【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工區(qū)域情況復(fù)雜，水陸狀態(tài)都有，高潮時(shí)全部淹沒(méi)、低潮時(shí)部分露灘，施工時(shí)要考慮水上、陸上兩種不同的施工方案。⑤、離岸人工島資源緊缺，需要大量適合外海施工的大型船舶。 離岸人工島的施工形式通常為先圍堤后吹填，其工程根據(jù)設(shè)計(jì)要求，主要有以下的施工工序打樁、地基處理（鋪排）、拋石、防護(hù)以及吹填。在施工過(guò)程中由于離岸人工島遠(yuǎn)離路域，在缺乏依托的外海、天氣等自然條件及外部環(huán)境惡劣的情況下組織大規(guī)模的圍堤施工，其綜合施工組織管理難度很大。整個(gè)工程施工總體部署特別重要，針對(duì)人工島種種的特殊情況，應(yīng)采取相應(yīng)的措施。 設(shè)立海上平臺(tái)，為便于現(xiàn)場(chǎng)管理以及工作人員休息，在人工島附近布置海上平臺(tái)作為水上指揮及應(yīng)急中心，與陸上后方總部通過(guò)無(wú)線電及水上交通緊密聯(lián)系，減少人員往返，提高作業(yè)效率。 開(kāi)設(shè)兩個(gè)或兩個(gè)以上的作業(yè)面，打樁、鋪排等工序的施工進(jìn)度直接制約后續(xù)施工，先期的施工過(guò)程中應(yīng)投入相應(yīng)的設(shè)備及早完成；在打樁、鋪排完成后，現(xiàn)場(chǎng)可進(jìn)一步分為多個(gè)大作業(yè)面，從多個(gè)方向，按水深的不同同時(shí)進(jìn)行充砂管袋結(jié)構(gòu)、拋石、倒濾層施工組、護(hù)面塊體安裝作業(yè)。在建筑島堤的同時(shí)，吹填、大型充砂管袋以及防護(hù)組的作業(yè)逐步進(jìn)行。選擇合適的船機(jī)設(shè)備和工藝，在島壁(拋石堤身)形成過(guò)程中，離岸人工島因受天氣、海域的影響、拋石資源的缺乏、作業(yè)面狹小等諸多因素影響，拋石的效率可能比較低。這種情況下，盡量采用效率較高的船機(jī)設(shè)備，如采用集運(yùn)輸、拋卸于一身的海吊船直接運(yùn)輸、拋卸，這大大提高單位作業(yè)面工作效率，比較適合于離岸人工島的施工要求。此外，在人工島的建設(shè)中，可在率先完成的島側(cè)建設(shè)諸如鋼棧橋的臨時(shí)碼頭。用于石料、護(hù)面塊體和各種材料的卸貨，解決離岸人工島因地面標(biāo)高造成的船舶作業(yè)時(shí)間短、工作效率不高等困難。相對(duì)于淺海人工島來(lái)說(shuō)，離岸人工島的自然環(huán)境更為惡劣、工程條件也更加苛刻，對(duì)于施工技術(shù)的要求也更加嚴(yán)格，對(duì)于離岸人工島的具體施工技術(shù)本文將在第三章作出詳盡的分析。 深海人工島（展望）目前的人工島工程的水域水深一般在10到20m之間，只有極少數(shù)的人工島施工水域達(dá)到水深40余米。在人工島的施工建設(shè)中，每向大海多延伸1米，意味著工程的造價(jià)及相應(yīng)的施工難度將大幅度的攀升，但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，毫無(wú)疑問(wèn)人們將不斷向深海邁進(jìn)，勘探深海石油、開(kāi)采錳礦、可燃冰，開(kāi)辟海上交通樞紐，構(gòu)建浮動(dòng)型城市等等，由此造成的人們對(duì)人工島的適用性要求越來(lái)越高，需要人工島能夠以更靈活、更實(shí)用的方式投入到生產(chǎn)、生活之中，于是在這種背景下，深海人工島的概念也呼之欲出。深海在國(guó)際上的定義一般指在水深1000以上的海域，但在實(shí)際的工程施工中人工島的島身基礎(chǔ)不可能達(dá)到如此的深度，所以在工程實(shí)用中在大陸架以外海域的人工島就可稱作為深海人工島。