水力插板在海港工程中的应用＊

刘爱霞,何富荣

(1.山东诚基工程建设有限公司,山东青岛 266071;

2.东营桩建水力插板有限公司,山东 东营 257000)

航道是建设港口的先决条件,对淤泥质河口或海岸而言,构筑两条拦沙堤坝形成稳定的港口航道是一种科学的方案。采用传统技术在海中建设堤坝主要存在以下几个问题：1)堤坝基础置于海底面上容易被冲刷掏空;2)坝体结构由块石和混凝土预制块等材料组成,容易被风浪冲毁。解决上述问题需要大量的资金投入,而一般的工程项目采用这种方法是比较困难的。

如何以较少的资金投入,建成安全稳定的航道拦沙堤坝是大家共同关心的问题。水力插板为实现这一目标创造了条件,水力插板具有下列优势：1)安全稳定性明显增强,上部坝体与地下基础是一个钢筋混凝土整体具有很强的抗水毁能力;2)施工速度大幅度提高,水力插板采用预制化工厂化生产,大幅度提高了施工速度;3)工程造价得到有效控制,水力插板堤坝由于施工方式发生了根本变化,极大地缩小了水陆域施工方面的差异,在地质状况比较复杂的地区效果更加明显[1,2]。

将上述水力插板技术应用到海港工程中具有其特殊优势。2007年利用水力插板技术在东营中心渔港建成了115m实验堤坝(航道拦沙堤坝),通过现场试验逐步形成了水力插板与抛石防护相结合这样一种工程建设模式;经过近几年的观测记录,证明了此种模式的可行性,并推广应用到实际工程项目中。

1 实验堤坝概况

1.1 工程位置及结构

为了对水力插板建设海上堤坝进行系统实验,2007年10月8日在东营中心渔港设计建设航道拦沙堤的线路上采用长度9 m、宽度1.2 m、厚度0.32 m的水力插板建成了115m实验堤坝,工程建设位置及结构图分别见图1、图2。

图1 工程位置图(m)Fig.1 Project location chart(m)

图2 实验堤坝结构图(m)Fig.2 Section of the experimental dam(m)

图3 抛填块石后的堤坝结构图(m)Fig.3 Section of the dam with riprap protection(m)

1.2 工程地质

堤坝建设位置地质资料(反映水力插板堤坝建设位置的地层为粉质沙土)

1)粉土(Q4m+al)

土黄色～黄褐色,中密～密实(局部表层为松散),饱和,摇振反应中等,局部摇振反应迅速,无光泽反应,韧性、干强度低。局部夹有粉质粘土及粉砂薄层,另局部表层含有淤泥质粉质粘土及较多的贝壳碎片。

该层在场地内均有分布,厚度8.9～13.7 m,平均12.11 m,底层标高-11.62～-15.58m,埋深8.9～13.7m。

2)物理力学性质指标及设计参数建议值统计表(表1)

表1 物理力学指标Table 1 Index o f phisicalmechnics

1.3 实验效果

由于堤坝的形成改变了海水流动方向,两侧地面高程从0 m被冲刷到-2 m以下,宽度为5m,5 m以外冲刷深度逐步变浅,冲刷之后砼板入土深度与地面以上高度的比例为1.25∶1。实验堤坝在风浪冲击下能站立住,主要原因是这段堤坝采取了水力插板导流回淤自动填沙技术增强了砼板的稳定性[3]。

2 堤坝的现场试验

经过一个多月的连续观测,证明水力插板两侧地面冲刷状况已经稳定。2007年11月14日在115 m堤坝两侧共抛投块石280 m3(抛石护坡断面图见图3),抛石护坡形成后,堤坝两侧地面回淤升高,散抛的块石全部保持安全稳定。之后进行连续观察测量,截止2009年3月14日经过近2 a时间证明水力插板及两侧散抛的块石全部保持安全稳定,实验堤坝安全稳定性能实测资料见图4。

图4 实验堤坝安全稳定性能实测资料(m)Fig.4 Observational data(m)for safety and stability o f the experimental dam

2007年10月8日水力插板实验堤坝形成时受风浪冲刷两侧地面高程降低到-2 m～-2.5m。2007年11月14日抛投块石形成高度1 m的护坡之后两侧被冲刷的地面也同时回淤升高1 m。这一现状证明已建成的实验堤坝能够长期安全稳定。同时也使我们认识到今后在建设海上水力插板堤坝时插板工作与抛石防护工作应该同步进行,如果等到地面冲刷之后再抛石防护不仅影响安全也增大了施工成本。

经过长期的现场试验逐步形成了水力插板与抛石防护相结合这样一种工程建设模式。它能够充分发挥两者的优势同时又弥补了对方的弱点,有效地解决了建设海上堤坝的各种难题,成为一种破除拦门沙建设深水航道的较佳方案。分析对比综合经济效益在安全稳定方面它占有特殊优势,降低工程造价的优势更为明显。

2009年5月建设420m正式工程堤坝,工程位置图见图1,工程设计断面图见图5。

图5 堤坝断面图Fig.5 Section across the dam

从2007年开始在东营中心渔港水域先后建成两段水力插板航道拦沙堤坝,标志着这项技术建设海上堤坝实现了从长期探索试验到按设计图纸建设正式工程的一个重要转折。通过实际工程清楚地看到了利用水力插板建设海上堤坝的特殊优势。

3 结 论

破除拦门沙建设深水航道是国内外共同面临的难题,采用传统技术施工在风浪冲击、地层液化等不利因素影响下会遇到很多困难,为解决这些难题,经过多年试验和探索,逐步形成了一种水力插板与抛石防护相结合的施工建设技术。两者的结合解决了海中堤坝地下生“根”和上部坝体容易被风浪冲毁的问题,形成了一种破除拦门沙建设深水航道的新模式。

在水力插板两侧抛投块石形成护坡和在海中抛石筑坝是完全不同的,前者相当于墙根底下堆石头基本上不存在安全稳定方面的问题;后者要保持安全稳定却是一个较难解决的问题。水力插板与抛石防护相结合使双方扬长避短发挥了各自的优势,能够在大幅度降低工程造价的同时,又解决了安全稳定方面的问题,而且施工速度更快。东营中心渔港航道拦沙堤工程的建设,说明水力插板技术在海洋工程建设中具有良好的推广应用前景。

[1] 何富荣.水力插板建设航道拦沙堤坝[J].港工技术,2008(2)：21-23.

[2] 何富荣.水力插板航道拦沙堤坝：中国,200620080738[P].2007-01-24.

[3] 何富荣.水力插板导流回淤自动填沙装置：中国,200820171763[P].2009-07-15.