NP1—3D灘海人工島沉降的處理

張彥龍 李順利

1中國(guó)石油冀東油田分公司2南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

NP1—3D灘海人工島沉降的處理

張書(shū)紅1張彥龍1李順利1焦志斌2

1中國(guó)石油冀東油田分公司2南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

人工島施工期安全監(jiān)測(cè)的主要目的是控制圍堤和島體加載速率，以及圍堤護(hù)坡穩(wěn)定。采用指數(shù)曲線(xiàn)對(duì)實(shí)測(cè)沉降-時(shí)間過(guò)程線(xiàn)進(jìn)行擬合，施工期結(jié)束6個(gè)月后，圍堤地基平均固結(jié)度為83%，在沒(méi)有外荷載的情況下，人工島圍堤工后平均沉降量約為51mm，圍堤工后沉降對(duì)防浪墻和護(hù)面結(jié)構(gòu)有一定的影響。島體沉降沒(méi)有收斂，最終沉降無(wú)法推算?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)能客觀準(zhǔn)確地反應(yīng)地基在時(shí)間和空間上的沉降分布和變化規(guī)律，施工期和工后監(jiān)測(cè)宜采用自動(dòng)化，再結(jié)合理論計(jì)算，可以推算多種工況影響下地基的階段沉降量和變化趨勢(shì)。

人工島；安全監(jiān)測(cè)；圍堤；島體；沉降

灘海人工島工程處在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，施工期的安全監(jiān)測(cè)直接關(guān)系到人工島工程的安全建設(shè)和后期運(yùn)行管理。冀東南堡油田NP1—3D位于河北省唐山市灤南縣北堡村南側(cè)，南堡村西南側(cè)，南堡淺灘-5m等深線(xiàn)附近，呈近似橢圓形布置，采用袋裝砂斜坡堤結(jié)構(gòu)，島心采用吹填砂形成。NP1—3D具有以下四個(gè)特點(diǎn)：①人工島建在北高南低的海溝邊緣，和周邊構(gòu)筑物建設(shè)嚴(yán)重影響局部的水動(dòng)力環(huán)境；②周邊水深大，原泥面高程約-5.3m，高潮時(shí)水深超過(guò)9m，是中國(guó)石油水深最大的人工島；③吹填高度大，島體平均吹填高度13.5m，是中國(guó)石油吹填高度最大的人工島；④距離陸域較遠(yuǎn)，聯(lián)系不便，受氣候及海洋等環(huán)境因素較大。

1 工程概況

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，海區(qū)海底較平坦，勘探深度內(nèi)巖土空間分布較復(fù)雜，對(duì)工程影響較大的是第一層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。第一層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土呈流塑狀態(tài)，含水率較高，成分不均勻，含有機(jī)質(zhì)，層厚2～4m，承載力極低。圍堤基層采用通長(zhǎng)袋裝砂被，砂被以上棱體分為二級(jí)，均采用內(nèi)外袋裝砂棱體，中間為吹填砂堤心。第一級(jí)棱體由通長(zhǎng)砂被填筑至設(shè)計(jì)高水位以上，棱體頂標(biāo)高+4.0m，第二級(jí)棱體填筑在第一級(jí)棱體及吹填砂上，填筑至防浪墻及墊層下。圍堤采用3t扭王字塊體護(hù)面，拋石墊層，坡比1∶2.5，一級(jí)棱體頂部設(shè)置1m寬平臺(tái)。

2 施工期沉降及影響因素

由于圍堤及吹填區(qū)域?yàn)檐浲恋鼗?，圍堤施工和吹填陸域時(shí)，若施工加載速度過(guò)快或處置不當(dāng)，以及強(qiáng)風(fēng)暴潮的作用，極易造成地基破壞或失穩(wěn)事故發(fā)生。因此，人工島施工期必須進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)的主要目的是控制圍堤和島體加載速率，以及圍堤護(hù)坡穩(wěn)定。圍堤穩(wěn)定觀測(cè)共設(shè)置4個(gè)觀測(cè)斷面，東、南、西、北側(cè)堤各1個(gè)，島體吹填區(qū)對(duì)應(yīng)布置4個(gè)地面沉降斷面。