深海人工島由于所處壞境的特性，其為漂浮式的海體結(jié)構(gòu)較適合，以下是深海人工島設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的一種構(gòu)想。深海人工島側(cè)視圖 深海人工島俯視圖此構(gòu)想的靈感來(lái)源于釣魚(yú)用具的自重型浮標(biāo)，該浮標(biāo)為長(zhǎng)筒型結(jié)構(gòu)，投入水中利用浮標(biāo)材質(zhì)不均產(chǎn)生的重心偏差立于水面。上述的深海人工島的設(shè)想原理也基于此，鋼圓柱充水重心下移浮起，為海上島面提供足夠的支撐，考慮到島體的穩(wěn)定性，該島深入大洋的深度約在50100m左右，該深度的海流波長(zhǎng)穩(wěn)定，能量?jī)H為海面波浪的1/3，能使之適應(yīng)較惡劣的氣候環(huán)境。此外，基礎(chǔ)部分的下端設(shè)計(jì)為桁架，不僅為海流的通過(guò)提供了空間，而且將減低工程的造價(jià)。該種人工島施工方法大致如下，在路域制造桁架鋼桶，由拖船運(yùn)抵指定海域注水下沉，爾后在進(jìn)行海上島面施工，原始平臺(tái)完成后通過(guò)柔性連接將各個(gè)島的單元組合，形成大面積的海上島體結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，深海人工島只是在初步的設(shè)想中，在實(shí)際的運(yùn)用之前還需經(jīng)過(guò)一系列科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚?、?shí)驗(yàn)論證。第四章 人工島施工技術(shù)的綜合分析人工島的施工不同于路域上的工程施工，也不同于一般的海堤、碼頭施工，在人工島的施工過(guò)程中必須考慮包括經(jīng)濟(jì)、人員組織等多方面的因素，在具體的施工過(guò)程中也需要針對(duì)人工島自身的特性（自然條件、施工設(shè)備等）采用相應(yīng)的施工技術(shù)。接下來(lái)本文將著重對(duì)在人工島施工中運(yùn)用的技術(shù)進(jìn)行綜合性的分析。 沉井式人工島的施工技術(shù)沉井式人工島的結(jié)構(gòu)形式能夠較好地適應(yīng)不同水深條件、不同的環(huán)境氣候、不同的海底地基土工狀態(tài)的海域，其結(jié)構(gòu)合理、施工方便、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，目前已成為淺海人工島的主流形式。針對(duì)沉井式人工島的施工，有以下幾部分。 沉井的施工 A 沉井的制造：沉井可整體或分段制造，兩相比較,整體制造占用場(chǎng)地極大，且整體拖運(yùn)、整體下沉都是一件比較困難的事，而分段制造和分段拖運(yùn)相對(duì)要方便很多，在水上拼裝后整體下沉，也要比前者優(yōu)越，但分段制造要求各沉井對(duì)接接頭設(shè)計(jì)合理，易接、易脫，使用絕對(duì)可靠。B 沉井的海上拖運(yùn)：在影響沉井運(yùn)動(dòng)和受力的諸多因素中，拖速起主導(dǎo)作用，其次為波浪和水流。沉井在船臺(tái)建造，然后把沉井由水上拖運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)。鑒于人工島沉井外形較大，且臨近現(xiàn)場(chǎng)的水域水深較淺。沉井底部距水底的水深較小，為使沉井安全地拖運(yùn)到目的地，要合理的選擇拖航速度，以免發(fā)生沉井觸底現(xiàn)象。 圍堰用沉井運(yùn)輸 C 沉井的下沉：?jiǎn)蝹€(gè)沉井的下沉要采取相應(yīng)措施，防止因某個(gè)沉井下沉后其座底被沖刷，而直接影響到鄰近沉井的地基，使鄰井發(fā)生偏移等質(zhì)量事故。 D 沉井的整體拼裝：整個(gè)人工島沉井拼裝成整體的方法，國(guó)外有經(jīng)驗(yàn)介紹在沉井分段制造、現(xiàn)場(chǎng)拼裝下沉后，用兩條預(yù)應(yīng)力鋼纜束將各沉井捆在一起形成圍壁。