葡萄岛海域勘察特点与工程实践

王宝才

（秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北 秦皇岛066000）

0 引言

近年来，伴随着我国经济发展的热潮旅游业逐渐升温，旅游已经成为了人们生活当中不可或缺的一部分。秦皇岛是改革开放的首批优秀旅游城市,旅游业是秦皇岛市国民经济的支柱产业,在全市经济发展中发挥了十分重要的作用。滨海、生态旅游成为秦皇岛滨海旅游城市的一大靓点。与之相适应的基础设施、服务设施建设尤其是港口建设、航道工程、围海造地工程逐年增多。葡萄岛旅游综合项目就属于人工填海造地工程之一，本项目由四个圆形人工岛组成，距离海岸线约500m，由跨海观光大桥与陆地连接，总用海面积114.8441公顷，其中填海造地面积48.5478公顷，水域面积35.9025公顷；透水构筑物面积19.8086公顷，非透水构筑物面积10.5852公顷；总建筑面积为974726m2。

本文通过葡萄岛海域勘察的工程实例总结出附近海域勘察的特点及施工要点，对相近施工条件的海域工程勘察具有一定的指导借鉴意义。

1 葡萄岛海域勘察特点

1.1 场区位置

本项目位于秦皇岛市抚宁县南戴河旅游区近海海域，属规划的北戴河新区，南北两侧为南戴河旅游区和南戴河娱乐中心，离洋河口约5km。

南戴河地处冀东扇形旅游景区的轴心，地理位置优越。旅游区距205国道5公里，距102国道16公里，距北戴河火车站6公里，距秦皇岛港20公里，距山海关机场30公里，形成了陆、海、空交通网络。区内沿海公路横贯东西、牛（头崖）南（戴河）。公路纵贯南北，公交汽车常年运营、交通十分便捷。京沈高速公路及沿海高速通车、昌黎机场的建设，与京东、辽西的交通更加方便。区位优势明显。具体位置见图1。

图1

1.2 工程特点及钻孔布置

水工工程：防波堤外侧长3824m，内侧长2640m，顶宽76.5m；护岸长9579m；透水构筑物18.8123万m2，游艇泊位约1000个；陆域形成48.5478万 m2；跨海观光大桥1座，桥长415m，面积7885m2。透水构筑物包括四个半岛和商业广场，总面积约9.46万m2，根据项目前期规划，基础拟采用桩基结构型式；口门桥位于口门处，净长50m，基础拟采用桩基结构型式。

建筑工程：商业街，海景公寓，私人游艇会所，游艇服务基地，游泳俱乐部，道路 19条，总面积97536 m2；桥梁20座，总面积4220 m2；管网综合的各种管线。

1.2.2 钻孔布置

根据工程特点，共布置钻孔138个，孔深8-50m不等。其中防波堤区域沿堤身轴线布置勘探线1条，勘探点距150m，布置钻孔24个；内护岸区域沿护岸轴线布置勘探线1条，勘探点距120m，布置钻孔63个，钻孔深度：防波堤、内护岸区域取土及标贯结合孔20m左右（控制性钻孔35m），十字板孔约5m(遇砂即停)。

1.2.3 地形地貌

东起戴河口，西至老河口，南戴河海岸线17.5km。岸边沙宽100～250m，宽敞坦荡。它柔如地毯，软似棉絮，远近高低，犹如金色的海浪。这里的海滨，沙软潮平，滩宽水清，潮汐稳定，风爽无尘。岸边上，林带苍翠，绿树成阴。

轮滑运动中，学生往往忽略防护装备的重要性，经过对于轮滑爱好者的调查中能够发现，约有75 %的轮滑运动者未曾进行防护用具的使用，26 %的轮滑运动者佩戴头盔保护头部不会受到伤害；13 %的轮滑运动者佩戴护肘保护肘部，同时，调查发现佩戴防护用具的大部分是老年轮滑运动者，在青年轮滑运动者中无人佩戴防护用具，因此导致大部分因轮滑运动受伤的运动者都是青年人，以上调查现象能够表明，不使用防护用具能够加大受伤的几率。

