东营港开发区防潮堤工程施工组织设计.docx

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东营港开发区防潮堤工程施工组织设计

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东营港开发区防潮堤工程施工组织设计

前言

黄河三角洲莱州湾西岸特殊的地形和地理环境，极易发生风暴潮，是我国风暴潮重灾区之一，也是世界上少数的温带风暴潮频发区。

而该区域防潮体系已遭严重破坏，仅有的不成体系的土坝根本起不到防潮作用。

并且风暴潮已经成为影响和制约东营市经济、社会发展和胜利油田油气开发的重要因素。

因此，急需建设黄河三角洲莱州湾西岸广利河至永丰河段防潮体系。

《黄河三角洲莱州湾西岸防潮体系一期工程可行性研究报告》及工程设计，由东营市水利勘测设计院和胜利油田管理局勘察设计院共同承担。

为了保证设计质量，市指挥部委托青岛海洋大学、国家海洋局青岛海洋预报台进行了物理模型试验和数学模型试验，并于2002年6月29日通过专家评审。

防潮堤是防波堤一种形式。

防波堤用于围护港池，挡御波浪，维持水面平稳，以便船舶安全停泊和作业的水工建筑物。

防波堤还可起到防止港池淤积和波浪冲蚀岸线的作用。

它是人工掩护的沿海港口的重要组成部分。

主要形式有：

斜坡式、正砌方块式、矩形沉箱式以及其他形式。

经过方案比选后选择斜坡式防波堤。

斜坡式防波堤主要优点：

波浪反射较弱，附近海面较平稳，在港内与口门处不会形成激浪；对地基不均匀沉降的适应性较好，对地基承载力要求较低，可用于比较软弱的地基；施工较简单，通常不需要大型起重设备；在施工过程中或建成以后，如有损坏，易于修复。

斜坡式防波堤一般适用于水深不大（小于10－12米）、地基较软弱，且当地有量大价廉石料的海区。

如果用混凝土块体护面，也适用于水深较大、波浪较大的地方。

东营港附近有丰富的石料可供采集，考虑后该地区采用斜坡式的防潮堤。

该课题主要解决问题是东营港开发区防潮堤结构设计及施工组织设计。

结构设计主要是利用相关地区的自然资料，以及该地区的政治、经济、文化、交通等其他条件布置规划，综合考虑选择合适的方案。

施工组织设计是对施工活动实行科学管理的重要手段，它具有战略部署和战术安排的双重作用。

它体现了实现基本建设计划和设计的要求，提供了各阶段的施工准备工作内容，协调施工过程中各施工单位、各施工工种、各项资源之间的相互关系。

我的研究成果首先是对东营港开发区的气象、水文、泥沙、地形、地质等资料收集和调研，通过对资料的分析来掌握防潮堤的现状及存在的问题；其次是结构设计选型及方案比选，选择合适的设计方案；接着根据地质地形条件防护的要求拟定防潮堤的尺寸以及高程的拟定；然后是结构计算，包括防波堤的稳定性验算，地基承载力验算以及护壁的验算；还有是防潮堤施工总体部署，即防潮堤施工组织设计，其主要内容有施工工艺流程、主要采用的施工方法、主要施工方案、主要施工程序等；最后是防潮堤总平面布置图、立、剖面图的绘制。