兩條鋼纜束由沉井內(nèi)部穿過(guò)，沿環(huán)向分上下兩層布置。鋼纜的預(yù)應(yīng)力由設(shè)于沉井膈艙內(nèi)的液壓千斤頂系統(tǒng)施加。在設(shè)計(jì)中我們不妨可以吸取上述經(jīng)驗(yàn)，將沉井聯(lián)成整體，保證所有的沉井結(jié)構(gòu)拼裝成一個(gè)整體，使之具有足夠的整體性。從沉井的海上拖航以及下沉過(guò)程進(jìn)行引申，我們將進(jìn)一步分析在人工島施工中經(jīng)常運(yùn)用到的海上拖航技術(shù)以及人工島的均勻沉降技術(shù)。沉井式人工島的施工 海上拖航技術(shù)沉井式人工島、圍壁式人工島和其他種類(lèi)的人工島在諸如沉井、箱筒等大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的海上運(yùn)輸，無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外按海上固定式平臺(tái)來(lái)送行，其過(guò)程總是非常棘手。對(duì)一定形狀的大浮體，在海上拖航本身就是一個(gè)較新的問(wèn)題。這里將介紹兩種新穎的拖航施工技術(shù)，氣墊拖航技術(shù)與壓氣浮航技術(shù)。 A 氣墊拖航：氣墊技術(shù)的發(fā)展相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較快的，隨著柔性圍裙的出現(xiàn)和發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了墊升性的理論變化和發(fā)展。氣墊技術(shù)的基本原理是利用布置在鋼沉箱頂部的風(fēng)機(jī)向氣墊內(nèi)吹送高壓氣體，當(dāng)氣墊內(nèi)的壓力達(dá)到一定值后，由此產(chǎn)生的上托力使得沉箱升離地面，達(dá)到一定的飛升高度，從而減小與地表的摩擦力，有效地減小拖航阻力。氣墊拖航技術(shù)在人工島的應(yīng)用:①、拖航路線經(jīng)過(guò)海灘—潮間帶—淺海地帶，且路途中無(wú)河道。②、沒(méi)有適當(dāng)?shù)乃睿q潮時(shí)）。③、用諸如泥撬的設(shè)備拖航阻力太大，而采用氣墊技術(shù)之后，拖航阻力大大減小，通過(guò)性能大幅度提高。 B 壓氣浮艙技術(shù)：壓氣浮艙技術(shù)是灘海地區(qū)大型構(gòu)造的運(yùn)移的一項(xiàng)新技術(shù)。它是氣墊原理與水中拖航相結(jié)合的一項(xiàng)新工藝技術(shù)。壓氣浮艙在有一定水深的情況下，不僅具有氣墊墊升拖航的淺水通過(guò)性能，還具有造價(jià)低。耗能少、對(duì)環(huán)境污染小等特點(diǎn)。壓氣浮艙技術(shù)其原理是用風(fēng)機(jī)向鋼制沉箱內(nèi)充高壓空氣，使沉箱內(nèi)腔內(nèi)產(chǎn)生一定壓力，這個(gè)壓力作用于鋼制沉箱的大頂結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生一個(gè)上托力，在上托力的作用下可使吃水線減少，以適應(yīng)淺海地區(qū)的水深限制，并解決拖航阻力過(guò)大的困難。人工島壓氣浮航原理圖 壓氣拖航技術(shù)應(yīng)用于大型物件，水深不能滿足要求的狀況。除了上述的新技術(shù)手段，在拖航的過(guò)程中，我們要利用潮汐并盡量用淺吃水船舶來(lái)拖航，這樣一來(lái)將大大降低拖航的時(shí)間與成本。 人工島的均勻沉降技術(shù)分析 淺海地區(qū)工程地質(zhì)條件對(duì)人工島的施工建設(shè)影響較大，特別的在潮差大、風(fēng)暴潮頻繁的地區(qū)對(duì)人工島島體的穩(wěn)定性對(duì)工程顯得尤為重要。