固定式海上觀測平臺在深水圍墾監(jiān)測中的應用

凌福青 邢恩達

(浙江省水利水電勘測設計院，浙江杭州 310002)

隨著浙江海洋經(jīng)濟發(fā)展示范區(qū)建設上升為國家戰(zhàn)略［1］，圍墾工程迎來了一個快速發(fā)展期。近年來淺灘區(qū)圍墾基本完成，圍墾向深水區(qū)(高程－6.0m以下)擴展。針對深水區(qū)圍墾項目，目前國內(nèi)較為先進的監(jiān)測方法是將常規(guī)監(jiān)測儀器用電測式傳感器替代，在施工前埋入灘涂面以下，所有傳感器通過電纜連接至堤內(nèi)的觀測平臺上進行自動化無線觀測。所有數(shù)據(jù)采集終端均安裝在觀測平臺上，觀測平臺的施工可行性和安全可靠性決定監(jiān)測工作能否順利開展。石油工程中應用的固定式海上平臺規(guī)模往往很大，面積在幾百平方米以上，而在監(jiān)測項目中觀測平臺的面積僅需要幾平方米，因此需要對前者進行小型化設計與施工，以滿足工程需求。

1 工程概況

舟山市金塘木岙集裝箱物流基地陸域形成項目位于金塘島西部木岙灣，圍堤長度約2765m。工程區(qū)地貌類型為濱海潮灘地貌。大堤中軸線底標高一般在－6.0m～－11.0m之間。大堤兩端地勢相對略有起伏，海底泥面坡度約為1°～2°。圍堤地基以②-1層淤泥質(zhì)粘土和②-2層淤泥質(zhì)粘土為準，厚度最大達30m。工程區(qū)屬于亞熱帶海洋性季風氣候區(qū)，臺風資料統(tǒng)計表明，熱帶氣旋年平均出現(xiàn)次數(shù)為2.2次。本工程場區(qū)水域海流流況較復雜，受地形影響，海流的流向、流速差異較大。流速的表現(xiàn)為外側(cè)大、近岸小，最大流速的垂向分布有較好的規(guī)律，隨水深的增加而減小，測點最大流速總體出現(xiàn)在上層。本工程港區(qū)位于島嶼形成的半封閉海區(qū)，順岸走向為S～N，位于金塘島西向，對本港區(qū)危害作用最大的風向是 SSE，S，SSW，SW，WSW，W，WNW，NW，頻率共30.4%，其最大風速為 22.5m/s，風向為 NW。

2 觀測平臺方案的初步確定

2.1 國內(nèi)海上平臺的主要類型

海上平臺主要有兩類:浮式海上平臺和固定式海上平臺。本工程中要求觀測平臺不能沉降和變形，因此采用固定式海上平臺。一般常用的固定式海上平臺主要有以下幾類:1)樁式海上固定平臺。該平臺是在軟土地基上應用較多的一種樁基平臺，由上部結構(即平臺甲板)和基礎結構組成。按樁的材質(zhì)又分為木樁平臺、鋼樁平臺和鋼筋混凝土樁平臺，樁數(shù)、長度和樁徑由海底地質(zhì)條件及荷載決定，這種結構的主要優(yōu)點是波浪及水流荷載小，但造價隨水深成指數(shù)倍增長，使用水深受限制。2)牽索塔式平臺。牽索塔式平臺得名于它支撐平臺的結構如一桁架式的塔，將預制好的鋼質(zhì)塔身安放在海底基礎上，用對稱布置的纜索將塔保持正浮狀態(tài)。這種結構的主要優(yōu)點是能隨波浪力的響應稍微移動，其系泊系統(tǒng)對塔提供足夠的復原力，使它始終保護垂直狀態(tài)，它適用于水深較大的海域。3)混凝土重力式平臺。混凝土重力式平臺的底部是一個或多個巨大的混凝土基礎，靠平臺自身重量穩(wěn)坐在海底堅實土層之上，基座上有鋼立柱或鋼筋混凝土立柱支撐上部甲板。這種結構的主要優(yōu)點是抵御風暴及波浪襲擊的能力強，結構耐久和維護費用低，它適用于近岸深水施工水域。根據(jù)工程特點，結合我院在水利工程海上鉆探方面的經(jīng)驗，綜合考慮成本造價，觀測平臺采用樁式海上固定平臺。