该工程的实施将对构筑完善沿海防潮体系，提升沿海保障能力、促进黄蓝两大国家战略实施具有重大意义。

前言1

目录2

1设计说明1

1.1工程概况1

1.1.1工程位置1

1.1.2工程名称及工程内容1

1.2设计依据1

1.3设计原则1

1.4设计标准及结构型式1

1.4.1设计标准1

1.4.2建筑物的规模、等级及结构型式1

1.5设计任务2

2设计资料3

2.1主要设计要素3

2.1.1风3

2.1.2设计水位3

2.1.3设计波浪要素3

2.1.4海冰4

2.1.5地震4

2.2自然条件4

2.2.1气象4

2.2.2水文5

2.2.3地形及地貌6

2.2.4工程地质条件7

2.2.5水文地质条件12

2.2.6工程地质评价13

3结构选型14

3.1结构型式14

3.2构造尺度14

4.结构计算16

4.1设计条件16

4.1.1设计水位16

4.1.2设计波要素16

4.1.3地质16

4.1.4地震17

4.1.5结构安全等级17

4.2断面尺度的确定17

4.2.1胸腔顶高程17

4.2.2堤顶宽度18

4.3护面块体稳定重量和护面层厚度19

4.3.1护面块体稳定重量19

4.3.2护面层厚度19

4.4垫层块石的重量和厚度19

4.5堤前护底块石的稳定重量和厚度20

4.5.1堤前最大波浪地流速20

4.5.2护底块石的稳定重量21

4.6.1持久组合21

4.7胸墙的抗滑、抗倾稳定性计算28

4.7.1沿墙底抗滑稳定性的承载能力极限状态设计表达式28

4.7.2沿墙底抗倾稳定性的承载能力极限状态设计表达式29

4.8地基稳定性验算29

4.8.1根据《港口工程地基规范》JTJ250-98的有关规定：

4.8.2采用简单条分法验算边坡和地基稳定：

4.8.3地基稳定性验算：

4.9地基沉降计算51

4.9.1根据《港口工程地基规范》：

4.9.2地基最终沉降量51

4.9.3地基分层51

4.9.4地基最终沉降量51

5.设计成果55

5.1总体设计成果55

5.2结构方案成果55

5.3关键性技术要求55

5.3.1基础处理55

5.3.2抛填堤心石56

5.3.3抛填垫层石56

5.3.4抛填压脚棱体和护底57

5.3.5护面层施工57

6施工总体部署58

6.1防波堤施工工艺流程图58

6.2防波堤主要施工方法59

6.3施工方法60

6.3.1陆上施工：

6.3.2水上施工：

6.4施工前准备60

6.5软基处理61

6.5.1挖泥换砂（置换法）；61

6.5.2打设竖向排水通道＋抛填水平向排水砂垫层。

7主要施工方案64

7.1工程测量64

7.1.1工程测量微网的布设、施测及平差计算64

7.1.2工序测量及放样65

7.2沉降位移观测计划66

7.2.1施工观测内容66

7.2.2观测计划66

7.2.3沉降、位移观测点的埋设及观测66

7.2.4记录及数据处理67

7.2.5测量资料管理67

7.3施工程序67

7.3.1陆上推进施工程序67

7.3.2水上施工的程序68

7.4砂垫层抛填及砂棱体68

7.4.1材料68

7.4.2抛填工艺68

7.4.3断面验收69

7.5塑料排水板69

7.5.1材料69

7.5.2塑料板打设工艺70

7.5.3、施打塑料排水板的质量控制71

7.6高强土工格栅和土工布铺设71

7.6.1土工格栅和土工布的制作71

7.6.2土工格栅和土工布的铺设72

7.6.3土工布倒滤层75

7.6.4质量保证措施76

7.7混合倒滤层铺设78

7.7.1、混合倒滤层采用级配较好的天然石料或采用粒径5～80mm的碎石。

7.7.2、混合倒滤层的铺设要保证连续性，防止分离，铺设由下而上进行，并整平铺匀。

7.7.3.施工质量控制点78

7.8基床碎石垫层78

7.8.1碎石垫层抛填工艺78

7.8.2碎石垫层验收78

7.9堤心石（10～100kg）抛填78

7.9.1.块石材料技术要求78

7.9.2.施工工艺78

7.9.3堤心石——10～100kg块石79

7.9.4垫层石79

7.9.5压脚棱体和护底80

7.9.6质量控制81

7.10护底块石（300～400kg）抛填81

7.11二片石垫层81

7.11.1垫层块石抛理工艺81

7.11.2垫层块石验收81

7.12垫层块石（100～200kg）抛理81

7.12.1垫层、护面块石抛理工艺81

7.12.2垫层、护面块石验收82

7.13扭工字块预制安装82

7.13.1扭工字块预制82

7.13.2工程监测与试验82

7.13.3预制施工82

7.13.4扭工字块体安装85

7.14混凝土胸墙90

7.14.1施工流程90

7.14.2施工工艺91

7.15回填砂91

7.15.1施工船选择与配套91

7.15.2施工船舶选择91

7.15.3回填砂施工工艺流程：

7.15.4堤芯土吹填施工时，采取以下措施：

7.16雨季施工92

结论93

参考文献95

1设计说明

1.1工程概况

1.1.1工程位置

东营港经济开发区是省政府批准设立的省级经济开发区，是黄河三角洲高效生态经济区建设的龙头和优先发展区。

东营港地处环渤海湾港口布局的适中位置，是东北经济区与华北、中原经济区交通通道的中心控制点，也是黄河三角洲与黄河经济带的交汇点，地理位置优越。

东营港的建设将有力改善渤海西南岸的港口布局，发挥出其海陆两个扇面的辐射作用。

1.1.2工程名称及工程内容

工程名称：

东营港开发区防潮堤施工组织设计

工程内容：

防潮堤施工

1.2设计依据

设计依据为：

《海港总平面设计规范》、《海港水文规范》、《港口工程荷载规范》、《港口工程地基规范》、《防波堤设计与施工规范》、《港口水工建筑物》、《港口规划与平面布置》等相关规范标准，还有设计任务书、现有港区地形图、设计参考书等

