插入式箱型进海路结构技术探索*

邵文静

(中国石油大港油田滩海开发公司 天津 大港 300280)



·试验研究·

插入式箱型进海路结构技术探索*

邵文静

(中国石油大港油田滩海开发公司 天津 大港 300280)

文章描述了结构稳定性计算方法，对工程实例的结构稳定性进行了计算分析，并对其施工方法进行了可行性分析。认为插入式箱型进海路结构具有路基材料用量较少、结构整体性好、地基受力均匀、沉降变形较均匀、施工工序少、现场工程量小、施工期短、工程造价较低等优点，在软土地基是适用的。

插入式；箱型；进海路

0 引 言

采用“海油陆采”的开发模式对近海油气资源进行开发，是一种经济、快捷、有效的途径，即先在海上修筑人工岛和连接人工岛与陆地的进海路，然后在人工岛上开采海底油气资源[1、2]。在近海软土地基上，传统的进海路结构形式有抛石斜坡堤路基结构、对拉板桩路基结构、抛石基床混合体路基结构等。当水深较深时，这些路基结构的建造成本将大幅度增加，一方面是由于材料用量增加；另一方面，由于受风浪因素的影响，施工效率降低、施工费用增加。

抛石斜坡堤路基结构对软土地基的适应性强，但建筑材料用量大，施工期长[3、4]；对拉板桩路基结构节省建筑材料，但其构件均为单件预制，现场拼装，现场工作量大，施工受风浪影响大，施工质量难于控制[5、6]；抛石基床混合体路基结构需要对软土地基进行加固处理，施工期较长[7、8]。上述几种路基结构由于现场施工工序多，工程量大，施工期间受风浪干扰影响均较大。

插入式箱型进海路是一种新型的实体进海路，主要由插入式箱型进海路基础结构件和上部的混凝土路面所组成。本文重点对插入式箱型进海路结构在大港滩海软土地基的稳定性和施工方法进行分析论证，探讨其适应性。

1 插入式箱型进海路结构技术

针对常规结构存在的问题，在对拉板桩路基结构的基础上，进一步优化结构形式，提出了一种新的路基结构型式——插入式箱型进海路结构。

1.1 进海路结构形式

插入式箱型进海路由插入式箱型进海路基础结构件和上部的混凝土路面所组成。插入式箱型基础结构件由钢筋混凝土挡墙、连接墙和限位板组成，两片平行的横向连接墙垂直地将两侧的两片挡墙连接成箱体，在横向连接墙的底部设置水平的限位板，两片横向连接墙之间设置一片与横向连接墙垂直相交的纵向连接墙。该结构件中，挡墙长度为10 m、高度为10 m，横向连接墙长度为7 m、高度为3.6 m，两片横向连接墙间距为6 m，纵向连接墙高度为1.5 m，水平限位板的宽度为2 m。插入式箱型基础结构平面如图1所示。

图1 插入式箱型基础结构平面

该结构于对拉板桩进海路相比较，具有整体性好、现场安装速度快、施工质量易控制、施工效率高等特点。

1.2 稳定性分析

1.2.1 环境载荷分析方法

1)水平波浪力

为确保结构安全稳定，作用于路基结构上的波浪力按极端高水位情况下的极限波浪计算。浅水极端情况下，在箱型进海路路基上的波浪力类型为中基床的近破波和远破波。

直墙建筑物上近破波的波浪力可按下列规定确定。

(1)静水面以上高度z处的波浪力强度为零，Z可按下列公式计算：

(1)

(2)静水面处的波压力强度，可按下列公式计算；

(2)

(3)

(3)墙底处的波浪压力强度，可按下列公式计算：

Pb=1.6ps

(4)

(4)单位长度墙身上的总波浪力可按下列公式计算：

(5)

(6)

(5)墙底面上的波浪浮托力可按下式计算：

(7)

式中，μ为波浪浮托力分布图的这件系数，取0.7。

当箱型进海路路基上的波浪力类型为中基床的远破波时，直立式建筑物上远破波作用力可按下列规定确定。

静水面以上高度H处的波浪压力强度为零。

静水面处的波浪压力强度按下式计算：

Ps=γK1K2H

(8)

式中K1为系数，水底坡度i的函数；K2为系数，波坦L/H的函数。

静水面以上的波浪压力强度按直线变化。

静水面以下深度Z=H/2处的波浪压力强度：

pz=0.7Ps

(9)

水底处波浪压力强度按下式计算：

当d/L≤1.7时，Pd=0.6Ps

(10)

当d/L≤1.7时，Pd=0.5Ps

(11)

2)冰荷载

大面积冰场遇到桩或墩时产生挤压破坏时产生较大冰荷载，极限冰压力标准值计算公式：

F1=mAbhRy

(12)