2.2 觀測平臺設計

1)觀測平臺位置(初步方案)。

本工程圍堤筑堤袋裝砂采用對拉船施工工藝。對拉船的移動范圍一般距圍堤邊界線40m～50m，考慮富裕系統(tǒng)，確定觀測平臺距離堤邊界線為70m。4個觀測平臺的涂面高程分別為－7.0m，－9.0m，－9.0m，－4.0m。觀測平臺平面布置圖(初步方案)如圖1所示。

2)觀測平臺結構(初步方案)。

觀測平臺為滿足監(jiān)測工作需求，必須具備以下使用功能:平臺有足夠的空間安裝自動采集儀，太陽能板等儀器;為后續(xù)維護終端，工作人員可以方便攀登。觀測平臺基礎由φ127mm無縫鋼管組成，套管采用絲扣連接，底部以不能打入為準。上部結構由10mm工字鋼和角鋼構成，平臺頂面鋪設鋼筋網(wǎng)，在平臺四周設置護欄及防撞警示燈，一側(cè)設置懸梯，方便攀登。觀測平臺構造示意圖(初步方案)如圖2所示。

3 觀測平臺方案試驗過程

為了保證無縫鋼管的承載力，采用錘擊打入的方案。鋼管采用 φ127mm無縫鋼管，分節(jié)制作，每節(jié)長度為2.3m～2.5m，每節(jié)之間預先加工絲口現(xiàn)場連接。其中1號單樁的打設過程見表1。

根據(jù)各個單樁的打設記錄表，純打設狀態(tài)下，單根樁打入深度為12.07m～13.63m，150kg大錘最大195擊，擊數(shù)超過將導致套管絲口斷裂。三根樁春節(jié)前打設完畢后，用木樁鐵絲臨時進行加固。春節(jié)回來后，金塘當?shù)毓问壌箫L，試驗平臺整體倒塌。

表1 1號樁打設記錄表

4 觀測平臺方案改進

4.1 試驗觀測平臺倒塌原因分析

1)單樁為分節(jié)制作連接，絲口連接處存在抗折強度不足的問題;

2)單樁入土深度與單樁在水中懸浮長度比為1∶1，不能滿足抗傾覆要求;

3)三根樁臨時用木條及鐵絲加固，整體性不高。因此需要重新考慮觀測平臺的平面位置和結構。

4.2 觀測平臺位置(改進方案)

觀測平臺平面位置的確定需要考慮:1)觀測平臺的搭設難度，海上平臺難度大，岸上平臺難度小;2)觀測平臺的成本，海上平臺成本高，岸上平臺成本低;3)觀測平臺與堤軸線距離引起電纜線的成本變化，距離越長，電纜線長度越長，成本越高。綜合考慮上述因素，將觀測平臺平面位置進行調(diào)整，樁號0+948、樁號1+348斷面的觀測平臺移至岸邊搭設，觀測平臺位置分別距堤軸線250m和320m。樁號1+748、樁號2+148斷面的觀測平臺仍采用海上搭設方案。觀測平臺平面布置圖(改進方案)見圖3。

4.3 觀測平臺結構(改進方案)

1)提高單樁的自身強度。無縫鋼管直徑由127mm改成146mm。單樁打設過程中從孔內(nèi)進行掃孔，完成后樁內(nèi)放置鋼筋籠，進行全孔灌漿處理。2)提高單樁的抗傾覆能力。海上平臺內(nèi)移，涂面高程由－11.0m抬高至－3.0m，減少單樁的懸浮長度。同時將單樁入涂面深度由最初的13m改為25m。3)提高觀測平臺的整體穩(wěn)定性。單樁的根數(shù)由原先的3根增加至4根。單樁低潮位以上部分用槽鋼和角鋼分3層焊接，增加單樁之間的連接強度。觀測平臺構造示意圖(改進方案)見圖4。

5 結語

舟山市金塘海上觀測平臺搭建完成后短時間內(nèi)先后經(jīng)歷了強臺風蘇拉和海葵的考驗，均安然渡過。在后續(xù)原位監(jiān)測過程中發(fā)揮了極為重要的作用。回顧整個施工過程，經(jīng)過試驗失敗后，及時總結經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)和解決問題，重新制定方案。實踐證明，觀測平臺改進方案是施工可行和安全可靠的，經(jīng)受了風浪大、水流急、水位深等不利因素的考驗，滿足了設計要求，同時為深水圍墾原位監(jiān)測海上觀測平臺的設計與施工提供了寶貴的經(jīng)驗。

［1］國家發(fā)展和改革委員會.浙江海洋經(jīng)濟發(fā)展示范區(qū)規(guī)劃［Z］.