场区属于海蚀型砂质海岸及浅滩，海底面标高-0.50～0.0m，西北至东南略微倾斜。

1.2.4 地层岩性

根据勘探资料，场区在勘探深度范围内地层主要为第四系冲海相沉积物。 按年代成因、岩性、岩土体特征和物理力学性质指标可分为8个工程地质主层、4个亚层。地层为全新统冲、海相沉积物（Q4 al+m）：主要为淤泥质土、粉质粘土、细砂、中砂等；晚更新统冲洪积物（Q3 al）：主要为灰黄色～黄褐色粉质粘土、粗砂、砾砂等。

根据勘察结果，各层工程地质特征如下：

①1细砂（Q4 m）：灰黑，饱和，松散，成分为长石石英质砂，混淤泥质，含贝壳碎片，分选一般，磨圆较好。

①淤泥质粉质粘土（Q4 m）：灰黑，流塑～软塑，含贝壳碎片。

②细砂（Q4 m）：灰-黄褐色，饱和，以稍密～中密为主，零星松散和密实状态。成分为长石石英质砂，分选磨圆较好，夹粉质粘土层。

③粉质粘土（Q4 m）：灰-灰黑色，软塑-可塑，切面稍有光泽，无摇振反应，干强度和韧性中等，含砂粒，夹砂层。

③1中砂（Q4 m）：灰黑色-灰黄色，饱和，以稍密-中密状态为主，零星表层呈松散状态。成分为石英、长石质砂，分选磨圆较好。

④中砂（Q4 m）：灰黑色-灰黄色，饱和，以稍密-中密状态为主，底部呈密实状态。成分为石英、长石质砂，分选磨圆较好。

④1粉质粘土（Q4 m）：灰黑色-灰黄色，可塑，切面稍有光泽，无摇振反应，干强度和韧性中等，含砂粒。

⑤粉质粘土（Q 4 al）：灰黑-灰黄色，可塑，土质较均，切面稍有光泽，无摇振反应，干强度和韧性中等，含砂粒。

⑥粗砂（Q3 al）：灰黄色-黄褐色，饱和，中密-密实，分选磨圆一般，成分为石英、长石质砂，局部含少量砾石。分选一般，磨圆度较好，该层分布较稳定。夹粉质粘土层。

⑥1粉质粘土（Q3 al）：灰绿-黄褐色，可塑，土质较均，切面稍有光泽，无摇振反应，干强度和韧性中等，含砂粒。

⑦粉质粘土（Q3al）：黄褐色，饱和，可塑-硬塑，切面稍有光泽，无摇振反应，干强度和韧性中等，含砂粒。

⑧砾砂（Q3al）：黄褐色，饱和，密实，分选性一般，局部顶部为细砂，成分为石英、长石质，局部砾石含量较高，磨圆较好，粒径约2－5cm。

2 影响海域勘察的因素

海域钻探影响因素有水深、水流、波浪、潮汐、底质类型、水下地形等。[2]海域勘察和陆域勘察最大的区别就是陆域勘察是把钻机固定在汽车上或直接稳固于地面，而海域勘察是把钻机固定在船体上。因此船体的稳定性对施工的影响至关重要，影响船体稳定最直接的因素则是风浪及水流的作用。而岸边地形地貌则影响风力及风向；堤坝等岸边工程以及海底地形则对水流有不同程度的阻挡作用。此外地层因素也直接影响锚固及护孔套管打入进而影响工程施工进度。

2.1 水深

水太浅不利于行船与锚固；水太深也不利于施工。该区域靠近岸边地带海底多为细砂，低潮时水深在1.0m以下，因此宜选择吃水较浅的平底船，并在高潮及平潮期施工。

2.2 水流

该区域海底多为泥砂质，比较平缓，海岸线近于平直，两侧3km范围内无大的堤坝等阻水工程，因此该区域的水流流速较缓慢，流向主要随潮汐而动。

2.3 风浪

该场区岸边有宽1km的防护林带，对北风、偏北风有一定的阻挡作用，作业区距岸边距离很近，所以北及偏北方向的风不易形成大的波浪，风力在6，7级内大型铁壳船可正常施工。而在南及偏南风向施工时，风力应在5级以内。而小型木船则适宜在靠近岸边区域施工，风力在4级以内。

2.4 潮汐

该区域潮汐为规则全日潮，以秦皇岛港理论最低潮面为基准，潮汐特征值为：极端高潮位+2.66m，极端低潮位-1.71m；历年最低潮位-1.43m[1973-12-24]，历年最高潮位+2.55m[1960-07-28]；平均潮差0.73 m，最大潮差2.63 m。潮汐的变化会对钻船的锚固系统和套管的稳定有一定影响。