人工島施工期圍堤沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，典型斷面沉降過(guò)程線(xiàn)如圖1所示。采用指數(shù)曲線(xiàn)對(duì)實(shí)測(cè)沉降-時(shí)間過(guò)程線(xiàn)進(jìn)行擬合，最終沉降量與固結(jié)度計(jì)算采用式（1）和式（2）

式中S∞為最終沉降量（mm）；S1、S2、S3分別為從停載后沉降-時(shí)間過(guò)程線(xiàn)上等時(shí)間間隔選取的3個(gè)沉降值（mm）；U為固結(jié)度（%）；St為t時(shí)刻實(shí)測(cè)沉降量（mm）。

施工期結(jié)束6個(gè)月后，圍堤地基平均固結(jié)度為83%，在沒(méi)有外荷載的情況下，人工島圍堤工后平均沉降量約為51mm，且圍堤沉降已經(jīng)趨于收斂穩(wěn)定，圍堤工后沉降對(duì)防浪墻和護(hù)面結(jié)構(gòu)有一定的影響。島體沉降沒(méi)有收斂，最終沉降無(wú)法推算。

表1 圍堤斷面沉降觀測(cè)

圖1 圍堤WT—3斷面沉降過(guò)程線(xiàn)

在荷載不變的情況下，地基的總沉降包括初始沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。對(duì)于1#～3#人工島工程，地基沉降量除上述3個(gè)部分外，還包括外荷載變化引起的沉降，以及島體水平位移引起的沉降。外荷載變化主要包括地面臨時(shí)堆載和長(zhǎng)期堆載，設(shè)備、交通活載，以及震動(dòng)荷載。

由于外荷載變化引起的沉降和島體水平位移引起的沉降有局部性和時(shí)間效應(yīng)，除了會(huì)增加局部區(qū)域的總沉降量，更為嚴(yán)重的是在局部區(qū)域產(chǎn)生不均勻沉降，如防浪墻連接處、輸油和輸水管線(xiàn)連接處、道路兩側(cè)、北側(cè)圍堤（主要是活載）等。因此，施工期監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要考慮沉降的時(shí)間效應(yīng)和影響因素。

3 沉降處理措施

對(duì)于地基沉降，目前的理論計(jì)算非常繁雜，而且受諸多參數(shù)影響，誤差較大。現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)能客觀準(zhǔn)確地反應(yīng)地基在時(shí)間和空間上的沉降分布和變化規(guī)律，施工期和工后監(jiān)測(cè)宜采用自動(dòng)化，再結(jié)合理論計(jì)算，可以推算多種工況影響下地基的階段沉降量和變化趨勢(shì)，達(dá)到解決沉降對(duì)工程安全及使用的影響。對(duì)于圍堤結(jié)構(gòu)的沉降，主要受?chē)痰鼗两岛蛧虃?cè)向水平位移的影響。根據(jù)人工島圍堤沉降和水平位移監(jiān)測(cè)成果，再結(jié)合階段的理論分析和計(jì)算，可以準(zhǔn)確了解不同工況下，圍堤地基工后沉降變化規(guī)律。

防浪墻結(jié)構(gòu)建立在二級(jí)和三級(jí)棱體結(jié)合處，與島體吹填砂結(jié)構(gòu)連接，受變形和不均勻沉降影響最大，應(yīng)該采取與圍堤結(jié)構(gòu)相同的工程措施。

島上采油設(shè)施基礎(chǔ)建立在島體吹填砂上，不同的結(jié)構(gòu)物對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)形式有所差異，結(jié)構(gòu)自重相差也較大，由于在工程設(shè)計(jì)階段缺乏對(duì)沉降機(jī)理的認(rèn)識(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自身存在缺陷，工程措施要區(qū)別對(duì)待，可以采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)合理論分析的控制措施。

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.020