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，幾內亞灣，緊鄰大西洋，施工區海域涌浪高度大、周期長。在幾內亞灣中，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鍵因素之一。

因防波堤與回填施工同步進行，吹填區屬無掩護施工，因涌浪大，直面沖刷，回填砂流失較大，不僅增加施工成本，還將面臨節點無法按期完成的巨大風險。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，多次組織技術人員對施工現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，按期完成節點移交，避免業主巨額的節點誤期罰款，項目部迫切需要尋找到更適合本項目吹填防護的方法。結合現場情況及以往的施工經驗，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的圍堰施工技術，通過用開體泥駁或者自卸車等設備在碼頭后方拋設一條頂面高程+3m的拋石圍堰，以防止涌浪沖刷回填區。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。根據現場測量數據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，然后用機械設備開挖出貼面防護工作面，最后在鋪設土工布和拋石防護。

（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 確定最優方案

綜合考慮方案的工期、成本、工程量、材料機械設備等限制性因素，結合項目的工況，對上述各方案逐個分析并進行現場試驗，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，本項目風浪較大的情況下能防止回填砂流失，現場也有船機資源。但拋石圍堰工程量太大（約13萬m3），將會導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。經分析，該方案需要大量機械設備開挖基槽及拋石理坡，開挖土方量大，現場協調難度大；現場的工程技術人員無法滿足現場工作開展，需要國內調配工程技術人員；加納當地1～2t的塊石資源緊缺，價格昂貴，經測算需要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；經現場試驗，在回填砂內開挖斷面，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，可循環使用，經測算整個項目防護成本約256萬美元；經驗算，鋼板樁方案在施打至-8mCD時結構穩定，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驗。

經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）鋼板樁穩定性驗算。在季風期條件下，鋼板樁外側的回填砂可能被嚴重淘刷而導致鋼板樁失穩。為保證鋼板樁穩定，經過設計單位驗算分析得出結論：11.8m長鋼板樁施打到原海床面后，鋼板樁的岸側標高不超過+1mCD，海側經過海浪淘刷后的標高不低于-1mCD時鋼板樁是穩定的。

（2）耙吸船超吹填施工。根據合同要求，吹填區6 個區域的交地順序依次為section1、section2、section3、section4、section6、section7，吹填區分區詳見圖1。根據鋼板樁施工方案，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，而此處區域屬于需最先移交業主的范圍。

圖1 吹填區分區及耙吸船艏吹管線布置圖

為了給鋼板樁方案實施創造干地施工條件，項目部多次與業主協商，調整節點交地范圍，推遲移交距碼頭前沿線后方200 m 范圍，最終獲得業主的同意。同時及時調整施工計劃，優先吹填碼頭前沿線后方175m范圍的區域，即鋼板樁施工位置，并每天進行水深測量，監控水下邊坡，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）導向架、垂直檢測尺的使用。利用導向架及垂直檢測尺可有效避免整體軸線位置偏差、豎向傾斜等質量通病問題。主要施工流程如下：制作導向架→施工精確放樣后開始打定位樁→將導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，并及時調整吊機的位置。

（4）監測鋼板樁前后水深。根據鋼板樁的穩定性驗算結果，樁前砂面標高低于-1m時鋼板樁將不穩定。為了監測鋼板樁前后的回填砂標高，每天在低潮時用RTK或者水坨測量其標高。當鋼板樁海側標高低于-1m時，將在防護墻靠海側放置砂袋。

在實際檢監測過程中，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，對吹填區逐漸形成掩護，鋼板樁防護墻也趨于穩定。

（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，需要在現場安裝照明燈，靈活安排施工作業時間，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上土工布，以有效防護回填砂。

4.應用效果

鋼板樁防護墻完成400m后，經過1個月的監測，期間經歷“大潮”，雖然現場涌浪大，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，使吹填節點按期完成，并收到業主的表揚信，業主就項目部克服重重困難，砥礪奮進，優質高效地完成各個節點給予了高度肯定。

5.結語

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，為類似工程提供經驗。