式中：F1为极限冰压力标准值，kN；m为桩或墩应冰面形状系数；A为冰温系数；b为桩或墩应冰面投影宽度，m；h为计算冰厚，m；Ry为冰的抗压强度标准值，kPa。

1.2.2 结构稳定性及沉降量分析方法

水平抗滑稳定性和抗倾覆稳定性的计算，可参照《重力式码头设计与施工规范》JTJ290-98规范规定，建立验算表达式；整体稳定性计算，可按《港口工程地基规范》(JTJ250-98)中的圆弧滑动或非圆弧滑动方法进行计算，并满足相关要求。结构沉降量计算利用《港口工程地基规范》(JTJ250-98)建议的分层总和法，根据地基土的压缩曲线，分别计算箱型进海路结构中点处和边界处的竖向沉降量。

1.2.3 计算参数选取

依据大港滩海区域软土地基特点，针对可能建设进海路的位置，计算参数取值为：设计高水位1.65 m，设计低水位-1.78 m，极端高水位3.21 m，极端低水位-3.62 m，100年一遇高水位3.39 m。

泥面高程分别按-3.0 m、-2.0 m、-1.0 m、0 m泥面四种情况考虑。

上部使用荷载设计值取为10 kN/m2。

本工程场区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05 g。根据工程的重要性，本工程抗震设防烈度提高一度，按7度设防考虑，设计基本地震加速度值取0.10 g。

结构计算需考虑三种工况，分别对进海路的抗滑稳定性、抗倾稳定性、整体稳定性及地基承载力进行核算，每种工况需计算的内容如表1所示。

1.2.4 结构尺度初步设定

依据水深情况及工况条件，对于箱型进海路结构尺度初步设定为：结构顶标高+2.0 m，在不同泥面高程下，结构入土深度和结构两侧抛石尺寸如表2所示。

1.2.5 结构荷载计算

基于土压力、波浪力及冰荷载计算满足规范要求的前提下，考虑三种工况，进行结构的稳定性计算，结果均满足稳定性要求，如表3、表4所示。

表1 各工况计算内容

表2 结构入土深度和结构两侧抛石尺寸设定

表3 结构稳定性计算

表4 进海路结构的沉降量计算结果

1.3 施工可行性分析

现场施工时，插入式箱型基础结构件在陆地上预制，可用船舶将结构件运输至安装现场，再用船吊将结构件吊装下水并在安装现场定位，之后，船吊缓慢放下结构，在结构自重作用下，结构件的挡墙插入到泥土中，至水平放置的限位板的底面和海底泥面接触后，结构下沉安装到位。将插入式箱型进海路结构件在软土海底地基上沿轴线方向排列安放，就构成了一条海上路基。之后，在箱体内部和外部抛填石料，待结构沉降基本稳定后，在箱体内部的抛填石料上铺设路面层，路面可设管线沟和电缆沟，就建成了进海路。插入式箱型进海路结构断面如图2所示。

图2 插入式箱型进海路结构断面图

2 结 语

通过对结构的稳定性计算和施工方法分析，插入式箱型进海路结构安全稳定，适用于大港滩海软土地基。利用插入式箱型进海路结构件在近海水深较深的软土地基上修建进海路时，材料用量较少、路基结构的整体性好、地基受力均匀、沉降变形较均匀、各组结构间的相对沉降量容易控制；施工时施工工序少、现场工程量小、工期短、工程造价较低，是软土地基滩海进海路建设最具有优势的结构型式之一。

[1] 韩 利.箱涵进海路结构的设计研究 [J].科技信息，2009,22(1):44-45.

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[3] 徐喜林.滩海陆采油田进海路工程的特点与应用前景[J].石油工程建设,2013,39(4):23-26.

[4] 陈 健.浅海区域板桩路堤施工工艺研究[J].水利规划与设计,2009,22(4):33-39.

[5] 李 静.滩海油田进海路设计浅析[C].第十三届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集,2007:640-642.

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[8] 顾从银，陈玉明，韩山峰,等.滩海地区“海油陆采平台+漫水路”设计与施工[C].中国水利学会2006学术年会论文集.滩涂利用与生态保护,2006：255-261.

The Plug-in Box Type Road Structure Technology Exploration

SHAO Wenjing

(PetrochinaDagangOilfieldOffshoreDevelopmentCompany,Dagang，Tianjin300280,China)

This paper describes the calculation method of structure stability. A structural stability of an engineering example is calculated, and the feasibility of construction methods is analyzed. The plug-in box type road structure is considered having many advantages such as low consumption of materials, good integrity, uniform stress, uniformed foundation settlement deformation, fewer construction procedures, the small engineering quantity, short construction period and lower cost, and it is also applicable in the soft soil foundation.

insert type,box type,in to the sea

中国石油股份公司歧口专项，项目编号：(2008E-0608)。

邵文静，女，1984年生，工程师，现在中国石油大港油田滩海开发公司工作，主要研究方向：滩海海工新技术。E-mail:shaowjing@petrochina.com.cn

TU471.1+6

A

2096-0077(2015)02-0037-04

2014-06-07 编辑：韩德林)