南沙九章群礁人工岛设计、施工方案(4)

2018-11-26 21:39

南海三沙人工岛筑岛施工技术方案

此外,人工岛的建设还需考虑到诸如波浪、潮位、潮流、水深、填海地以及护岸的可利用条件、风、海冰等等因素,这些因素将在不同的方面影响人工岛的设计与施工,比如风和波浪的因素,如果风和浪太恶劣,则可耽误港口的工作;恶劣天气的时间延长,则会耽误人工岛的建造,在某些情况下,天气的状况将决定人工岛的建造次序,以便当工程开始后对现场施工人员提供某种程度的保护。在恶劣天气持续时间较长的海域,需要一些专门的和造价较高的建设设备。极端的天气状况在很大程度上支配着人工岛的设计,同样也影响着相应的人工岛施工。

其他的因素:比如安全性的考虑,为使运输原材料工业产品等更加经济,人工岛最好比较接近于船舶航道。然而,人工岛附近的频繁的船舶交通,增加了船舶搁浅的机会,甚至有可能撞坏人工岛的放浪系统,这将造成岛屿附近船舶的交通问题。又比如人工岛附近盛行海雾或者其他的一些气象现象,也将影响人工岛附近的航道。此外,人工岛建筑材料的来源地点等也将影响人工岛的计划位置,因为建造人工岛将使用大量的沙、石、水泥和钢材,所以,为了人工岛的建造在经济上可行,这些材料的来源必须尽量靠近人工岛的建筑位置。

一般而言,人工岛的位置大多选在靠近海岸,水深不超过20米,掩蔽良好,附近有足够土石材料的海域,但随着实际用途的需要,人工岛正向着深海区域不断地深入,在这过程中人工岛面临的自然坏境便得更加严峻,在位置的选择及相应的施工也变得更加的苛刻,但只要通过科学的分析、实地的现场勘探,合理理论设计和相应的研究实验,我们最终能得到一个合理有序的工程方案,为后期的施工过程提供极大的利处。

3.2人工岛设计原理

人工岛的设计,涉及工程进度、成本、实用性,因此尽管有许多可选择的方式,但适合南海礁盘的筑岛工程涉及必须采取多种多种设计方法结合起来进行。

A.南海礁盘的构造特性

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环状珊瑚礁海 水珊瑚礁盘在诸多南海礁盘的中心,有一个面积从10-35平方公里的泻湖,有些泻湖呈封闭的环状,而有些则呈半环形的半封闭状。再经过若干年,随着珊瑚礁的堆积,那些半封闭的泻湖也许就被珊瑚礁完全封闭了。在泻湖的外缘,有一条高于湖底的珊瑚礁发育,阻挡了海潮和洋流对礁盘的冲击,给泻湖和未来的人工岛很好的庇护。

B.向泻湖中吹砂

由运砂船运到工地海域的海砂,经泥漿泵的压力从船舱抽到输送管道中,再从搭到泻湖的喷砂嘴喷入(卸入)泻湖中。泻湖中的海沙填充物堆积成山,再由推土机摊平压实。一个由海砂堆积的人工岛雏形就完成了。在填充物堆积起来的砂丘上可以浇筑防浪构件、码头沉箱,用履带式起重机或浮吊船将沉箱安置在经过水下爆破、平整的海床上,排列整齐,形成码头岸线。其他不需要垂直海岸的地段,则以自然缓坡入海,并用土工布制作的砂管带压住岸坡,在潮迹线以下堆放几层防浪水泥砌

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吹砂输送管道海 水珊瑚礁盘运砂船

南海三沙人工岛筑岛施工技术方案

块。在岸边构筑防浪墙。全岛筑好前还要做好雨水管、沟。岛上的建筑物需要打桩至海床深度,一般建筑物的层数不宜过高,以减轻“地层”压力。岛上修筑永久机场时,需要在跑道下进行爆破清理,并抛石包逐层填充,使跑道具有足够的承受力。

3.3 人工岛施工的特点

人工岛的种类繁多,每一座人工岛的建设都将根据其特定的自然状况(海流、岛址水深、离岸距离等)、实际需要采取相应的施工方法,每座人工岛的施工建设都有着其特殊之处,但其中也包含着通同的施工技术。

人工岛的建筑方法一般有先抛填后护岸和先围海后填筑两种施工方法。在工程施工中主要把人工岛分为浅海人工岛与离岸人工岛两大类,浅海地区所建造的人工岛的施工形式大多为先抛填后护岸,通过挖泥船及管道从海底吸取砂石在海中填筑人工岛的岛身,随后进行岛堤防护。

