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沙壩防波堤設計施工新理念

2021-11-07 07:30:10吳文力
港工技術 2021年5期
關鍵詞:沙壩海砂防波堤

向 松,吳文力,王 剛

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司,廣東廣州 510230)

引言

業(yè)主Dangote Oil Refining Company(以下簡稱DORC)計劃在尼日利亞拉各斯以東約62 英里的萊基自貿區(qū)建設一個年處理650 000 桶的石油煉化廠。為建設該工程,DORC 計劃在煉化廠附近修建一個滾裝重件碼頭做為其大型設備和大宗材料提供裝卸貨,并可停靠拖輪和輔助船只。該項目在現(xiàn)有萊基深水港以東約10 英里,項目主要包含防波堤建設和港池航道疏浚兩個部分。

1 設計方案

1.1 設計方案介紹

1.2 原案

1)總平面布置

原案設計為常規(guī)的拋石防波堤,主要包含一條長約670 m 的主堤,一條長約229 m 的輔堤,一條長約138 m的護岸以及7條每條長約175 m的潛堤;另外,需要疏浚一條-8.0 mCD 的航道和一個-7.0 mCD 的港池,合計需疏浚約70 萬方[1]??偲矫婕案蹍^(qū)平面布置如圖1。

圖1 項目總平面圖(原案)

圖2 港區(qū)平面布置示意圖(原案)

2)防波堤斷面形式

防波堤典型斷面圖如下:

圖3 主防波堤及輔堤典型斷面示意圖(原案)

圖4 潛堤典型斷面(原案)

1.3 代案

1)總平面布置

代案設計以沙壩防波堤作為主要形式,主要包括一條長約700 m 的沙壩防波堤,在其端頭連接一條225 m 長的潛堤,港池東側有一條長約150 m 的護岸,再往東銜接一條長約1 100 m 的袋裝砂護岸,以及在袋裝砂護岸東側吹填約85 萬方砂的沖刷緩沖區(qū)。另外,需要疏浚-8.65 m CD 的港池及航道,合計需疏浚約85 萬方[2]??偲矫婕案蹍^(qū)平面布置圖如下:

圖5 總平面圖(代案)

思路較為新穎的是,整個防波堤外海側(迎浪側)均為吹填砂,無任何護面結構,吹填砂形成自然坡直接面對海浪沖刷,僅僅在最端頭的一小部分做成了拋石潛堤的形式,而且,拋石潛堤也是做在砂墊層之上。

習近平在講話中指出,當今世界,發(fā)展和變革風起云涌。站在歷史前進的十字路口,我們應該認清世界大勢,把握經濟脈動,明確未來方向,解答時代命題。堅持推進區(qū)域經濟一體化,構建開放型亞太經濟。堅持創(chuàng)新驅動,培育增長新動能。堅持完善互聯(lián)互通網絡,促進包容聯(lián)動發(fā)展。堅持深化伙伴關系,攜手應對共同挑戰(zhàn)。

2)防波堤斷面形式

防波堤典型斷面圖如下:

圖6 沙壩防波堤海側典型斷面示意圖(代案)

圖7 沙壩防波堤典型斷面港池側防護示意圖(代案)

圖8 沙壩防波堤堤頭段典型斷面示意圖(代案)

2 方案比選

2.1 工程量比較

兩個設計方案均可以滿足業(yè)主的功能要求,但由于防波堤設計的理念不同,工程量相差很大。主要工程量對比如下表。

表1 主要工程量對比表

根據(jù)上表可以看出,代案使用沙壩防波堤方案,相當于用365 萬方砂取代了375 萬t 石料,這是兩個設計方案的最大區(qū)別所在,也是代案優(yōu)化費用的關鍵所在。

2.2 造價比較

1)地材情況

根據(jù)尼日利亞當?shù)厥瞎闆r:項目附近石料資源匱乏,石場均在100 公里以外,石料費單價高,本次對比采用20 美元每噸進行造價估算。砂源情況:本項目附近海域砂層較厚,海砂資源豐富,本次造價對比按照4 美元每方進行造價估算。

2)造價估算對比

根據(jù)上述地材價格情況,對代案優(yōu)化的費用情況進行大致估算,如下表。

表2 主要材料費用對比表

從上表可以得出,僅材料費進行計算來看,就優(yōu)化節(jié)省費用達到了6 000 多萬美元,而且,從施工費用上來講,相對于沙壩防波堤,拋石堤施工費用會高出很多,預計整體優(yōu)化費可能會達到8 000萬美元以上。

2.3 選定方案

由于代案設計方案在項目建設總費用上優(yōu)勢特別明顯,而且沙壩防波堤施工需要在一個旱季內完成,所以,代案工期也相對原案要短,這也迎合了業(yè)主急需碼頭投入使用的要求。業(yè)主針對兩個方案進行了多次詢價,最后選擇了代案,采用了沙壩防波堤的形式,項目實施過程十分順利。

