固定式海上观测平台在深水围垦监测中的应用

凌福青 邢恩达

(浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州 310002)

随着浙江海洋经济发展示范区建设上升为国家战略［1］，围垦工程迎来了一个快速发展期。近年来浅滩区围垦基本完成，围垦向深水区(高程－6.0m以下)扩展。针对深水区围垦项目，目前国内较为先进的监测方法是将常规监测仪器用电测式传感器替代，在施工前埋入滩涂面以下，所有传感器通过电缆连接至堤内的观测平台上进行自动化无线观测。所有数据采集终端均安装在观测平台上，观测平台的施工可行性和安全可靠性决定监测工作能否顺利开展。石油工程中应用的固定式海上平台规模往往很大，面积在几百平方米以上，而在监测项目中观测平台的面积仅需要几平方米，因此需要对前者进行小型化设计与施工，以满足工程需求。

1 工程概况

舟山市金塘木岙集装箱物流基地陆域形成项目位于金塘岛西部木岙湾，围堤长度约2765m。工程区地貌类型为滨海潮滩地貌。大堤中轴线底标高一般在－6.0m～－11.0m之间。大堤两端地势相对略有起伏，海底泥面坡度约为1°～2°。围堤地基以②-1层淤泥质粘土和②-2层淤泥质粘土为准，厚度最大达30m。工程区属于亚热带海洋性季风气候区，台风资料统计表明，热带气旋年平均出现次数为2.2次。本工程场区水域海流流况较复杂，受地形影响，海流的流向、流速差异较大。流速的表现为外侧大、近岸小，最大流速的垂向分布有较好的规律，随水深的增加而减小，测点最大流速总体出现在上层。本工程港区位于岛屿形成的半封闭海区，顺岸走向为S～N，位于金塘岛西向，对本港区危害作用最大的风向是 SSE，S，SSW，SW，WSW，W，WNW，NW，频率共30.4%，其最大风速为 22.5m/s，风向为 NW。

2 观测平台方案的初步确定

2.1 国内海上平台的主要类型

海上平台主要有两类:浮式海上平台和固定式海上平台。本工程中要求观测平台不能沉降和变形，因此采用固定式海上平台。一般常用的固定式海上平台主要有以下几类:1)桩式海上固定平台。该平台是在软土地基上应用较多的一种桩基平台，由上部结构(即平台甲板)和基础结构组成。按桩的材质又分为木桩平台、钢桩平台和钢筋混凝土桩平台，桩数、长度和桩径由海底地质条件及荷载决定，这种结构的主要优点是波浪及水流荷载小，但造价随水深成指数倍增长，使用水深受限制。2)牵索塔式平台。牵索塔式平台得名于它支撑平台的结构如一桁架式的塔，将预制好的钢质塔身安放在海底基础上，用对称布置的缆索将塔保持正浮状态。这种结构的主要优点是能随波浪力的响应稍微移动，其系泊系统对塔提供足够的复原力，使它始终保护垂直状态，它适用于水深较大的海域。3)混凝土重力式平台。混凝土重力式平台的底部是一个或多个巨大的混凝土基础，靠平台自身重量稳坐在海底坚实土层之上，基座上有钢立柱或钢筋混凝土立柱支撑上部甲板。这种结构的主要优点是抵御风暴及波浪袭击的能力强，结构耐久和维护费用低，它适用于近岸深水施工水域。根据工程特点，结合我院在水利工程海上钻探方面的经验，综合考虑成本造价，观测平台采用桩式海上固定平台。

2.2 观测平台设计

1)观测平台位置(初步方案)。

本工程围堤筑堤袋装砂采用对拉船施工工艺。对拉船的移动范围一般距围堤边界线40m～50m，考虑富裕系统，确定观测平台距离堤边界线为70m。4个观测平台的涂面高程分别为－7.0m，－9.0m，－9.0m，－4.0m。观测平台平面布置图(初步方案)如图1所示。

2)观测平台结构(初步方案)。

观测平台为满足监测工作需求，必须具备以下使用功能:平台有足够的空间安装自动采集仪，太阳能板等仪器;为后续维护终端，工作人员可以方便攀登。观测平台基础由φ127mm无缝钢管组成，套管采用丝扣连接，底部以不能打入为准。上部结构由10mm工字钢和角钢构成，平台顶面铺设钢筋网，在平台四周设置护栏及防撞警示灯，一侧设置悬梯，方便攀登。观测平台构造示意图(初步方案)如图2所示。

3 观测平台方案试验过程

为了保证无缝钢管的承载力，采用锤击打入的方案。钢管采用 φ127mm无缝钢管，分节制作，每节长度为2.3m～2.5m，每节之间预先加工丝口现场连接。其中1号单桩的打设过程见表1。

根据各个单桩的打设记录表，纯打设状态下，单根桩打入深度为12.07m～13.63m，150kg大锤最大195击，击数超过将导致套管丝口断裂。三根桩春节前打设完毕后，用木桩铁丝临时进行加固。春节回来后，金塘当地刮十级大风，试验平台整体倒塌。

表1 1号桩打设记录表

4 观测平台方案改进

4.1 试验观测平台倒塌原因分析

1)单桩为分节制作连接，丝口连接处存在抗折强度不足的问题;

2)单桩入土深度与单桩在水中悬浮长度比为1∶1，不能满足抗倾覆要求;

3)三根桩临时用木条及铁丝加固，整体性不高。因此需要重新考虑观测平台的平面位置和结构。

4.2 观测平台位置(改进方案)

观测平台平面位置的确定需要考虑:1)观测平台的搭设难度，海上平台难度大，岸上平台难度小;2)观测平台的成本，海上平台成本高，岸上平台成本低;3)观测平台与堤轴线距离引起电缆线的成本变化，距离越长，电缆线长度越长，成本越高。综合考虑上述因素，将观测平台平面位置进行调整，桩号0+948、桩号1+348断面的观测平台移至岸边搭设，观测平台位置分别距堤轴线250m和320m。桩号1+748、桩号2+148断面的观测平台仍采用海上搭设方案。观测平台平面布置图(改进方案)见图3。

4.3 观测平台结构(改进方案)

1)提高单桩的自身强度。无缝钢管直径由127mm改成146mm。单桩打设过程中从孔内进行扫孔，完成后桩内放置钢筋笼，进行全孔灌浆处理。2)提高单桩的抗倾覆能力。海上平台内移，涂面高程由－11.0m抬高至－3.0m，减少单桩的悬浮长度。同时将单桩入涂面深度由最初的13m改为25m。3)提高观测平台的整体稳定性。单桩的根数由原先的3根增加至4根。单桩低潮位以上部分用槽钢和角钢分3层焊接，增加单桩之间的连接强度。观测平台构造示意图(改进方案)见图4。

5 结语

舟山市金塘海上观测平台搭建完成后短时间内先后经历了强台风苏拉和海葵的考验，均安然渡过。在后续原位监测过程中发挥了极为重要的作用。回顾整个施工过程，经过试验失败后，及时总结经验，发现和解决问题，重新制定方案。实践证明，观测平台改进方案是施工可行和安全可靠的，经受了风浪大、水流急、水位深等不利因素的考验，满足了设计要求，同时为深水围垦原位监测海上观测平台的设计与施工提供了宝贵的经验。

［1］国家发展和改革委员会.浙江海洋经济发展示范区规划［Z］.