洋口港區(qū)人工島工程的沖淤變化

洋口港區(qū)人工島工程的沖淤變化

雙方關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)結(jié)果陽口大橋人工島項(xiàng)目是沙島從離島港口建設(shè)的基礎(chǔ)。多年來，通過現(xiàn)場測量、理論研究、數(shù)值模擬和物理模型試驗(yàn)，我們了解了沙島布局區(qū)南部海上發(fā)展規(guī)律、港口建設(shè)條件、港口規(guī)劃、港口水建筑物設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)。最后，成功完成了人工島的建設(shè)。但輻射沙洲海域海洋動力強(qiáng)、灘槽演變復(fù)雜,人工島建設(shè)及運(yùn)營過程中印證了數(shù)模及物模試驗(yàn)預(yù)示的沖刷現(xiàn)象。本文主要對洋口港區(qū)人工島工程海域沖淤情況進(jìn)行了總結(jié)和初步分析,并提出了防沖維護(hù)措施。1人工島的設(shè)計(jì)1.1人工島的選擇洋口港區(qū)人工島工程選址在江蘇外海輻射沙洲海域的西太陽沙。根據(jù)南京水利科學(xué)研究院對衛(wèi)星遙感資料和歷史測圖的對比分析,西太陽沙洲中部主體是穩(wěn)定的,人工島選擇在南科院論證的西太陽沙-5.0m等深線(以當(dāng)?shù)乩碚撟畹统蔽粸榛鶞?zhǔn),下同)以下核心穩(wěn)定區(qū)域之內(nèi)。該區(qū)域地勢較高且地貌穩(wěn)定,人工島結(jié)構(gòu)局部在-3m等深線附近,大部分在-2m等深線以上1.2人工島的主軸方向和長度分布保護(hù)特征洋口港區(qū)人工島平面形狀采用圓角矩形,其東北采取削角布置,人工島邊界形狀與當(dāng)?shù)刈匀粭l件相適應(yīng)。人工島的主軸方向主要受波浪和海流分布情況及其強(qiáng)度的控制,長軸方向接近東西向,順其自然。洋口港區(qū)人工島最終建設(shè)規(guī)模為長3km左右,寬1km左右,總面積約2.89km1.3島壁采用平護(hù)方式防沖保護(hù)鑒于工程的重要性和所處環(huán)境的復(fù)雜性,人工島在設(shè)計(jì)之初就已充分考慮了防沖措施。本項(xiàng)目拋石斜坡式島壁結(jié)構(gòu)選用平護(hù)與立護(hù)相結(jié)合的方法,充填袋斜坡式島壁選用平護(hù)的方式進(jìn)行防沖保護(hù)。立護(hù)起到固灘作用,采用鋼板樁結(jié)構(gòu),鋼板樁長度考慮沖刷深度及土層特性等因素確定。平護(hù)起到保灘作用,分兩部分,在鋼板樁和斜坡堤坡腳之間,先鋪設(shè)帶砂肋抗老化的機(jī)織針刺復(fù)合土工布軟體排,軟體排上鋪設(shè)二片石墊層,再拋填200~300kg塊石護(hù)底;在鋼板樁外的護(hù)底采用混凝土連鎖塊軟體排,其上拋填200~300kg塊石2分析人工島區(qū)域內(nèi)的沖砂變化2.1人工島海域沖淤現(xiàn)狀洋口港區(qū)人工島2006年12月開工,2008年11月一期(1.44km根據(jù)歷次測量結(jié)果,采取繪制沖淤變化圖、分區(qū)統(tǒng)計(jì)表和等深線變化對比等方法,分別對整體、局部、以及重點(diǎn)水域進(jìn)行沖淤的量化和趨勢分析根據(jù)2006年~2015年間近10年的定期測量數(shù)據(jù),繪制的測區(qū)地貌圖(圖3)宏觀展示了人工島海域的整體地形地貌的演變情勢。從圖3可以看到,西太陽沙洲東端頭表現(xiàn)為持續(xù)沖刷,向西萎縮,向南擺動的情勢。采用圓角矩形的人工島在波浪與潮流的作用下,“凸”點(diǎn)均表現(xiàn)為沖刷狀態(tài):東北島壁外水下地形沖刷范圍持續(xù)擴(kuò)大,沖坑漸深;人工島東南島壁有沖刷坑形成,沖刷范圍不斷擴(kuò)大;人工島西北雖然建成時間較短,但沖刷現(xiàn)象也較明顯。