3 沙壩防波堤設計理念分析

代案設計的沙壩防波堤是否成功,最關鍵的因素應該有兩個:一方面,在設計年限內沙壩是否會被沖刷破壞;另一方面,由于吹填砂不同于石料拋填,是否可以吹填成型是實施階段的關鍵。代案設計在可行性分析中,也重點進行了這兩方面的分析,通過沿岸輸砂和模型試驗的結果從理論上驗證了沙壩設計理念的可行性。

3.1 沿岸輸砂

根據(jù)分析,附近海域存在從西向東的沿岸輸砂現(xiàn)象,理論上沙壩防波堤外側,也就是西側,會不斷淤積海砂,最后達到平衡。所以沙壩防波堤不會被沖刷掉,這是沙壩防波堤設計方案的理論精髓所在。另外,代案對沙壩防波堤的走向對沿岸輸砂的影響進行了分析,如圖9 所示[3]。

圖9 沙壩防波堤走向與沿岸輸砂分析圖

3.2 施工可行性分析

作為本項目實施可行性的重點,CDR 從設計層面就沙壩防波堤的施工順序提供了概念性規(guī)劃,主要施工順序如圖10 所示[3]。

圖10 沙壩防波堤施工順序示意

第一步:使用耙吸船水下拋沙至標高-5.5m CD,-5.5 m CD 以上部分采用吹填和陸上回填相結合的方式完成,同時,沿著岸邊吹填砂沿著沙壩的方向吹填接通到端頭潛堤的位置,同時在吹填形成的沙堤頂部向潛堤的方向修建臨時通道。

第二步:隨著臨時通道的建設,繼續(xù)向已完成水下砂拋填的潛堤部分吹填和修建,此時需配合部分陸上運輸砂進行臨時通道修建。

第三步:臨時通道接通潛堤部分后,在潛堤位置進行石料推填,開始潛堤結構施工。

第四步:在已形成掩護的條件下,進行港池和航道疏浚工作,將疏浚砂吹填至外沙壩防波堤西側,同時,東側沙壩護岸開始施工,并補充防沖刷區(qū)域吹填砂。

在沙壩防波堤主體完成后,內側的護坡結構在有掩護條件下,施工變得十分容易。

4 沙壩防波堤的可行性驗證

4.1 項目施工過程驗證

根據(jù)該地區(qū)的海況特點,有旱季和雨季之分,旱季從10 月到次年4 月份,旱季海況條件好,沙壩的吹填施工必須在旱季完成主體部分施工,否則到雨季將受到風浪的嚴重沖刷,將無法完成沙壩防波堤主體施工,功虧一簣。

該項目施工單位為有名的荷蘭疏浚單位boskalis,在施工過程中,我們有幸多次進行了現(xiàn)場參觀,施工過程十分順利。項目從2017 年11 月份開始施工進行沙壩防波堤主體施工,到2018 年3月份已完成主體吹填,4 月份已完成沙壩防波堤前段的潛堤主體結構,形成主要的防護結構。施工單位采用2 艘3 000~5 000 方的耙吸船和1 艘小型絞吸船為主要疏浚設備實施該項目,成功趕在雨季來臨前完成了項目主體結構。

由項目施工過程的順利實施情況,可以看出,該沙壩防波堤的方案是實實在在可行的一種方案,是一種防波堤設計新理念、新思路。

4.2 其他項目驗證

關于外側會逐漸淤積海砂的趨勢,在萊基港項目的岸灘研究中也有同樣的結論,從西向東的沿岸輸砂也會造成同樣的結果。萊基港防波堤的西防波堤部分大致為南北走向,從2017 年12 月開始推填,截止2018 年4 月份完成直線段340 m 主體部分拋石防波堤施工,從萊基港岸線觀測數(shù)據(jù)來看,很好的驗證了沿岸輸砂的理論研究,其拋石防波堤外海側(西側,即圖11 中左側)已嚴重淤積海砂,形成了大片灘涂,截止2018 年4 月份,相對于原海岸線,沿著防波堤方向淤積已經超過100 m。海砂淤積對防波堤形成了一種天然保護。

圖11 萊基項目西防波堤外側回淤情況

在萊基港防波堤施工過程中,岸線觀測結果再次驗證了沿岸輸砂,驗證了沙壩防波堤設計方案的正確性。

5 結語

目前,該項目已在一個旱季時間內順利完成了所有主體結構施工內容,為業(yè)主節(jié)省了項目造價,縮短了項目工期。該項目根據(jù)項目當?shù)厥蠀T乏而海砂豐富的特殊條件,合理利用豐富的海砂資源,結合沿岸輸砂的岸灘特點,成功的將沙壩防波堤設計新理念付諸實施,為特殊條件下防波堤設計與施工提供了新穎的思路。

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