合金鋼網石兜在海擋外移工程堤頭防沖保護中的應用

摘 要：天津市漢沽區海擋外移工程（防波堤工程）大堤內側圍區很大，儲水量約7900萬立方米，導致漲落潮時口門位置流速達到6～8 m/s，口門位置灘面沙礫流失嚴重，危及工程安全。通過拋填合金鋼網石兜對堤頭進行防沖保護，有效的遏制了水流對堤頭的沖刷，消除了隱患，達到了預期的防沖效果。

關鍵詞：防波堤 合金鋼網石兜 防沖保護 治理措施

中圖分類號：TV698 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0042-02

1 工程概況

天津市漢沽區海擋外移工程（防波堤工程）位于天津市漢沽區東南、渤海灣西北灣頂、蔡家堡至大神堂村之間的海岸帶，距原海岸線約3.75～5.81km。其東、西端分別與北疆電廠瀝水蓄水池西堤、天津中心漁港引航道東堤相接。

該工程圍堤采用充砂管袋堤心斜坡堤結構。堤基表面鋪砂被，打設塑料排水板。堤心采用大型充灌袋結構，臨海側護面為鋼筋混凝土柵欄板和局部扭王字塊，背海側護面為混凝土預制板，拋石護底。堤頂設混凝土胸墻和混凝土路面。

本區潮汐類型為不規則半日潮型，其（H01+HK1）/HM2=0.53。本海區常浪向ENE和E，頻率分別為9.68%和9.53%，強浪向ENE，該向H4%>1.5 m的波高頻率為1.35%，全年T≥7.0 s的頻率僅為0.33%。本海區基本為往復流型，漲潮主流向NW，落潮主流向SE，漲潮流速大于落潮流速，大潮漲潮實測最大流速2節左右，最大流速垂直分布大致是由表層向底層逐漸減小，平面分布是由岸邊向外海隨著水深增加而逐漸增大。

2 口門位置堤頭受沖刷情況

原設計防波堤口門位置（Z2+627-Z3+127）灘面上充填50 cm厚沙被，沙被上拋50 cm厚，規格100～200 kg塊石作為灘面保護。堤頭主體結構為大型充填袋，袋裝碎石填平三角區，高強長絲機織布320 g/m2鋪設在三角區填平后的大型充填袋棱體上部，機織布上方直接拋填規格200～300 kg塊石一層，塊石厚60 cm；采用拋石護腳塊石規格200～300 kg，最外側安裝扭王塊。

堤頭保護按照原設計完成施工5個月后，在對竣工水深測量時發現，口門段尤其是防波堤堤頭部位受潮水沖刷，堤頭坡腳灘面沙礫流失非常嚴重，最深處的泥面標高已由施工前的-1.1 m沖刷至-8 m，部分扭王塊已經出現沉降并向下滑移。一旦防波堤堤頭垮塌，大型充填袋將在堤頭位置裸露，嚴重危及整個防波堤工程的質量安全。

3 堤頭防沖處理方案

考慮到堤頭防沖保護問題的嚴重性和緊迫性，業主單位組織設計單位、施工單位以及監理單位共同討論堤頭防沖保護永久性處理方案。根據本工程堤頭保護的特殊性和業主要求的永久耐用性，要實現永久性防沖堤頭保護必須要具備一下幾個條件。

3.1 必須具有很高的防沖及抗風浪能力

所謂高的防沖能力具體包括兩方面的含義，即：首先在急流、涌浪的沖擊之下，產品本身應有足夠的抗沖擊能力，不能出現破損；其次產品必須有足夠的凝結力，不能在急流和波浪的沖擊下，發生破損和漂移。

3.2 使用材料要有一定的柔性

較高的柔性能有效地緩解急流的沖擊，消能減速，提高堤頭本身的抗沖擊性能；另一方面可以充分補償堤防基礎的塌陷，適應地基的變形，阻止急流對堤防基礎的進一步淘刷。在砌體塊石構建的堤壩防護中，此性能尤為重要。

3.3 能有效的和原設計堤頭相結合

堤頭保護方案要與原設計堤頭進行有效的結合，保證防沖措施和防波堤原有堤頭保護形成一個整體。

結合以上對堤頭防沖的技術要求，我部提出采用合金鋼網石兜拋填方案，該方案不僅能滿足上述技術要求，而且有較高的耐磨和耐腐蝕性能，能在惡劣的自然環境中使用并可以經受泥砂海水的沖刷和各種有害化學物的侵蝕，具有較長的使用壽命。經過各單位論證最終一致通過采用合金鋼網石兜拋填方案保護堤頭安全。并由設計單位出具了合金鋼網石兜拋填作為堤頭防沖保護的設計方案。

