jiān)測鋼板樁前后水深。根據(jù)鋼板樁的穩(wěn)定性驗算結(jié)果，樁前砂面標(biāo)高低于-1m時鋼板樁將不穩(wěn)定。為了監(jiān)測鋼板樁前后的回填砂標(biāo)高，每天在低潮時用RTK或者水坨測量其標(biāo)高。當(dāng)鋼板樁海側(cè)標(biāo)高低于-1m時，將在防護墻靠海側(cè)放置砂袋。

在實際檢監(jiān)測過程中，涌浪在淘刷過程中板樁墻前后的高差變化不大，不超過1m。并隨著防波堤的逐漸推進，對吹填區(qū)逐漸形成掩護，鋼板樁防護墻也趨于穩(wěn)定。

（5）低潮施工。隨著鋼板樁逐漸往東施工，在沒有防波堤掩護下涌浪越來越大，回填砂被淘刷的越來越嚴重，耙吸船的的吹填不能快速形成干地施工條件，特別是高潮時預(yù)定的鋼板樁位置在海水中，施工機械沒有工作面，只能暫停施工。因此，需要在現(xiàn)場安裝照明燈，靈活安排施工作業(yè)時間，利用低潮時施工，高潮時休息，盡快完成防護墻施工。

（6）鋼板樁后方鋪設(shè)土工布。為避免大涌浪和大潮期，海水越過鋼板樁而沖刷后方的回填砂，在鋼板樁后方的砂坡上鋪設(shè)上土工布，以有效防護回填砂。

4.應(yīng)用效果

鋼板樁防護墻完成400m后，經(jīng)過1個月的監(jiān)測，期間經(jīng)歷“大潮”，雖然現(xiàn)場涌浪大，但鋼板樁成功將后方回填砂防護住。由于鋼板樁防護墻的保護，使吹填節(jié)點按期完成，并收到業(yè)主的表揚信，業(yè)主就項目部克服重重困難，砥礪奮進，優(yōu)質(zhì)高效地完成各個節(jié)點給予了高度肯定。

5.結(jié)語

在加納特碼項目吹填工程實施過程中，面臨著涌浪大、周期長和無掩護的惡劣工況，既定的袋裝砂圍堰方案無法實施的難題。通過對回填砂防護方案的研究，成功找到鋼板樁防護回填砂的施工方案，為類似工程提供經(jīng)驗。