1.3设计原则

（1）总体设计符合国家、地方经济发展规划和总体部署，遵循国家和行业有关工程建设法规、政策和规定。

（2）结合国情，采用成熟的技术、设备和材料，使工程设计安全可靠、使用方便工程量少、总造价低、施工进度快，获得较好的经济效益和社会效益。

（3）注重工程区域生态环境保护，不占用土地，方便管理，节省投资。

1.4设计标准及结构型式

1.4.1设计标准

《黄河三角洲莱州湾西岸防潮体系一期工程可行性研究报告》及工程设计，由东营市水利勘测设计院和胜利油田管理局勘察设计院共同承担。

为了保证设计质量，市指挥部委托青岛海洋大学、国家海洋局青岛海洋预报台进行了物理模型试验和数学模型试验，并于2010年6月29日通过专家评审。

1.4.2建筑物的规模、等级及结构型式

在天然泥面上铺设1.0m厚的砂垫层，打设塑料排水板，铺设高强土工格栅、土工布和碎石垫层各一层。

堤心采用10～100Kg的堤心石，外侧上铺设2t扭工字块体，其下为150～200Kg的垫层块石，边坡为1:

2。

堤心石内侧铺设二片石、土工布及混合倒滤层，边坡为1:

1.5，其上回填砂。

1.5设计任务

设计任务为做东营港开发区防潮堤结构设计与施工组织设计，设计东营港防潮堤的结构并做结构计算以及布置相关施工方案。

此防波堤抵御NE~SE方向波浪的作用，结构安全等级为Ⅱ级，结构重要性系数=1.0。

2设计资料

2.1主要设计要素

2.1.1风

强风向和常风向均为NNE，最大风速为32.6ms（59年8月30日），历年平均风速为6.62ms，大风日数（≥6级）最多为131天，最少年为64天，平均年为91天。

2.1.2设计水位

极端高水位4.25m

极端低水位-3.33m

设计高水位3.04m

设计低水位-2.38m

施工水位0.00m

2.1.3设计波浪要素

湾内主要受来自外海NE～SE向风浪的影响。

表2.1拟建防波堤前设计波要素（原始波向NE）

Table2.1thebreakwaterdesignwaveelements（theoriginalwavetoNE）

波浪重现期

计算水位

H1%（m）

H4%（m）

Hs（m）

T（s）

五十年一遇

极端高水位

4.72

4.06

3.35

7.6

设计高水位

4.59

3.96

3.28

7.6

廿五年一遇

极端高水位

4.30

3.70

3.05

7.6

设计高水位

4.15

3.54

2.95

7.6

二年一遇

平均潮位

2.49

2.13

1.74

7.6

拟建码头和护岸前的设计波高由于东侧防波堤岸线的掩护作用，NE方向入射的大部分波浪能量不能直接传入港池，使得东侧港池内波浪较平稳，有效波高都小于1米，结构物前的波高小于N、NW及NNW方向波浪入射时的波高拟建码头和护岸前的五十年一遇设计波要素见表2.1。

