台风多发区防波堤施工风险应对探讨

2020-07-01李雄，金璐

港工技术 2020年3期

李雄，金璐

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

引言

2014年的台风季，台风“威马逊”和“海鸥”，在7月和9月先后登陆了海南省文昌市，第二年10月台风“彩虹”登陆广东湛江坡头区。几次台风的造访，给粤西地区沿海海域带来狂风巨浪。当时正在该海域施工建设的某防波堤工程，完全置于台风掀起的巨浪肆虐中。

据当地气象站资料显示，9#台风“威马逊”在海南文昌翁田镇登陆时，中心附近最大风力 17级（60 m/s），最低气压910 hPa。台风抵达湛江徐闻，防波堤施工海域的浪高达到8.6 m以上。15#台风“海鸥”登陆时，中心附近最大风力13级（40 m/s），随后到达湛江徐闻时的最大风速 46 m/s（14～15级），增水1.5～2.0 m以上，防波堤施工海区最大波高约5 m，平均波高约3 m。22#台风“彩虹”登陆广东湛江坡头区时的中心最大风力达到 15级（50 m/s），最高潮位1.99 m，防波堤建设海域水文站测得的最大波高约7.1 m。

1 施工中的防波堤防台情况

施工建设中的东、西两道防波堤均为抛石斜坡堤结构，其中东防波堤长5 423 m，最深处天然泥面高程-15.0 m。西防波堤长3 315 m，最深处高程-16.0 m。

当时两防波堤均以接岸堤根为起点，向海中推填施工，堤心石推填到约0+650～800 m处，堤身块石垫层和护面块体随堤心石抛填随后安放。堤顶作为堤心推填和护面块体安放的施工通道，暂未作混凝土挡浪墙浇筑和顶部护面块体安放。

图1 东、西防波堤平面布置

防波堤典型段和护岸段设计断面如图2、图3。

图2 防波堤护岸段断面

图3 防波堤段典型断面

接到台风将临的通报后，尽管施工单位采取了积极的防台措施，但台风仍然给施工尚未完全成型的防波堤堤段，造成了一定的破坏。

台风过后，经过检测防波堤遭受破坏情况如下：

1）波浪翻过堤顶外侧加护的扭王字块，落在堤顶造成了堤顶堤心部分的淘刷破坏，外坡护面在失去堤心石整体支撑的情况下向内侧垮塌，防波堤顶部受损；

2）推填施工的临时堤头段防台加固的大块石，以及堤心石和垫层块石大部分冲毁；

3）成型堤段的堤心石内坡和护面垫层块石层部分被淘刷损坏；

4）浅水段外坡护底块石部分被冲散。

尽管堤顶和内坡受到不同程度损坏，但防波堤外侧坡面上的扭王字块体并未发生位移和破坏，在已成型堤段，防波堤主体结构是安全的。

2 施工中台风风险的应对

我国的海南、广东、广西、浙江等沿海地区属于台风多发区域，在这些区域进行防波堤或其他海洋工程的建设，所处海区水深浪大，直面外海无任何掩护，施工工期长，常需经历多个台风季。如何安全平稳度过施工期，将台风风险损失减少到最小，是一个绕不过的难题。

影响海洋工程施工管理风险的因素有多种，海洋环境中的特殊自然和环境因素，诸如台风、地震海啸、灾难性海浪、风暴潮、海冰等自然灾害，是导致海洋施工风险存在的最主要原因。在台风发生地区，台风风险源几乎铁定存在，容易辨识，只是当它到来的时候，究竟会产生多大的影响损失，存在着评估的不确定性。依据经验，对于建设中的海洋工程，尤其是尚未形成设计断面的防波堤，一次台风风险损失的评估价值通常会达到几百万元级甚至是千万元级。

2.1 风险应对策略

工程建设过程中的施工风险，由于自然灾害和意外事故的发生，造成人员伤亡、财产破坏以及其他经济损失，这些事件的发生和损失状况，通常具有极大的不确定性。故此，风险管理一般可以分为以下几个过程：

1）风险辨识；

2）风险评估；

3）风险决策；

4）风险监控。

以最小的成本获得最大的安全保障是风险管理的总目标，也是风险决策遵循的基本原则。风险分析的目的在于根据风险分析的结果，提出恰当的风险应对方案，尽可能地降低工程风险，实现工程的预期目标。

对于自然灾害风险的处置方法，一般包括：

1）工程风险回避；

2）防损和减损措施；

3）工程风险自留；

4）工程风险转移等。

2.2 工程回避策略

当预计会有灾难性风险来临时，及时终止尚未实施的项目活动，放弃项目的进行，采用回避风险的处置方式无疑是比较有效的。但是防波堤的作用就是在于抵御风浪维护港区水域平稳，不会用放弃项目实施来中断风险源，遏制台风事件发生，所以风险回避策略暂无法采用。

