[工作精品论文]物理模型试验在墨西哥深水防波堤冬季保护中的运用兵

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集物理模型试验在墨西哥深水防波堤冬季保护中的运用陈华兵（中交四航局二公司珠海港高栏干散货码头工程项目部广东广州510300）摘要通过数学模型计算、物理模型试验，并结合现场实际施工条件拟定墨西哥沉箱直立式深水防波堤冬季防风浪保护方案，减小因冬季太平洋寒潮引起的大浪对防波堤基础的冲刷，确保防波堤的安全。关键词深水防波堤直立式防波堤物理模型实验沉箱1介绍本工程位于东太平洋海岸墨西哥下加利福尼亚州COSTAAZUL，见图1，距ENSENADA市小型渔港和商港大约22公里，离边境城镇蒂华纳市向南110多公里。该工程为天然气LNG项目，主要由防波堤、运输船码头、陆上贮存区、运输管线等组成，见图2。本工程采用“L”型沉箱直立式防波堤（详见防波堤断面结构图图5），沉箱高255米，最大重量约28万吨，最小重量17万吨。图1工程项目位置图图2工程总平面图2冬季保护的目的2006年年底，COSTAAZUL施工现场防波堤完成了一件17万吨沉箱安装。在冬季太平洋寒潮引起的大浪来临之前，项目部为了确保所安装沉箱及周边护坦结构的安全，并减少来年对已施工防波堤基础的修复工作，通过数学模型计算、物理模型试验，结合现场实际施工条件拟定了冬季防风浪保护方案。要满足条件如下21保证所安装沉箱的安全稳定。22保护已安装沉箱周围基础施工结构层的稳定。3冬季保护选择的条件为了既保证施工安全，又要经济合理，以5年一遇波浪条件视为设计波浪条件，10年作者简介陈华兵（1978），男，四川简阳人，工程师，从事港口航道工程技术管理工作。650中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集一遇视为超载条件。表1冬季保护的理论波浪条件波向试验条件标签HS/HM0（M）TP（S）水位（MPD）280NDES5（1年）301121084DES5（2年）43127084DES8（5年）485135084DES6（10年）56145084重现期（TR）图3波浪高度与重现期的关系曲线图4冬季保护理论计算及物理模型结论41防波堤结构图（1）北端头防波堤设计平面结构图图4651中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集1835吨垫层石2448吨垫层石1427吨垫层石ABCDE12345612345岸侧扭王子块北端头防波堤平面结构图（2）防波堤设计断面结构图图5扭王子块垫层石基床石防波堤断面结构图整平石护面石沉箱倒滤层垫层石42沉箱理论计算稳定条件表2充填条件滑动倾覆所有箱格水位达到海平面；E排6箱格充10砂满足两年一遇满足五年一遇所有箱格水位达到海平面；E排6箱格充10砂；A排下层6箱格充满砂满足五年一遇满足五年一遇所有箱格水位达到海平面；E排6箱格充满砂满足五年一遇满足五年一遇下层沉箱箱格充砂时，充砂达到95，即认为充满箱格。箱格平面图见图643物理模型实验结论431无混凝土块保护状态一年一遇的波浪沉箱稳定，整平石、基床石、垫层石保持完好。五年一遇的波浪沉箱稳定，南端海侧转角处整平石、基床石、垫层石遭到破坏。652中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集物理模型五年一遇的波浪作用432采用3M3M06M（约13T）冬季保护块保护基床一年一遇的风浪沉箱稳定，整平石、基床石、垫层石、冬季保护块保持完好。物理模型一年一遇的波浪作用五年一遇的风浪沉箱稳定，南端海侧转角处，整平石、基床石、垫层石小量破坏，冬季保护块移位破坏。653中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集物理模型五年一遇的波浪作用433采用3M3M06M（约13T）、3M3M11M（约概24T）两种冬季保护块保护基床。一年一遇的风浪沉箱稳定，整平石、基床石、垫层石、冬季保护块保持完好。五年一遇的风浪沉箱稳定，南端海侧整平石、基床石、垫层石小量破坏，冬季保护块护面的整平石、基床石及冬季保护块本身未遭受破坏。物理模型五年一遇的波浪作用十年一遇的风浪沉箱稳定，南端头转角处整平石、基床石、垫层石、冬季保护块遭受严重破坏。654中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集物理模型十年一遇的波浪作用434采用3M3M06M（约13T）、3M3M11M（约概24T）两种冬季保护块，相对433方案，增加沉箱南端头海侧护底3MX3MX11M混凝土块。一年一遇的风浪沉箱稳定，整平石、基床石、垫层石、冬季保护块保持完好。五年一遇的风浪沉箱稳定，整平石、垫层石、冬季保护块保持完好，基床石小量损坏。物理模型五年一遇的波浪作用十年一遇的风浪沉箱稳定，南端头转角处整平石、基床石、垫层石、冬季保护块遭受严重破坏。物理模型十年一遇的波浪作用结论一年一遇的风浪沉箱稳定，所有结构能保持完好，不需要特别保护。五年一遇的风浪沉箱稳定，在沉箱南端头海侧和南端以3M3M11M（约概24T）和3M3M06M（约13T）两种冬季保护块护面，能保持施工结构层稳定。十年一遇的风浪沉箱稳定，即使以3M3M11M和3M3M06M冬季保护块护面，施工结构层也会遭到破坏。