人工島南部海事碼頭的北側(cè)區(qū)域和東側(cè)區(qū)域的西太陽沙洲淤積現(xiàn)象明顯明顯。西太陽沙洲及人工島的沖淤情勢與建設(shè)前開展的有關(guān)數(shù)模、物模試驗(yàn)結(jié)果相吻合,沖淤變化尚在工程可控范圍之內(nèi)。但沖刷較為嚴(yán)重的區(qū)域宜盡快開展防護(hù)措施,確保工程安全。2.2人工島底部西太陽沙移動情況人工島東側(cè)西太陽沙自工程建設(shè)以來持續(xù)沖刷,根據(jù)歷年定期測量圖繪制了0m等高線、1m等高線、2m等高線變化對比圖,并結(jié)合西太陽沙固定斷面變化圖,統(tǒng)計(jì)分析出人工島東側(cè)的西太陽沙從2006年11月至今向西平均移動了1900m,平均向南移動了270m,西太陽沙面積縮小明顯。從2008年4月份定期測量成果圖開始,人工島東南側(cè)西太陽沙2m等高線被人工島東南角的沖刷溝斷開。從2013年6月開始,人工島東側(cè)的西太陽沙沖刷速度加快。本區(qū)域目前雖有沖深,但沖刷幅度尚未危及人工島結(jié)構(gòu)安全區(qū)域,可加強(qiáng)監(jiān)測,一旦發(fā)現(xiàn)沖淤區(qū)域危及結(jié)構(gòu)安全,應(yīng)及時采取工程措施進(jìn)行維護(hù)。2.3坑底沖刷水口管線范圍人工島東北側(cè)堤外地形從人工島建設(shè)開始至今持續(xù)沖刷(LNG取水管線與LNG棧橋之間)并有大沖刷坑形成。近期測量成果圖沖刷坑范圍較2014年7月測圖明顯擴(kuò)大。目前坑底最深水深-18.7m,此位置靠近取水口管線,距離最近LNG取水口管線軸線距離30m,較2014年7月測圖水深沖刷了4.2m。目前沖刷坑長410m,寬225m(-10m等深線范圍),較2014年7月沖刷范圍加長了65m,變寬了50m。由于本區(qū)域沖刷嚴(yán)重,危及結(jié)構(gòu)安全,需采取工程措施進(jìn)行維護(hù)。2.4島壁下天然鋼板樁沖淤從圖4可以直觀地看出,從2008年5月至2014年7月,在人工島的東南角島壁外有沖刷坑形成,且沖刷范圍逐漸增大。該沖溝已經(jīng)侵蝕部分連鎖塊軟體排以及護(hù)底塊石,塌陷面積比較大。經(jīng)過現(xiàn)場勘測,拍攝塌陷現(xiàn)場照片見圖5。塌陷位置最近距離島壁軸線54m,較2014年7月測圖塌陷范圍向島壁沒有變化,塌陷位置距離島壁外防護(hù)鋼板樁2.6m,塌陷處還保持有塊石覆蓋。根據(jù)最新測圖繪制東南角外沖刷坑地貌見圖6。2.5島壁外沖刷人工島西北角海底地形從島壁建成開始至今,沖刷成坑,坑的范圍緩慢擴(kuò)大,逐漸向北側(cè)深水區(qū)域擴(kuò)展。目前坑底最深水深-5m,較島壁建成前沖刷了5.6m。沖刷坑靠近島壁邊緣緊貼島壁外護(hù)底石塊邊緣。根據(jù)最新測圖繪制西北角外沖刷坑地貌見圖7。本區(qū)域目前雖然有沖深,但尚未危及結(jié)構(gòu)安全的區(qū)域,應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測,適時采取工程措施進(jìn)行維護(hù)。3人工島的預(yù)防和清潔3.1島壁沖淤防護(hù)通過對西太陽沙洲及人工島的沖淤情勢進(jìn)行深入分析,確定維護(hù)工程實(shí)施原則如下:1)對于沖刷嚴(yán)重,危及結(jié)構(gòu)安全區(qū)域,需及時采取工程維護(hù)措施;2)對于淤積區(qū)域和目前雖然有沖深,但尚未危及結(jié)構(gòu)安全的區(qū)域,應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測,一旦發(fā)現(xiàn)沖淤區(qū)域會危及結(jié)構(gòu)安全,應(yīng)及時采取工程維護(hù)措施;3)對于已經(jīng)實(shí)施防護(hù)工程,目前沖淤變化不大的區(qū)域,應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測。