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)大型構(gòu)筑物的促沉方法有：充水、下挖、自然下沉等，對(duì)于人工島工程中應(yīng)用的沉箱，有時(shí)也采用自內(nèi)側(cè)下挖與降水配合的方法，各類(lèi)方法的適用性如下表：表四 各類(lèi)沉降技術(shù)適用性表方法適用性費(fèi)用情況難易程度對(duì)地基擾動(dòng)沖水淤泥、粉土地基高高大下沉人及設(shè)備能進(jìn)入淤泥粉土或更硬的地基高高大自然下沉淤泥或較軟的地基高低小通過(guò)比較與技術(shù)分析，人工島均勻沉降技術(shù)采用的方式自然下沉較合適，自然下沉（重力下沉）方法，島壁對(duì)原地基擾動(dòng)小，因此地表層與島體結(jié)構(gòu)粘合性較好，能有效地封住外部海水的滲透，有利于均勻下沉，有利于保證內(nèi)部干場(chǎng)作用。人工島沉降技術(shù)的應(yīng)用，人工島沉箱拖航到位后，使島壁靠自重下沉和加水，加載促沉。同時(shí)在島壁沉箱內(nèi)澆注水下不分散混凝土。由于重量的增加，使其進(jìn)一步下沉。沉至設(shè)計(jì)位置后，打樁并與島壁連接，然后澆注上部混凝土和回填島心的填料。人工島島壁因某些原因影響，會(huì)造成沉降的不均勻性，因此在沉降過(guò)程中采取一定的糾斜措施?？傮w來(lái)說(shuō)沉降技術(shù)的合理利用對(duì)人工島的施工來(lái)講是經(jīng)濟(jì)、有效、簡(jiǎn)單的方法。 離岸人工島的施工 離岸人工島的施工形式通常為先圍堤后吹填，其工程根據(jù)設(shè)計(jì)要求，主要有以下的施工工序打樁、地基處理（鋪排）、拋石、防護(hù)以及吹填。 打樁 打樁作為離岸人工島的第一道施工工序，其目的是防沖刷保護(hù)島壁基礎(chǔ)。離岸人工島的打樁有別于陸上的打樁工序。在離岸人工島的建設(shè)過(guò)程中，樁柱不僅是作為基礎(chǔ)，它是重要的主體結(jié)構(gòu)，在離岸人工島的施工中占有很重要的地位。 人工島施工過(guò)程中所采用的樁一般在專設(shè)的預(yù)制場(chǎng)制作。預(yù)制場(chǎng)在安排生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)應(yīng)根據(jù)用樁的先后順序，分類(lèi)提前安排生產(chǎn)，保證在打樁的過(guò)程中不會(huì)因?yàn)槿睒抖鴮?dǎo)致作業(yè)停工。但也不宜過(guò)早提前生產(chǎn)或制樁速度過(guò)快，只要在制樁總數(shù)上有一定的富余，以防止施工中因基樁損失而影響工程進(jìn)度。待預(yù)制樁制成后，通過(guò)水上駁船裝運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。在打樁前，對(duì)打樁地點(diǎn)作出精確測(cè)量，施工基線最好與工地控制網(wǎng)相銜接，以此建立坐標(biāo)系統(tǒng)。 在具體的工程上選用何種的打樁方法，需要根據(jù)工程的地理位置、地形、水位、風(fēng)浪、地質(zhì)等自然條件，以及工程規(guī)模、機(jī)械設(shè)備、材料、動(dòng)力供應(yīng)情況，工期長(zhǎng)短等進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查研究和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)選定合適的打樁方法。離岸人工島的樁基作業(yè)一般采用打樁船打樁。若海上施工地點(diǎn)風(fēng)大浪高，打樁船有效作業(yè)時(shí)間很少，有條件時(shí)可以考慮采用海上自升式施工平臺(tái)打樁，這樣可以避免風(fēng)浪的不利影響。 海上打樁 在打樁的過(guò)程中應(yīng)考慮到以下幾方面。