2.5 地层

该区域水面以下多为泥砂质，地形较平缓，当以细砂为主时不利于钻船锚固及套管稳定；当泥质较厚时利于钻船稳固及套管稳定。

3 钻探船类型选取与设备安装

3.1 钻场分类

海域钻场类型可分为架空钻场和漂浮钻场。[1]

架空钻场是通过固定设施直接将承载钻探设备的作业平台固定在底质岩土层中的勘[1]察装置。架空钻场满足承载钻探设备、人员及抗风浪的结构强度即可，目前应用较多的是用脚手架搭建的钢管桁架式钻场，现场拼装，平台面一般高出水面（高潮位）不低于1.5m，载重安全系数（钻场额定荷载与设计钻探荷载之比）应大于3。

漂浮钻场是将钻探设备及附属设备、管材、工具及其它材料等承托在水面上的装置。[1]漂浮钻场应满足以下要求：①具有足够的强度，能经受风浪潮流的冲击作用。②应适应工作时的水深。③有容纳所必用的设备、工具、材料，并能提供安全的工作场所和必要的生活条件。④ 应具有较好的稳定性和保持位置的能力，在风浪潮流等的综合作用下，其运动参数不超过规定的范围。即：摇摆度<2°；垂直升沉应<0.5m；纵移、横移而产生孔位偏离应小于水深的5%。漂浮钻场类型分类如图2所示。

图2

3.2 钻场选取

根据本区水深、水流、地层等因素综合考虑本工程分别采用自航式单体铁壳钻探船和自航式木质双体钻探船,钻机安装采用双船中出式、单船船体中心式和单船船侧伸出式。

4 海域工程勘察施工要点

（1）测量放点：坐标系采用1954年北京坐标系，中央子午线东经120度，高程基准采用秦皇岛港理论最低潮面作为零点。先用GPS导航，以小木船在孔位投掷浮漂定位，钻探船施工时采用四锚固定，调节锚绳长度精确定位。

（2）根据本次勘察成果该海域勘察施工时，近岸边区域由于风浪较小，宜选用双体木船，由两个长17.0-25.0m,宽6.0-7.5m，动力80马力小型木船用圆木及钢丝绳捆绑成为一体，钻机固定在两船中间；距岸边较远的区域宜选用大型铁壳船，船长37.0-45.0m,宽7.5-9.0m,动力300马力。锚绳长45.0-60.0 m，四根锚绳呈X型，锚绳与水平面的夹角10-15度。钻机采用GJ-200型工程钻机，安装采取船体中部打孔及船侧搭建辅助平台的形式。

（3）当有风及涌浪时，由于风对于钻探船的影响不论风向或风力都是随时改变的，而涌浪对于钻探船的影响则相对稳定且作用力较大，因此钻探船停放时船头要首先迎向涌浪的方向。

（4）打入套管前先量测水深，根据水深和孔口平台至水面高度确定下入套管的长度及先后次序，原则上先将短套管连接成5m、3m等不同长度的单根并先从较长的下起，接近孔口处应以0.5-1.0m单根套管调节至合适高度，使套管口与钻机底盘之间留有0.2-0.5m空间，以免因潮水涨落无法加减钻杆、钻具。

（5）加密测量水深，使孔深误差达到最小。

［1］蒋建良，潘永坚，吴炳华，等.海域岛礁桥梁地基综合勘察技术指南（报批稿）[Z].2010，9.

［2］潘永坚，朱章通.岛礁海域工程勘察施工难点和对策[J].探矿工程·岩土钻掘工程，2009,36（9：）：11-14.

［3］河北省地勘局秦皇岛矿产水文工程地质大队.葡萄岛旅游综合项目(一期)水运工程和陆岛连接桥工程地质勘察报告（施工图设计阶段勘察）[R].2010.

［4］刘月辉，周世冲，李圃林.海洋工程勘察的实践与探索[J].岩土工程技术2011，4,25(4,总 116 期）：183-186.

［5］JTS133-1-2010港口岩土工程勘察规范 GB50021-2001岩土工程勘察规范[S].2009.

［6］JTJ254-98港口工程桩基技术规范[S].