表2.2拟建结构物前设计波浪要素汇总

Table2.2thefrontofthestructuredesignofwaveparametersforsummary

位置

水位

H1%

H110

H13

控制方向

新建东防波堤内侧

极端高水位和设计高水位

1.28

0.98

0.8

3.7

NNW

原码头及原停泊岸线

极端高水位和设计高水位

1.49

1.23

1.0

3.7

新建码头

极端高水位和设计高水位

1.61

1.30

1.06

3.7

NNW

一期护岸

极端高水位和设计高水位

1.64

1.33

1.08

3.7

NNW

二期护岸

极端高水位和设计高水位

1.16

0.92

0.75

7.6

2.1.4海冰

暂无。

2.1.5地震

本地区地震基本烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。

2.2自然条件

2.2.1气象

（1）气温

极端最高气温38.7℃

年平均最高气温29.9℃

年平均最低气温-7℃

年平均气温20.4℃

（2）降水

年平均降水量1099.9mm

年平均降水日数112.8天

历年各月最长连续降水日数为16天。

（3）雪、雹

暂时不考虑。

（4）雾况

全年平均雾日为30.2日（多出现在3～7月），年最多雾日为45日，年最少雾日为17日。

（5）风况（根据61～83年资料统计）

强风向和常风向均为NNE，最大风速为32.6ms（59年8月30日），历年平均风速为6.62ms，大风日数（≥6级）最多为131天，最少年为64天，平均年为91天。

本地区多年各风向频率（%）、平均风速（ms）、最大风速（ms）和五十年一遇风速（ms）资料详见表1.1。

表2.3风向频率和风速表

Table2.3thefrequencyofwinddirectionandwindspeedscale

风向

NNE

ENE

ESE

SSE

频率

平均风速

4.1

8.2

8.4

6.5

4.1

3.6

3.9

4.0

最大风速

五十年一遇风速

34.86

31.63

24.32

22.21

22.01

21.73

23.15

风向

SSW

WSW

WNW

NNW

频率

平均风速

4.6

5.8

4.7

3.5

2.7

3.2

2.5

3.4

最大风速

五十年一遇风速

22.60

23.02

23.11

21.71

17.56

13.07

22.12

28.64

2.2.2水文

（1）潮位

本港无长期潮位观测资料，1984年曾进行过一个多月的潮位观测，分析验潮资料，潮汐属半日潮型，经与同一海区的其它长期站潮型资料进行相关分析整理后，本港各设计水位如下（黄海基准面）：

极端高水位4.25m

极端低水位-3.33m

设计高水位3.04m

设计低水位-2.38m

施工水位0.00m

本港潮差较大，验潮期间出现的最大潮差为6.10m，流速一般在0.3～0.5ms。

（2）波浪

湾内主要受来自外海NE～SE向风浪的影响。

拟建码头和护岸前的设计波高由于东侧防波堤岸线的掩护作用，NE方向入射的大部分波浪能量不能直接传入港池，使得东侧港池内波浪较平稳，有效波高都小于1米，结构物前的波高小于N、NW及NNW方向波浪入射时的波高拟建码头和护岸前的五十年一遇设计波要素见表1.3。

（3）泥沙运动与港内淤积分析

本港目前没有泥沙资料，但通过84年及88年两次地形测量图的对比，在天然状态下，冲淤变化不太明显，仅局部地方略有淤积，年回淤量约在60cm左右，95年4月份又在该地进行了钻探，从钻探测深的30多个点中发现，多数点的冲淤变化只在2～3之间。

2.2.3地形及地貌

勘察场地位于东营港现有防波堤南侧海域至渔港码头区域内。

渔港码头附近地形条件较为复杂，部分钻孔位于海域，部分钻孔位于渔港码头已有防潮堤所围成的陆域区，部分钻孔位于潮间带，部分钻孔位于石油钻井平台及抛石附近，使得该区域附近钻孔泥面高程起伏较大，为+3.21m～-4.40m。

其它区域地形则较为平缓，泥面高程在-2m左右。

（1）区域地质构造

勘察场地位于华北坳陷区之济阳坳陷东端，整个华北地台以整体运动形式，历经三次大的沉降，两次大的升起。

第一次沉降始于古生代早期的寒武纪和早、中奥陶纪，沉积近2000.0米海相碳酸盐地层，第二次沉降发生在古生代晚期中、晚石炭纪和二迭纪，沉积近700.0米的陆相和海陆交互相地层，第三次沉降发生在古生代时期的中、晚侏罗纪，沉积近1450.0米的陆相地层。