要考慮到所有的樁位都能施打，考慮到水位、水深和風(fēng)、浪、流的影響，考慮到工程的分段，對(duì)土壤變形的影響，盡量減少對(duì)海底穩(wěn)定的影響，盡量減少打樁船移架、改架、移錨的次數(shù)，考慮到施工水域船舶錨纜的布置。 打樁的手法：通過(guò)在振動(dòng)錘下連接一定長(zhǎng)度的樁，將樁打入泥面以下。為保證樁的質(zhì)量，在船上可將樁鎖好拼成3—5個(gè)一組，以減少水上鎖口接頭數(shù)量。打樁設(shè)備要具備一定抗風(fēng)浪能力，一般宜選用2000噸以上的大型船舶。大型船舶在該區(qū)域風(fēng)力達(dá)到6—7級(jí)時(shí)候仍可以擇機(jī)施工，而1000噸左右船舶因其抗風(fēng)浪能力和適應(yīng)外海施工能力差等原因，像打樁這類(lèi)需精確定位的工作在風(fēng)力6級(jí)左右時(shí)已無(wú)法正常作業(yè)。為提高效率，可組建雙吊機(jī)打樁船(3000噸)的同時(shí)，雙吊機(jī)船吊機(jī)可有120噸和65噸。雙吊機(jī)船進(jìn)場(chǎng)后很快發(fā)揮功能，120噸負(fù)責(zé)打樁，65噸負(fù)責(zé)拼樁，因120噸吊機(jī)作業(yè)半徑達(dá)40m以上，移一次船可施工70根左右。雙吊機(jī)船工作效率很高，最高日施工達(dá)100多根；為盡快提供鋪排作業(yè)面，還采用航工樁七突擊打樁，樁七因其打樁架固定，移動(dòng)很不方便，對(duì)鎖口、人土深度控制均存在一定缺陷，不如履帶吊打樁效率高。 地基處理（鋪排）在軟土地上修建島堤，需要進(jìn)行基礎(chǔ)處理，改善基礎(chǔ)的剪切特性、改善壓縮特性、改善透水性能、改善動(dòng)力特性、改善特殊土的不良地基特性，最終以便基床能均勻地承受上部荷載的壓力，滿足工程設(shè)計(jì)的要求。地基處理的方法多種多樣，根據(jù)海底土的厚度不同，處理的方法有拋石擠淤法、沙井排水加固法、置換法、土工布法等等。表五 常用軟基加固方法軟基加固的主要方法適用土質(zhì)情況適用建筑物情況換填法換填砂墊層換填軟土厚度一般不大于4m碼頭防波堤等土工織物()墊層法一般軟土地基,增加抗滑穩(wěn)定性,勻化地基沉降適應(yīng)變形能力強(qiáng)的防波堤等建筑物爆破排淤填石法適于有下臥硬層的厚度一般為4~。對(duì)軟土較深厚工程,需經(jīng)試驗(yàn)才能確定施工拋石擠淤淤泥或流泥厚度一般小于3m排水固結(jié)法堆(加)載預(yù)壓法設(shè)置排水砂墊層。最大固結(jié)排水距離一般小于5m,以及工民建等建筑物地基加固。真空預(yù)壓及真空預(yù)壓聯(lián)合堆載預(yù)壓尤其適于超軟土地基加固設(shè)置豎向排水體,但不適于泥炭土真空預(yù)壓法設(shè)置豎向排水體適用土質(zhì)同堆載預(yù)壓法,還需具備能形成(包括采取密封措施)穩(wěn)定的負(fù)壓邊界條件真空預(yù)壓聯(lián)合堆載預(yù)壓法設(shè)置豎向排水體適用情況同真空預(yù)壓,用于設(shè)計(jì)荷載大于80kPa的情況輕型真空井點(diǎn)法滲透系數(shù)1104 ～1107cm/s的土層強(qiáng)夯法振沖法振沖置換法堆場(chǎng)道路及其他港工及工民建地基振沖密實(shí)法深層攪拌法水(海)上重力式水工建筑物地基及陸上港工及工民建地基選擇合適的基床處理方法將大大節(jié)省人工島工程施工的時(shí)間與造價(jià)，此處，本文將著重介紹在離岸人工島基床處理過(guò)程中采用的一種較新的技術(shù)——鋪土工布法。鋪土工布法又稱鋪排，我國(guó)于20世紀(jì)80年代采用此種技術(shù)，目前應(yīng)用廣泛，土工布法能夠快速有效的處理海底軟土基床，增加抗滑穩(wěn)定性,勻化地基沉降。在土工布法需要采用一種重要的施工材料——軟體排。軟體排是土工布與不同形式壓載材料(砂肋或者聯(lián)鎖塊)連接在一起，采用