洋口港区人工岛工程的冲淤变化

洋口港区人工岛工程的冲淤变化

双方关键技术试验结果阳口大桥人工岛项目是沙岛从离岛港口建设的基础。多年来，通过现场测量、理论研究、数值模拟和物理模型试验，我们了解了沙岛布局区南部海上发展规律、港口建设条件、港口规划、港口水建筑物设计等关键技术。最后，成功完成了人工岛的建设。但辐射沙洲海域海洋动力强、滩槽演变复杂,人工岛建设及运营过程中印证了数模及物模试验预示的冲刷现象。本文主要对洋口港区人工岛工程海域冲淤情况进行了总结和初步分析,并提出了防冲维护措施。1人工岛的设计1.1人工岛的选择洋口港区人工岛工程选址在江苏外海辐射沙洲海域的西太阳沙。根据南京水利科学研究院对卫星遥感资料和历史测图的对比分析,西太阳沙洲中部主体是稳定的,人工岛选择在南科院论证的西太阳沙-5.0m等深线(以当地理论最低潮位为基准,下同)以下核心稳定区域之内。该区域地势较高且地貌稳定,人工岛结构局部在-3m等深线附近,大部分在-2m等深线以上1.2人工岛的主轴方向和长度分布保护特征洋口港区人工岛平面形状采用圆角矩形,其东北采取削角布置,人工岛边界形状与当地自然条件相适应。人工岛的主轴方向主要受波浪和海流分布情况及其强度的控制,长轴方向接近东西向,顺其自然。洋口港区人工岛最终建设规模为长3km左右,宽1km左右,总面积约2.89km1.3岛壁采用平护方式防冲保护鉴于工程的重要性和所处环境的复杂性,人工岛在设计之初就已充分考虑了防冲措施。本项目抛石斜坡式岛壁结构选用平护与立护相结合的方法,充填袋斜坡式岛壁选用平护的方式进行防冲保护。立护起到固滩作用,采用钢板桩结构,钢板桩长度考虑冲刷深度及土层特性等因素确定。平护起到保滩作用,分两部分,在钢板桩和斜坡堤坡脚之间,先铺设带砂肋抗老化的机织针刺复合土工布软体排,软体排上铺设二片石垫层,再抛填200~300kg块石护底;在钢板桩外的护底采用混凝土连锁块软体排,其上抛填200~300kg块石2分析人工岛区域内的冲砂变化2.1人工岛海域冲淤现状洋口港区人工岛2006年12月开工,2008年11月一期(1.44km根据历次测量结果,采取绘制冲淤变化图、分区统计表和等深线变化对比等方法,分别对整体、局部、以及重点水域进行冲淤的量化和趋势分析根据2006年~2015年间近10年的定期测量数据,绘制的测区地貌图(图3)宏观展示了人工岛海域的整体地形地貌的演变情势。从图3可以看到,西太阳沙洲东端头表现为持续冲刷,向西萎缩,向南摆动的情势。采用圆角矩形的人工岛在波浪与潮流的作用下,“凸”点均表现为冲刷状态:东北岛壁外水下地形冲刷范围持续扩大,冲坑渐深;人工岛东南岛壁有冲刷坑形成,冲刷范围不断扩大;人工岛西北虽然建成时间较短,但冲刷现象也较明显。人工岛南部海事码头的北侧区域和东侧区域的西太阳沙洲淤积现象明显明显。西太阳沙洲及人工岛的冲淤情势与建设前开展的有关数模、物模试验结果相吻合,冲淤变化尚在工程可控范围之内。但冲刷较为严重的区域宜尽快开展防护措施,确保工程安全。2.2人工岛底部西太阳沙移动情况人工岛东侧西太阳沙自工程建设以来持续冲刷,根据历年定期测量图绘制了0m等高线、1m等高线、2m等高线变化对比图,并结合西太阳沙固定断面变化图,统计分析出人工岛东侧的西太阳沙从2006年11月至今向西平均移动了1900m,平均向南移动了270m,西太阳沙面积缩小明显。从2008年4月份定期测量成果图开始,人工岛东南侧西太阳沙2m等高线被人工岛东南角的冲刷沟断开。从2013年6月开始,人工岛东侧的西太阳沙冲刷速度加快。本区域目前虽有冲深,但冲刷幅度尚未危及人工岛结构安全区域,可加强监测,一旦发现冲淤区域危及结构安全,应及时采取工程措施进行维护。2.3坑底冲刷水口管线范围人工岛东北侧堤外地形从人工岛建设开始至今持续冲刷(LNG取水管线与LNG栈桥之间)并有大冲刷坑形成。近期测量成果图冲刷坑范围较2014年7月测图明显扩大。目前坑底最深水深-18.7m,此位置靠近取水口管线,距离最近LNG取水口管线轴线距离30m,较2014年7月测图水深冲刷了4.2m。