目前人工島東南角和東北角的沖刷已經(jīng)危及島壁結(jié)構(gòu)安全,應(yīng)及時采取工程措施進(jìn)行防護(hù)。維護(hù)方案重點(diǎn)關(guān)注沖刷范圍和所采取的結(jié)構(gòu)措施。3.2護(hù)底結(jié)構(gòu)防沖刷維護(hù)對于人工島東南角沖刷區(qū)域,該沖溝已經(jīng)侵蝕部分連鎖塊軟體排以及護(hù)底塊石,塌陷面積比較大,低潮時在此塌陷區(qū)域上行走明顯能聽到在拋石護(hù)底下有流水的響聲,因此在進(jìn)行防護(hù)之前,需進(jìn)一步探明拋石護(hù)底下形成孔洞的范圍,為解決島壁沖刷問題提供依據(jù)?；谀壳暗那闆r,需對原設(shè)計(jì)斷面內(nèi)已經(jīng)塌陷的護(hù)底結(jié)構(gòu)全部進(jìn)行修復(fù),原設(shè)計(jì)斷面護(hù)底結(jié)構(gòu)外按現(xiàn)狀地形自然坡度放坡防護(hù)。最終確定防沖刷維護(hù)范圍為距島壁軸線90m范圍內(nèi)恢復(fù)至原設(shè)計(jì)斷面,坡腳原護(hù)底之間拋填形成平臺;90m范圍外按1:6放坡至天然泥面。防沖刷維護(hù)范圍見圖8。距島壁軸線90m范圍內(nèi),護(hù)底結(jié)構(gòu)底部被沖刷的區(qū)域,應(yīng)先用級配碎石回填至原設(shè)計(jì)高程,然后按原設(shè)計(jì)要求修復(fù)護(hù)底結(jié)構(gòu)。對于坡腳外側(cè)的沖坑,拋填形成高程4.0m的平臺進(jìn)行防護(hù),平臺堤心由袋裝級配碎石組成,外側(cè)依次拋填500mm厚的二片石和1800mm厚的200~300kg塊石。新拋填的平臺應(yīng)與原護(hù)底結(jié)構(gòu)順暢銜接。距島壁軸線90m外側(cè)的沖槽,在維護(hù)平臺外按1:6放坡至天然泥面,結(jié)構(gòu)形式與平臺相同。防沖刷維護(hù)結(jié)構(gòu)方案見圖9。2范圍:確定防護(hù)平臺范圍對于人工島東北角沖刷區(qū)域,坡腳外側(cè)的沖坑尚未淘刷侵蝕至護(hù)底結(jié)構(gòu),只需對坡腳外側(cè)的沖坑進(jìn)行灘面防護(hù)。防沖刷維護(hù)范圍確定為距島壁軸線110m范圍內(nèi),坡腳和護(hù)底結(jié)構(gòu)之間拋填形成平臺進(jìn)行防護(hù);110m范圍外按1:6放坡至天然泥面。防沖刷維護(hù)范圍見圖10。距島壁軸線110m范圍內(nèi),拋填形成防護(hù)平臺的高程為0.0m,其它結(jié)構(gòu)型式與東南角相同。在靠近取水管線區(qū)域的防護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)與取水管區(qū)域沖刷處理方案相結(jié)合并順暢銜接過渡。防沖刷維護(hù)結(jié)構(gòu)方案見圖11。3.3帶挖機(jī)船拋填本項(xiàng)目防沖維護(hù)方案的施工內(nèi)容均在海平面以下實(shí)施,施工全部依靠人工及船舶水上進(jìn)行。袋裝級配碎石、二片石墊層、護(hù)底塊石等均為常規(guī)的拋理散料施工,可采用帶挖機(jī)的半艙駁裝石料定位,采用船上挖機(jī)將灌袋碎石和塊石直接拋到水下,潛水員指揮拋填位置并配合水下理平施工。拋填時勤測水深,以免超拋或漏拋。人工島北側(cè)風(fēng)浪較大,為保證石料能準(zhǔn)確打到?jīng)_坑內(nèi),應(yīng)根據(jù)水下地形圖畫出要拋填石料的范圍,船上設(shè)專門測量人員和技術(shù)人員根據(jù)石料需拋填的范圍指揮挖機(jī)船拋填,避免石料拋到未沖刷的地方,造成浪費(fèi)。根據(jù)之前LNG碼