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推土机海砂填充物珊瑚礁盘海 水码头沉箱防浪墙人工岛海砂填充物珊瑚礁盘混凝土构件护坡土工布砂管带护坡

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离岸人工岛的施工形式几乎全部为先护岸后填筑,施工过程主要有工序打桩、地基处理(铺排)、抛石、防护以及吹填。

先抛填后护岸适用于掩蔽较好的海域,用驳船运送土石料在海上直接抛填,最后修建护岸设施。先围海后填筑适用于风浪较大的海域。先将人工岛所需水域用堤坝圈围起来,留必要的缺口,以便驳船运送土石料进行抛填或用挖泥船进行水力吹填。

3.3 人工岛的施工

在工程施工中主要把人工岛分为浅海人工岛与离岸人工岛两大类,本文也将从这两大方面进行研究与分析。 3.3.1 远海人工岛

远海人工岛的海域地质、水文条件差异很大,有深海岛屿扩建时围堰深度大、施工成本高的问题,也有浅海人工岛的水深浅(0—5m),施工船舶难以靠近的问题。

一般而言,浅海海域淤泥厚、海床坡度极缓,不利于施工船舶进入,影响施工速度,且礁盘、海沙属于粉砂地基,承载能力较低,海底扰动现象大量存在,海底极不稳定,起伏规模和高差也各有不同,岛体的基础应适应这一特点。浅海地区海底土质启动流速较小,潮流流速较大,在海流和波浪的联合作用下,对海底有较强的冲蚀能力,可将人工岛底部以及附近的海床泥沙大量冲刷带走,使其基础掏空,危及人工岛的安全。

南海地区的人工岛受到东南亚季风影响,潮差大,风暴潮频率高。水深变化较大,海上施工受到极大限制。

此外处于地震区的人工岛,由于地震惯性力及人工岛内填土的巨大推力,可能造成人工岛失事。尤其是砂土或轻亚粘土的地基,地震时,可能产生液化。

其他坏境条件。

在了解远海地区人工岛的地质、海域及其他的环境条件后,接下来我们将对在南海区建造的人工岛作出分类,从人工岛形式的不同作出相应的分析。针对南海海域的状况,参照国内外人工岛的建造经验,南海人工岛以充填式为主。充填式人工岛又分为以牺牲海滩为前提的A自然边坡式人工岛、B砂袋护坡式人工岛、C围壁式或沉箱式人工岛等。

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A 自然边坡式人工岛

关键词:有环形泻湖,可向泻湖内先抛填,然后做护岸工程。 (1) 自然边坡式人工岛的特点

自然边坡式人工岛一般在南海大型礁盘、且具备环形、半月形泻湖的构造上进行,这类礁盘的水线以下坡度为1:15至1:20,水线上的坡度为1:3至1:10。这种礁盘的结构特点,在礁盘周围造成缓坡,使波浪在斜坡的礁盘外上破碎,已减低海浪对建设后的人工岛的冲蚀和风暴潮的冲击力。

(2) 自然边坡式人工岛的施工

自然边坡式人工岛,这种岛需要大量的填充物,通常建于附近土源充足的地方。而在南海,不具备临近取的填充物的条件,因此需要大量从大陆沿海取砂,经过长距离运输将填充物运至筑岛工地。建造方法简单,人工岛填料通过浮式管道直接填筑。由于有泻湖周边的礁盘围堵,填料不致大量损失,具体的实际损失量与细粒的大小分量有关。含有大量的细沙或粉砂的填料在建造过程时会受到大的损失,特别是当岛的高程接近吃水线且发生风暴时。由于这些损失,人工岛需要额外的建造时间。为减少填方的损失,在建造过程中,使用各种材料和技术放置过滤布会有良好的结果。

在人工岛填筑的过程中,需要注意以下几点。①、根据土质、数量来决定填筑点的范围和容量大小。尽量靠近人工岛的施工地点,降低工程费用。②、注重泄水口、排泥管线的布置,已达到调节人工岛施工场内水位,控制土方流失和施工面平整的目的。③、施工过程中,作业区要有一定的水域面积和水深,以便于船只出入和转头,节省施工工期。④、过驳船的布置不影响其他船只航行,不妨碍其他水上作业,不影响环境。

如果人工岛施工区域的填料较差,天气条件恶劣,致使填料大量流失,填筑效率低下。为了加快填筑的速率,可采用在礁盘上加高临时护坡,根据相应的情况增大水上边坡。并在其上方铺设一层反滤布,在反滤布的顶、底两端加以锚固,上面再压一层铁链网,铁链网上再铺一两层绳网。用这种方法可以减少后期的填筑量,绳网结构不但对固定滤布很有效,在消浪和爬坡上也很有效。

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