NP1—3D滩海人工岛沉降的处理

张彦龙 李顺利

1中国石油冀东油田分公司2南京水利科学研究院水文水资源与水利工程国家重点实验室

NP1—3D滩海人工岛沉降的处理

张书红1张彦龙1李顺利1焦志斌2

1中国石油冀东油田分公司2南京水利科学研究院水文水资源与水利工程国家重点实验室

人工岛施工期安全监测的主要目的是控制围堤和岛体加载速率，以及围堤护坡稳定。采用指数曲线对实测沉降-时间过程线进行拟合，施工期结束6个月后，围堤地基平均固结度为83%，在没有外荷载的情况下，人工岛围堤工后平均沉降量约为51mm，围堤工后沉降对防浪墙和护面结构有一定的影响。岛体沉降没有收敛，最终沉降无法推算。现场观测能客观准确地反应地基在时间和空间上的沉降分布和变化规律，施工期和工后监测宜采用自动化，再结合理论计算，可以推算多种工况影响下地基的阶段沉降量和变化趋势。

人工岛；安全监测；围堤；岛体；沉降

滩海人工岛工程处在复杂的海洋环境中，施工期的安全监测直接关系到人工岛工程的安全建设和后期运行管理。冀东南堡油田NP1—3D位于河北省唐山市滦南县北堡村南侧，南堡村西南侧，南堡浅滩-5m等深线附近，呈近似椭圆形布置，采用袋装砂斜坡堤结构，岛心采用吹填砂形成。NP1—3D具有以下四个特点：①人工岛建在北高南低的海沟边缘，和周边构筑物建设严重影响局部的水动力环境；②周边水深大，原泥面高程约-5.3m，高潮时水深超过9m，是中国石油水深最大的人工岛；③吹填高度大，岛体平均吹填高度13.5m，是中国石油吹填高度最大的人工岛；④距离陆域较远，联系不便，受气候及海洋等环境因素较大。

1 工程概况

根据工程地质勘察报告，海区海底较平坦，勘探深度内岩土空间分布较复杂，对工程影响较大的是第一层淤泥质粉质黏土。第一层淤泥质粉质黏土呈流塑状态，含水率较高，成分不均匀，含有机质，层厚2～4m，承载力极低。围堤基层采用通长袋装砂被，砂被以上棱体分为二级，均采用内外袋装砂棱体，中间为吹填砂堤心。第一级棱体由通长砂被填筑至设计高水位以上，棱体顶标高+4.0m，第二级棱体填筑在第一级棱体及吹填砂上，填筑至防浪墙及垫层下。围堤采用3t扭王字块体护面，抛石垫层，坡比1∶2.5，一级棱体顶部设置1m宽平台。

2 施工期沉降及影响因素

由于围堤及吹填区域为软土地基，围堤施工和吹填陆域时，若施工加载速度过快或处置不当，以及强风暴潮的作用，极易造成地基破坏或失稳事故发生。因此，人工岛施工期必须进行安全监测。监测的主要目的是控制围堤和岛体加载速率，以及围堤护坡稳定。围堤稳定观测共设置4个观测断面，东、南、西、北侧堤各1个，岛体吹填区对应布置4个地面沉降断面。

人工岛施工期围堤沉降监测结果见表1，典型断面沉降过程线如图1所示。采用指数曲线对实测沉降-时间过程线进行拟合，最终沉降量与固结度计算采用式（1）和式（2）

式中S∞为最终沉降量（mm）；S1、S2、S3分别为从停载后沉降-时间过程线上等时间间隔选取的3个沉降值（mm）；U为固结度（%）；St为t时刻实测沉降量（mm）。

施工期结束6个月后，围堤地基平均固结度为83%，在没有外荷载的情况下，人工岛围堤工后平均沉降量约为51mm，且围堤沉降已经趋于收敛稳定，围堤工后沉降对防浪墙和护面结构有一定的影响。岛体沉降没有收敛，最终沉降无法推算。

表1 围堤断面沉降观测

图1 围堤WT—3断面沉降过程线

在荷载不变的情况下，地基的总沉降包括初始沉降、固结沉降和次固结沉降。对于1#～3#人工岛工程，地基沉降量除上述3个部分外，还包括外荷载变化引起的沉降，以及岛体水平位移引起的沉降。外荷载变化主要包括地面临时堆载和长期堆载，设备、交通活载，以及震动荷载。

由于外荷载变化引起的沉降和岛体水平位移引起的沉降有局部性和时间效应，除了会增加局部区域的总沉降量，更为严重的是在局部区域产生不均匀沉降，如防浪墙连接处、输油和输水管线连接处、道路两侧、北侧围堤（主要是活载）等。因此，施工期监测技术标准要考虑沉降的时间效应和影响因素。

3 沉降处理措施

对于地基沉降，目前的理论计算非常繁杂，而且受诸多参数影响，误差较大。现场观测能客观准确地反应地基在时间和空间上的沉降分布和变化规律，施工期和工后监测宜采用自动化，再结合理论计算，可以推算多种工况影响下地基的阶段沉降量和变化趋势，达到解决沉降对工程安全及使用的影响。对于围堤结构的沉降，主要受围堤地基沉降和围堤侧向水平位移的影响。根据人工岛围堤沉降和水平位移监测成果，再结合阶段的理论分析和计算，可以准确了解不同工况下，围堤地基工后沉降变化规律。

防浪墙结构建立在二级和三级棱体结合处，与岛体吹填砂结构连接，受变形和不均匀沉降影响最大，应该采取与围堤结构相同的工程措施。

岛上采油设施基础建立在岛体吹填砂上，不同的结构物对应的基础形式有所差异，结构自重相差也较大，由于在工程设计阶段缺乏对沉降机理的认识，结构设计自身存在缺陷，工程措施要区别对待，可以采用现场监测结合理论分析的控制措施。

（栏目主持焦晓梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.020