目前冲刷坑长410m,宽225m(-10m等深线范围),较2014年7月冲刷范围加长了65m,变宽了50m。由于本区域冲刷严重,危及结构安全,需采取工程措施进行维护。2.4岛壁下天然钢板桩冲淤从图4可以直观地看出,从2008年5月至2014年7月,在人工岛的东南角岛壁外有冲刷坑形成,且冲刷范围逐渐增大。该冲沟已经侵蚀部分连锁块软体排以及护底块石,塌陷面积比较大。经过现场勘测,拍摄塌陷现场照片见图5。塌陷位置最近距离岛壁轴线54m,较2014年7月测图塌陷范围向岛壁没有变化,塌陷位置距离岛壁外防护钢板桩2.6m,塌陷处还保持有块石覆盖。根据最新测图绘制东南角外冲刷坑地貌见图6。2.5岛壁外冲刷人工岛西北角海底地形从岛壁建成开始至今,冲刷成坑,坑的范围缓慢扩大,逐渐向北侧深水区域扩展。目前坑底最深水深-5m,较岛壁建成前冲刷了5.6m。冲刷坑靠近岛壁边缘紧贴岛壁外护底石块边缘。根据最新测图绘制西北角外冲刷坑地貌见图7。本区域目前虽然有冲深,但尚未危及结构安全的区域,应加强监测,适时采取工程措施进行维护。3人工岛的预防和清洁3.1岛壁冲淤防护通过对西太阳沙洲及人工岛的冲淤情势进行深入分析,确定维护工程实施原则如下:1)对于冲刷严重,危及结构安全区域,需及时采取工程维护措施;2)对于淤积区域和目前虽然有冲深,但尚未危及结构安全的区域,应加强监测,一旦发现冲淤区域会危及结构安全,应及时采取工程维护措施;3)对于已经实施防护工程,目前冲淤变化不大的区域,应加强监测。目前人工岛东南角和东北角的冲刷已经危及岛壁结构安全,应及时采取工程措施进行防护。维护方案重点关注冲刷范围和所采取的结构措施。3.2护底结构防冲刷维护对于人工岛东南角冲刷区域,该冲沟已经侵蚀部分连锁块软体排以及护底块石,塌陷面积比较大,低潮时在此塌陷区域上行走明显能听到在抛石护底下有流水的响声,因此在进行防护之前,需进一步探明抛石护底下形成孔洞的范围,为解决岛壁冲刷问题提供依据。基于目前的情况,需对原设计断面内已经塌陷的护底结构全部进行修复,原设计断面护底结构外按现状地形自然坡度放坡防护。最终确定防冲刷维护范围为距岛壁轴线90m范围内恢复至原设计断面,坡脚原护底之间抛填形成平台;90m范围外按1:6放坡至天然泥面。防冲刷维护范围见图8。距岛壁轴线90m范围内,护底结构底部被冲刷的区域,应先用级配碎石回填至原设计高程,然后按原设计要求修复护底结构。对于坡脚外侧的冲坑,抛填形成高程4.0m的平台进行防护,平台堤心由袋装级配碎石组成,外侧依次抛填500mm厚的二片石和1800mm厚的200~300kg块石。新抛填的平台应与原护底结构顺畅衔接。距岛壁轴线90m外侧的冲槽,在维护平台外按1:6放坡至天然泥面,结构形式与平台相同。防冲刷维护结构方案见图9。2范围:确定防护平台范围对于人工岛东北角冲刷区域,坡脚外侧的冲坑尚未淘刷侵蚀至护底结构,只需对坡脚外侧的冲坑进行滩面防护。防冲刷维护范围确定为距岛壁轴线110m范围内,坡脚和护底结构之间抛填形成平台进行防护;110m范围外按1:6放坡至天然泥面。防冲刷维护范围见图10。距岛壁轴线110m范围内,抛填形成防护平台的高程为0.0m,其它结构型式与东南角相同。在靠近取水管线区域的防护结构应与取水管区域冲刷处理方案相结合并顺畅衔接过渡。防冲刷维护结构方案见图11。3.3带挖机船抛填本项目防冲维护方案的施工内容均在海平面以下实施,施工全部依靠人工及船舶水上进行。袋装级配碎石、二片石垫层、护底块石等均为常规的抛理散料施工,可采用带挖机的半舱驳装石料定位,采用船上挖机将灌袋碎石和块石直接抛到水下,潜水员指挥抛填位置并配合水下理平施工。抛填时勤测水深,以免超抛或漏抛。人工岛北侧风浪较大,为保证石料能准确打到冲坑内,应根据水下地形图画出要抛填石料的范围,船上设专门测量人员和技术人员根据石料需抛填的范围指挥挖机船抛填,避免石料抛到未冲刷的地方,造成浪费。根据之前LNG码