2.3 防损和减损策略

防损是采取预防措施杜绝风险发生，减损则是采用有力措施来控制风险损失的蔓延，降低损失的程度，使损失最小化，这是积极的、主动的风险应对策略。

对于台风季的防波堤施工风险区域，主要体现在尚未达到成型状态的堤头段堤心裸露部分、堤顶裸露段和未掩护的内侧坡面。

台风来临之前，施工单位积极应对，按照惯常采取的防大浪方式，在堤顶施工通道的海侧加设了2排11 t的扭王字块体，以期对堤顶裸露部分形成遮挡；对内坡和外坡侧裸露区段抛填1～2 t大块石做全断面压护；对堤头水面以上推填堤心石采用放缓坡并放置25 t扭王字块作全包封防护。

堤顶和内外坡的防护施工可以在已出水防波堤段全面展开，堤头的防护则由于场地狭小而显得艰难。

台风从形成到登陆能够比较准确预测的时间大约为4～5天，在收到台风信息后，约有4天时间可用于陆上防台加固施工，最后一天留给施工机械设备回撤。由于堤顶施工作业面较窄，在堤顶实施坡面放缓理坡施工的勾机，与安放扭王字块的吊机无法同时驻位作业，施工工序须分别进行。堤心石施工推填的自然边坡为1：1，要放缓至更稳定的1：2坡度，需挖移的堤头石方量约8 000～9 000 m3。堤头作业面可站4台挖掘勾机同时工作，抢险工作若按每天 16小时计，每台勾机每天约可处理石方900 m3/台班，则共需约2.5天时间完成放缓坡施工工序，留给履带吊安装扭王字护面块的时间只有1.5天。吊机吊安25 t扭王字块每天约可安装135件，1.5天可完成25 t扭王字块安装200块，与堤头防台扭王字块安装量620件相差甚远。完成620件扭王字块安装需5天时间，比收到台风消息后允许的全部工作时间都多，故此，在收到台风消息后再进行堤头防台防护，成了难以完成的任务。

2.4 工程风险转移策略

对于自身难以承担的风险，可以通过一定的途径将风险转移给其他承担者，由最具有能力减轻风险损失发生的一方来承担。

业主通过在总承包合同中设定保护性合同条款将风险转移给施工承包商，实现风险的合同转移；承包商或业主投保与工程项目相关的险种，将风险转嫁给保险公司，实现风险的保险转移。合同转移将施工风险在甲乙双方进行分配，保险转移则将风险进一步扩展到第三方，由更多的方面共同承担，这无疑是风险处置的应对良策。

许多自然灾害的风险特征表现为人类难以控制，台风风险亦如此，无论人们是否采取减灾措施，均难以阻止损失的发生。为此投入的风险防范成本支出，仅能起到减小和恢复作用，是纯粹的风险成本支出，并不会产生额外收益。这些特征也符合保险合同具有的补偿性和射幸性特征。补偿性是只有当被保险人的保险标的在保险范围内遭受损失时，才能获得赔偿，以实际发生的损失额或保险金额为补偿上限。射幸性特征是被保险人可以获得超过其已交纳保费的赔款，但是如果在保险期内未发生事故，则被保险人得不到赔偿，也不会退回已交的保费。这意味着，在单笔保险业务中，交纳保费与给付赔偿额可以是一种对等关系，但更有可能所收和所付金额不等，这就在保险人和被保险人之间产生赔了或赚了的心理比对。

本防波堤工程在开工前投保了建筑工程一切险，保费总计近1 000万元，但在经历了几场台风损失赔偿后，保险公司不但赔进了收取的保费，还额外搭上了一笔，保险公司为此苦不堪言。另有资料显示，1992年到2000年的9年中，浙江某海塘工程投保交纳保费额 1 306万元，保险理赔额为2 193万元，保险理赔额高于保费收入的情况在海洋工程保险案例中较多呈现。随着全球气候变暖，各种极端自然状况频出，给海洋工程灾害带来更多的突发可能。对于保险公司而言，虽然保险业务收入不断增加，但因为不断提高的赔付成本，甚至承保业务亏损，迫使保险公司也采取了诸如提高保费费率、提高免赔额、约定巨灾损失赔偿限额、提高台风赔偿等级，甚至谢绝承保单一涉水工程等各种措施降低保险承保亏损。所以，把无法自担的自然风险转嫁给商业保险公司也变得愈加不容易。

2.5 风险自担策略

无论是在台风前采取防损减损施工措施，或是台风过后拆除措施恢复原貌，仍然需要付出一定时间和费用代价。投保将风险转移给保险公司，也需要缴纳保费和自担保单约定的免赔额。即使台风最终绕道而过，大多付出亦难以免除。所以，在台风风险面前，无论是采取防损减损的施工措施，还是保险转移，终究要付出一定代价，这就不得不需要考虑更为积极而有效的应对措施。

