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桩西油田海堤隐患治理防护加固技术研究

2019-08-16周鹏生

智富时代 2019年7期
关键词:加固防护

周鹏生

【摘 要】受全球及海洋环境的不断变化,海洋对海堤的影响与破坏也日益剧增,加强对海堤除险加固十分重要。本文通过分析桩西海堤的损坏成因和近年来海洋的气候环境,在海堤隐患治理过程中,针对海堤防护薄弱环节进行高标准加固,以护底及堤脚加固、消浪防冲、抗渗、排水为主要指导方向进行建设工程技术管理,指导油田同类海堤排除安全隐患提供参考。

【关键词】滩海海堤;隐患治理;防护;加固

1、基本情况

胜利油田浅滩海海域地处渤海湾南部,海底地貌主要为海、陆相交替沉积的滨海水下三角洲,整体地势较平缓,局部起伏较大,为冲淤积形成的海底冲沟和海底小土岛,地质条件由淤泥质土、粘性土、粉土及砂土构成;8级及以上大风天气主要集中在秋冬季节,以偏北风、东北风对潮水波浪影响最大;潮位属于不规则半日潮,平均潮差0.89m,最大潮差2.32m,在持续大风天气下,在浅水区极易形成潮水重叠,造成潮位居高不下,造成强烈的风暴潮灾害。

胜利油田浅滩海海堤自上世纪七八十年代陆续建成,是一道保护滩海地区油井安全和人民生命财产安全的重要屏障。自1994年以来,黄河来水来沙量急剧减小,海岸冲淤和堤前滩地蚀退平衡被打破(胜利油田海岸的冲淤平衡点为年入海泥沙量3亿吨,小于该入海泥沙量则引起海岸冲刷),蚀退速度大于海岸冲积速度,导致海堤堤前水深持续增加,海洋波浪作用加剧,原来的建设标准,已达不到应对当前水深防护的要求。

2、海堤存在的主要安全隐患问题

2.1原海堤建设标准偏低,不能够满足当前防护要求

海堤的设计标准直接关系到海堤的安全和投资。桩西海堤在建设初期滩地高程比较高,海堤原建设顶高程和护面块体厚度均能满足规范要求,海堤无越浪。但是目前堤前海底高程大大加深(加深3-5m),海堤顶高程及护面厚度均不能满足当前水深要求,同时也没有应对当前水深条件的护底结构,加上堤后无任何排水设施且为土坡,风暴潮发生时将会出现大量越浪,越浪水流冲刷海堤背坡土体,势必造成背坡土体大量流失,堤顶路面将从背坡开始塌陷,逐渐扩展至前沿,最终形成海堤决口,危及海堤安全。

2.2堤脚消浪块体流失,护底结构不足

自建设初期开始,扭工字块没有随着水深的增加而增加,加上没有任何护底措施。在海底滩地蚀退,高程持续下降结合风暴潮的情况下,堤脚抛石大量流失,扭工字块也随之流失,消浪能力大为降低,致使作用在戗台及以上护坡的波浪力增大,进一步加剧反压平台及以上护坡的破坏。由于目前海堤的整体稳定安全系数没有富余量,抛石流失将致使海堤悬空高度加大,整体稳定安全系数减小,从而极易出现滑坡事故。

2.3反压平台损坏严重,护坡内土方流失

海堤原反压平台主要为砌石结构,它是护坡及堤内原土的重要防护体,随着反压平台砌石的松动、脱落造成大量海水通过护坡底部掏蚀护坡内部土方,造成海堤护坡空洞、塌陷。护坡内部反滤结构的缺失也进一步导致了护坡内原土直接裸露在海浪冲刷下流失,严重部位直接导致海堤路面下土方被掏蚀殆尽、堤顶路面塌陷,危及海堤整体安全。

2.4海堤堤顶及背侧排水系统缺失

海堤堤顶主要为沥青路面,背侧主要为土体结构,每50米设排水沟,但随着海堤越浪的增加及降水影响,在风暴潮天气下,大量海水越过海堤冲刷背侧土方,导致海堤背侧土体流失严重,堤顶路面因没有土体保护导致道路基层和面层局部损坏。