合金鋼網兜防沖施工工藝與散拋塊石防護比較，合金鋼網石兜防護具有整體性好，抗沖能力強，拋石方量容易控制，施工時減少塊石流失等優點。網兜材料由合金鋼絲編織而成，耐腐性能好，設計壽命可達50～100年，抗剪、抗磨、抗沖擊強度高，單兜2.5 m3允許不沖流速可達10 m/s左右。我施工區域運輸塊石便利，裝入網石兜后使相互獨立的塊石構成一個整體，兜與兜之間可串聯，進一步提高網石兜的抗沖能力；網石兜中塊石的間隙很多，一部分水流可通過網兜，以降低水流沖擊強度，當塊石間隙被砂泥淤積后，網兜和灘涂泥面融為一體，穩定性能更好；網石兜具有柔性，能適應地基的變化，自動補償基礎的塌陷，并能充分密實網兜之間的空隙，保證基礎的穩定。合金鋼網石兜具有眾多優點，能滿足本工程的工況，故決定采用該工藝保證防波堤堤頭安全，進而保證天津市漢沽區海擋外移防波堤工程的整體安全。

4 施工工藝

4.1 施工條件

合金鋼網石兜施工應用較多，但以往主要用于淺水區或流速較小的區域，施工相對比較簡單。而本工程的堤頭防護施工，平均作業水深達4～5 m，施工區位于口門處，水流速很大，只有在平潮時才能作業，需趕潮作業，時間較緊。施工難度較大，可以借鑒的工程資料很少，對項目部來說是一項新的施工工藝。

4.2 相關設計方案及技術指標

4.2.1 合金鋼網石兜規格

防護范圍表層鋪設厚1.3 m±0.2 m合金鋼網石兜一層，每個合金鋼網石兜容積2.5 m3，重約4.5 t。

4.2.2 網兜技術指標

合金鋼網石兜鋼絲直徑3.0±0.03 mm，平均網眼邊長≤25 cm；每只合金鋼網石兜展開面積≥16.0 m2，單位面積承載強度≥30 kPa。

編制合金鋼網石兜的鋼絲抗拉強度≥1400 MPa，三氯化鐵點腐蝕試驗的腐蝕率≤50 g/m2·h。

4.2.3 石料規格

石兜中塊石粒徑應大于網眼平均邊長，單塊石頭重量≥60～100 kg。石兜中填石總量約2200 m3。

4.3 施工投入主要設備

500 t自航甲板駁上50 t吊機1臺套，500 t自航甲板駁2條，（0～5）m/s流速儀1臺，0～50 m回聲測深儀1臺，GPS1臺，交通船1條，裝載機1臺，25 t吊機1臺。

4.4 施工流程

施工測量→劃分區段→合金鋼網石兜裝石→裝船運輸→定位沉放合金鋼網石兜。

4.5 施工方法

4.5.1 施工測量

沉放合金鋼網石兜前，測量放線，定出施工樁號，實測沉放前水下地形圖和控制斷面圖。沉放合金鋼網石兜施工過程中，根據設計給定的方向或方位角及沉放區域，用GPS定出石兜的方向線（包括縱向定位索和橫向定位索），控制吊船定位，每一個班次沉放石兜后，實測沉放77efb3981000bd55aa097dd7a059295730c947cb03f5f945abebe08f9bb9088d石兜的控制斷面圖，以檢驗和分析沉放石兜的效果。

4.5.2 劃分區段

按樁號根據作業面由內向外進行沉放石籠施工，在岸上設置斷面控制點2個，在定位船上設置斷面控制點2個，形成橫向定位索，在橫向定位索上每檔再設縱向定位索。

4.5.3 石料運輸、裝石兜

在載重甲板駁上鋪6 mm厚鋼板，用鋼板連接成2×2×1 m的箱型框格，框格內放鋼絲網籠≥16 m2，底部鋪一層砂，然后裝合格的石料。封好口，運抵沉放現場。

4.5.4 合金鋼網石兜沉放

50 t吊機甲板駁船在施工水域駐位，拋設上游迎水錨和下游尾錨，施工按從內向外，由遠向近岸施工的順序，逐個沉放石兜，GPS定位，并做好現場記錄。吊裝時將先加工好的吊鉤穿入已封好的石籠封口處，然后吊裝沉放，到達指定位置后，松弛吊繩，吊鉤就會自動脫鉤，吊裝沉放完成，完成后，配合測量檢查沉放質量，根據石兜在水下成型情況，提出實測資料，以便及時調整水上作業的定位位置。

4.5.5 施工質量控制

水下沉放合金鋼網石兜，由GPS逐一定位沉放與水下檢查相結合，嚴格按施工程序作業，使工程質量能夠達到設計標準。

5 合金鋼網兜石應用效果

本工程采用合金鋼網石兜處理堤頭防沖永久保護，完成至今已經有40余天，先后經歷了幾次較大潮汐，堤頭位置扭王塊無較大沉降和位移，堤頭處于穩定狀態。實踐證明，該工藝及施工工法滿足防沖要求，局部基礎砂礫石有沖刷流失情況，但網石兜自動補償了淘刷的空洞和沉降的影響，阻止了淘刷的發展，整體結構無變化；網石兜產品表面亦無銹蝕；達到了防波堤堤頭防沖保護的永久性效果。從整個項目成本控制上來看，網石兜僅需散拋塊石量的1/3，就可以達到更好的防護效果，減少石料費用和施工的工程量，且一勞永逸，不需考慮防護工程中的重復施工，減少工程維修量，大大降低了堤頭防沖工程的工程造價。

參考文獻

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