传统设计思路多是以项目建成后的合理使用状态作为出发点，确保施工如何达到设计要求而采取的行动，通常归就于施工承包商的施工方法和措施。但对于防台这件事，单纯的施工防范措施已经处于捉襟见肘的状态，无法完全解决问题。

项目管理的生命周期理论表明，在项目初始阶段，人们的行为对项目产品的最终特征和最终成本的影响力最大。随着项目的逐步发展，投入的成本在不断增加，出现的错误不断得以纠正，人们行为的影响力会逐渐削弱。如果在台风必然造访地区，从设计初期，即将施工期防台的功能考虑进结构设计，从而减少施工中措施性的反复消耗，无疑会对于防止台风风险起到事半功倍的效果。

3 在工程设计中抵御风险

分析风险点特征及其形成原因，以一定方式从源头上中断风险发生或不再发展，从而避免潜在损失，实现规避风险的有效应对。

分析防波堤施工遭遇3次台风破坏的共同特征主要在于以下三方面：

1）冲塌推填中的堤心石舌；

2）淘刷堤顶施工通道；

3）冲塌堤心石内坡。

根据这些破坏特征，以调整设计方案和施工组织方案，结合台风前的施工防护，共同应对台风风险。

3.1 控制堤心石抛填

防波堤的临时堤头，在台风情况下的破坏主要是由于推填施工中的堤心石舌凸出水面而又来不及防护所致。通过降低堤头堤心石的水下抛填高程，达到防止堤心石损毁的目的。研究表明，水下抛填控制在-3.0 m以下，将较小受到海面风浪影响。

进入台风季节后，放缓防波堤的陆上推填施工进度，主要进行-5.0 m以下堤心石的水上抛填施工，对已出水的堤段，在台风季来临之前，即预留充足时间，做好外坡垫层抛填和护面扭王字块的安装。提早对已出水的过渡区堤心石舌段，安放25 t扭王字块作临时性全包覆防护封存，台风期过后再移除扭王字块继续陆推抛填施工。

3.2 堤顶胸墙两次浇注和灌砌大块石防护

防波堤护岸段堤顶原设计为混凝土胸墙，越浪段堤顶覆护扭王字块。在施工期间，堤顶作为陆推施工运输通道，铺简易泥结碎石路面，直到全部防波堤推填完成后，再从堤头倒退安装堤顶扭王字块和浇筑混凝土胸墙，因此东堤 5 423 m和西堤3 315 m的堤顶临时施工通道需经历2～3个台风季，每个台风季都将遭受破坏，需要反复整修恢复。

对设置胸墙的堤段，将胸墙混凝土的分段整体浇筑调整为分下部和上部两次浇筑。即在台风季节来临前，先期浇筑底部的1 m厚胸墙覆盖部分堤顶，旁边堤顶区域采用1 m厚的1～2 t灌砌块石进行防护，以混凝土胸墙底层和灌砌块石层成为施工车辆行走的路面。

对于无胸墙设置的越浪段堤顶，全部采用1～2 t灌砌块石进行覆盖（1 m厚），并在灌砌块石内设置排水通道。底部70 cm厚块石层灌注混凝土，上部30 cm不允许灌注，以保证灌砌块石顶面有粗糙衔接面，与垫层块石层紧密咬合。同时，堤顶侧面及时安装扭王字块体，对堤顶形成充分防护，从而防止台风波浪对堤顶的直接冲刷而造成的堤身损坏。

护岸段和越浪段堤顶防台措施，见图4、图5。

图4 护岸段堤顶防台措施

图5 越浪段堤顶防台措施

3.3 内坡的防护

1）东防波堤内坡护面

东防波堤近岸的1 925 m段原设计为填筑区的外护岸段，内坡护面设计为浆砌块石，护岸段内坡主要受 S～SSW 向波浪（5年一遇波浪要素H5%=4.3 m）影响，该方向波浪虽大，但不属于常浪向，且出现频率较低，综合考虑施工期状况，故将内坡护面设计调整为2～3 t大块石，见图2。

2）西防波堤内坡护面

在西防波堤施工期间，东防波堤尚未施工完成，未能对其形成良好掩护，西堤内坡主要承受SE～SSE向波浪（5年一遇波浪要素H5%=6.3 m）。由于该方向波浪较大，且为常浪向，出现频率很高，最终内坡设计调整为宽肩台结构。根据物理模型试验，堤心石顶宽设置为 13 m，块石重量为 800～2 500 kg，其中 1 500～2 500 kg和 800～1 500 kg 的块石各占50 %。图6为波浪作用后宽肩的冲刷范围和冲刷形态。