3、海堤除险加固技术

海堤的主要加固依据为当前海底高程、水深和风暴潮重现期(当前主要为二级堤防结构,设计潮位重现期50年)。主要加固技术措施为增加护底结构、增加堤脚消浪块体防护、防冲反滤结构护坡、增加弧形挡浪墙、设置排水系统。

3.1增加护底结构

堤前增加护底压载结构能有效保护海底土石,有效抵抗堤前海水紊流对滩地的冲刷力,减少因滩地蚀退而造成的海底高程下降。根据海域情况,具有满足大型作业船舶施工的作业面和水深的,以混凝土联锁排护底上部压设合金笼网兜装石护底结构、管桩插打并补充大块石护底结构为主;浅水区或作业面小的海域一般以大块石护底、水力充填模袋为主要护底结构。

3.2增加堤脚消浪块体防护

消浪块体一般采用三级消浪结构,有效减小波浪的爬高,降低堤顶高程,而且能减轻波浪对堤身主体结构的冲击力。一般在最下部采用扭工体安装(根据水深情况可设置一层7排或一层9排等),保护堤脚抛石的同时作为第一级消浪体,可抵抗高潮位7级风浪的越浪;第二级消浪体一般以四脚空心方块为主,有效防止高潮位下海浪涌流的冲刷;第三级消浪设置在反压平台下部,压设在栅栏板上,有效防止反压平台受海浪直接冲刷。

3.3防冲反滤结构护坡

护坡结构是海堤迎浪侧保护海堤的重要结构,主要受风暴潮天气下海浪的冲击力破坏,同时护坡渗水破坏也容易导致堤内土体流失。因此,在护坡混凝土面层内部设置反滤结构(以中砂一层、土工布一层、碎石一层组成),保证护坡积水能够有效排除的同时保护土体流失。面层一般采用预制板、栅栏板进行防护,护面块体厚度根据水深条件和波浪要素进行计算得来,护面块体主要作用是消除或减弱海浪冲击力,保护海堤护坡结构的稳定。

3.4堤顶增加重力式挡浪墙

在堤顶支设弧形挡浪墙增加海堤的迎浪高程,有效减少海堤越浪。在墙体迎浪侧上设置弧形或梯形挑浪嘴,能够有效地将来浪挑回海面,达到减少越浪量的目的,挑浪嘴向外侧伸出一定的寬度,以一定倾角的斜面或反弧与下部直墙联结。挡浪墙结构通过对波浪力、海堤渗水浮托力等进行设计,同时根据抗滑稳定验算和抗倾稳定验算校核。

3.5堤顶及海堤背侧排水系统

在海堤堤顶及背浪侧设置排水沟及泄水槽等排水系统,将大气降水和越浪海水进行引流至固定位置统一外排,减少水流对堤背土方的冲刷,保护堤顶路面结构。一般沿海堤路面设置纵向排水沟,汇集堤顶水流;同时每隔相应距离(30-50m)设置横向排水沟与总向排水沟连通,将水流引致海堤下游统一排走。排水沟结构通过年降雨量和风暴潮越浪来进行设计。

4、结论及建议

今后受全球及海洋环境的不断变化,海洋对海堤的影响与破坏也日益剧增,海堤除险加固技术也应根据情况进行及时增加防护措施。一是要定期组织对海堤进行检查,通过问题分析破坏原因制定加固方案,确保措施的有效性和针对性;二是对海堤的加固措施应结合方案和资金,重点确定设计标准,标准的制定是指导海堤加固周期性的重要指标;三是这是个长久的、需要不断深入研究的课题,只有不断推陈出新、采用新技术、新工艺,才能够有效处理工程存在的问题,充分发挥海堤工程的作用。

【参考文献】

[1] GB50286-1998,堤防工程设计规范[S]

[2]能源局.SY/T4099-2010滩海海堤设计与施工技术规范[S].北京:石油工业出版社,201 0.

[3]李亚平.混凝土四脚锥体在孤东海堤防护中的应用探讨[J]. 内江科技,2008(4):114-118.

[4]窦春先.胜利油田海堤的修复与加固体[J]. 石油工程建设,1994(5):24-27.

[5]王培元,顾从银. 胜利油田孤东海堤防护加固技术浅析[J].山东工业技术,2014(2):79.

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