5方案拟定综合上述理论计算、物理模型试验结论及现场自然条件，拟定了冬季保护方案，对各施工分项作出了限制条件，以及增设了保护沉箱南端头海侧和南端施工结构层的冬季保护块体，具体措施如下655中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集51基床石抛填由物理模型结论可知，距离沉箱底边15M以外的基床石即使在十年一遇的波浪作用下也能保持完好，所以，无需进行基床石保护。52垫层块石垫层块石按照AC字母先后顺序进行抛填，首先抛填沉箱北端及海侧A2448T垫层快石，及B1427T垫层块石，护住基床石坡面及沉箱趾脚。接着抛填C区域1835T垫层石。53冬季保护块采用2M45M11M、3M3M11M24T和3M3M06M13T三种混凝土结构保护沉箱南端头转角及基床。54箱内充填保护所有箱格充满海水，且水位与海平面一致，其中C3/C4,D3/D4每格充30的砂，E排箱格每格充10的砂，A6/B3/B4箱格上下层都充满砂，如下图所示图6冬季保护期间1沉箱内充砂综上所述，1沉箱冬季保护方案如下图图7所示656中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集岸侧充满上下箱格砂充满上下箱格砂充满上下箱格砂海侧整平石3M3M06M13TA3M3M06M13T冬季保护块充砂10充砂301沉箱2448吨垫层石CB1835吨垫层石1427吨垫层石充砂10充砂10充砂10充砂10充砂10充砂30充砂30充砂301沉箱冬季保护方案3M3M11M24T2M45M11M24T6冬季期间天气情况冬季保护期间施工现场实测波高如下612006年12月份实测波高2006年12月实测波高0100200300400500600700200611290000200612040000200612090000200612140000200612190000200612240000200612290000200701030000日期波高（CM）HMAXCMHM0CM15622007年1月份实测波高657中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集2007年1月实测波高0100200300400500600700200612290000200701030000200701080000200701130000200701180000200701230000200701280000200702020000200702070000日期波高CMHMAXCMHM0CM15632007年2月份实测波高2007年2月实测波高0100200300400500600200701280000200702020000200702070000200702120000200702170000200702220000200702270000200703040000日期波高（CM）HMAXCMHM0CM15说明最大波高线有效波高线五年一遇波高线由上述资料表明2006年12月至2007年2月冬季期间，最大有效波高34M，大于一年一遇的有效波高301M，小于两年一遇的有效波高43M；最大波高为57M。注波浪值取自项目部现场测波仪实测数据。7冬季保护实施后的效果71沉箱位移将测点设在沉箱塔楼四个角点上坐标位移M测点日期XYZDXDYDZ备注281106439490497460600030120644006049344560057000401524010744019048644590013000700022020743999047944400200070019C1SW050307440150472444600160007000冬季大浪来临前C1NW281106207222424512000冬季大浪来临前658中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集301206215622014442008400410072401072148220544200080004002222020721422199441500060006000505030721392195441000300040005281106441431368546670003012064417413685453400310013324010744191367445320016001100022202074418713667454100030007000C1SE05030744192136694523000500020018冬季大浪来临前28110616521324845430003012061675132434497002300050046240107166313245448001200020017220207166513241448200020004000C1NE0503071672132464487000700050005冬季大浪来临前SW西南角，NW西北角，SE东南角，NE东北角，其中西侧为沉箱海测，东侧为沉箱岸侧。DX“”沉箱往南端位移，“”沉箱往北端位移。DY“”沉箱往岸侧位移，“”沉箱往海侧位移。DZ“”沉箱下沉。沉箱沉降海侧NE点下沉0063M，对应的岸侧NW点下沉0102M；海侧SE点下沉0153M，对应的岸侧SW点下沉0169M。海测沉降比对应点岸侧沉降多，沉箱向海测偏移。沉箱水平位移NE002,0002，NW0067,0047，SW（0066，0025）,SE（0049，0016）,平面位置，沉箱往海测有少量的偏移。72冬季保护块破坏情况三种规