三次沉积厚度共计4150.0米。

第一次抬升造成晚奥陶系、志留系、泥盆系到早石炭系地层的区域性缺失；另一次抬升造成三迭系地层的区域性缺失，仅在山东省西部的临清坳陷才保留了一些三迭系地层。

在这段漫长的地质历史时期里，构造运动的主要形式以地台的缓慢升降运动为主。

进入中生代中期，由于太平洋板块向欧亚板块猛烈俯冲，燕山运动日趋强烈，华北地台阶梯，高山耸起，断裂纵横。

从此山东属于一级构造的隆起、坳陷已见雏形。

强烈的断块分离，把各隆起、坳陷又分离成次级的凹陷和突起。

渤海的基底是一种粉砂质的冲积区，在地质上属于前震旦系的花岗片麻岩构造，地表沉积总厚度在500～900米之间，呈现多次交叠，砂土和粘性土相隔的地层。

该工程区域覆盖层地质属新生界第四系全新统，为黄河冲积与海陆交互沉积。

（2）地震活动分析

根据国家地震局资料，胜利油田周围是强震活动区。

历史上本区共发生6级以上地震40次，7级以上地震13次，8级以上地震2次。

其中1888年渤海7.5级地震，1969年渤海7.4级地震，1976年唐山7.8级地震，曾在胜利油田附近造成烈度七度甚至七度强的破坏。

根据近几十年来地震发生的规律看，华北地区在历次大震发生之后几年、几十年内都有晚期强余震发生，但1969年渤海7.4级地震后至今三十多年，在余震系列中尚缺少6级左右的强余震，因此，未来几年、几十年内在它的余震区内发生晚期强余震的可能性很大，该工程设计应当考虑这一因素。

2.2.4工程地质条件

勘察结果表明，该区域土层分布较有规律。

自上而下主要分为两大层：

②粉质砂壤土、③1重粉质壤土，现将各土层特征按东西段防潮堤和南北段防潮堤两部分分别描述如下：

（1）东西段防潮堤

②粉质砂壤土：

褐黄色，灰色，中密状，土质不均匀，含砂粒，该层分布连续，层位稳定，分层厚度为6.5m～15.5m，分布底高程为-12.67m～-17.32m。

在D13、D44、D45、D47、D49和D58孔表层分布有淤泥质土，厚度0.6m～4.3m。

表2.4物理、力学性指标分层统计表

Table2.4thephysical,mechanicalpropertiesoflayeredstatisticaltable

项目

含水率W%

重度

kNm3

孔隙比

液限

塑性

指数

液性

指数

抗剪强度

Cq值

kPa

抗剪强度

φq值

度

压缩系数av0.1～0.2MPa-1

压缩模量Es0.1～0.2Mpa

标贯击数（击）

件数

107

最大值

31.1

20.9

0.82

35.6

12.7

0.90

29.9

0.24

26.19

最小值

17.6

18.9

0.51

24.0

5.9

﹤0

26.4

0.06

7.72

平均值

23.4

19.6

0.66

30.7

9.8

0.25

24.2

28.8

0.11

16.11

16.6

变异系数

0.09

0.02

0.10

0.07

0.15

0.75

0.25

0.03

0.32

0.27

0.35

小值平均值

20.5

19.3

0.59

27.4

7.9

0.25

27.6

0.08

11.92

10.8

大值平均值

27.2

20.3

0.74

33.2

11.3

0.57

29.3

0.17

21.15

21.3

③1重粉质壤土：

灰色，软塑～可塑状，土质不均匀，夹砂斑，在D1～D13、D47、D56、D57、D59孔中揭露该层，在D4、D5、D7、D8、D9、D11孔分布有粉质粘土夹层，D2和D12孔分布有淤泥质软弱夹层。

表2.5物理、力学性指标分层统计表

Table2.5thephysical,mechanicalpropertiesoflayeredstatisticaltable

项目

含水率W%

重度

kNm3

孔隙比

液限

塑性

指数

液性

指数

抗剪强度

Cq值

kPa

抗剪强度

φq值

度

压缩系数av0.1～0.2MPa-1

压缩模量Es0.1～0.2Mpa

标贯击数（击）

件数

最大值

40.0

20.4

1.12

46.6

26.8

0.98

4.5

0.77

4.24

最小值

21.6

17.7

0.58

32.1

11.1

0.05

2.9

0.49

2.74

平均值

35.3

18.3

0.99

42.1

21.7

0.67

25.5

3.7

0.62

3.44

3.5

变异系数

0.12

0.05

0.19

0.09

0.16

0.30

0.47

0.31

0.17

0.15

0.29

小值平均值

28.4

18.0

0.78

37.1

16.4

0.36

3.3

0.56

3.09

2.8

大值平均值

37.6

19.3

1.05

44.4

24.2

0.83

4.1

0.69

3.84

4.3

表2.6东西段防潮堤物理、力学性指标建议值

Table2.6sectionofseawall,somethingphysicalmechanicalindexesrecommendedvalue

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