CN101016735B - 水中坝体快速连续浇筑式大型人工岛的建设方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水中坝体快速连续浇筑式大型人工岛的建设方法。其技术方案是：包括以下建造步骤：(1)在船坞中根据所建造坝体的坝型设计建造一段具有一个或多个沉浮体的、可在水中沉浮、可拖航并且能够多次反复使用的钢制船式整体可沉浮式坝体无底敞口的模具；(2)将上述模具拖航到目的海域，快速连续浇筑长坝体，长坝体合围可建大型人工岛的围坝，围坝框内填筑可建大型人工岛。有益效果是：适合于在近海或远海群岛中的未露出水面的礁、滩、沙洲上建岛，既适合近海作业建岛、又适合远洋作业建岛、可建造平方公里级大型人工岛等优点；所建大型人工岛可用于军事、海洋权益维护、石油开采、旅游、水产养殖等领域。

Description

水中坝体快速连续浇筑式大型人工岛的建设方法

一、技术领域：

本发明涉及一种用于远、近海大型人工岛的建造方法，特别涉及一种水中坝体快速连续浇筑式大型人工岛的建设方法，本方法可用于水中围堰、海堤、码头、岛间公路、跨海大桥等项目的建造，属于海洋工程施工、水中工程施工及固定建筑施工领域。

二、背景技术：

现有的人工岛的建设方法有以下几种方式：1、填海造陆式人工岛。2、斜坡式砂石人工岛。3、沉箱式人工岛，分为整体式、组合式钢制或混凝土预制式沉箱。4、环壁式钢模人工岛。以上方法建造人工岛均有较多缺点：

其中，填海造陆式人工岛和斜坡式砂石人工岛，填筑材料用量极大，并且在修筑工程中填筑材料受到波浪和海流的冲携而流失严重，由于以上原因造成了常规砂石抛填海堤的综合成本高、施工周期长、后期维护工作量大、只适合近海作业建岛、不适合远洋作业建岛。

沉箱式人工岛优点是沉箱可大量陆上预制，但海中运输量大，几十米级的较大的沉箱海中运输时依靠向沉箱内注入空气使其产生浮力的方法，用拖轮拖运到目的海域沉降，但浮运过程中易受海浪的影响，出现翻沉等情况。由于沉箱依靠浮力运输且多为钢筋混凝土机构，所以沉箱不能做的很大。

环壁式钢模人工岛是先在船坞内用钢制造好环壁式钢模沉井内、外壳及内外壳之间的钢支架，环壁式钢模下端封闭，造好后下水，依靠钢模具自身的浮力，用拖轮拖运至目的海域，注水沉底后再浇注混凝土，环壁内底用混凝土封底并向环壁内填沙土，即建成人工岛。由于环壁钢模为整体运输，所以最大只可建造直径100余米级的人工岛，而且环壁钢模是整体式陆上建造及海上运输，建造及运输均困难。其重达数千吨重的全钢制环壁式钢模人工岛外壳仅能一次性使用，就同其内浇注的混凝土一同固定于海床成为人工岛的一部分，成本高。沉箱式人工岛和环壁钢模式人工岛可以远洋建岛但仅可建造百米级的人工岛，不可能建成大型人工岛，否则无法水中拖运。

三、发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有建坝速度快、运输方便、施工周期短、钢模具可以反复连续使用的水中坝体快速连续浇筑式大型人工岛的建设方法。

其技术方案是：包括以下建造步骤：

(1)、在船坞中根据所建造坝体的坝型设计建造一段具有一个或多个沉浮体的、可在水中沉浮、可拖航并且能够多次反复使用的钢制船式整体可沉浮式坝体无底敞口模具；

(2)、将上述模具拖航到目的海域，将沉浮体内的空气放空并注水后，模具依靠其自重下沉并坐底到已打好桩的建坝地基上并自动起到了隔水、密封作用；

(3)、抽干模具下沉于坝基后与海底所围成的一段坝体型空腔内的水，浇注混凝土待混凝土达到一定的强度后即建好一段坝体；

(4)、向上述模具的沉浮体内注入空气并排水，使模具浮起、前拖、再次下沉到下一段坝体的地基上，建好与第一段混凝土坝体相连接的第二段混凝土坝体；并且重复此步骤可以快速连续浇注长坝体，长坝体合围可建大型人工岛坝围，围坝框内填筑可建大型人工岛。

所述的步骤(4)的方案如下：

向模具的沉浮体内注入空气并排水，使模具整体部分浮起，模具内表面与所浇筑成型的混凝土坝体表面分离，打开模具后端由可开关的“门”型封闭钢板封闭的“后门”，这时用拖船拖拉模具的头端，使模具以所建成的坝体为导向器向前移动，移动长度为已建成的混凝土坝体的长度的80％-90％后再次放空沉浮体内的空气并注水，使模具再次下沉坐底到下一段坝体的地基上，此时模具和以建成的混凝土坝体的头段以及坝基海底共同构成封闭的新一段坝体模具腔，抽干坝腔内海水后再次向模具所围城的坝体腔内浇筑混凝土，建好与第一段混凝土坝体相连接的第二段混凝土坝体。

另外，所述的模具有至少一个沉浮体，其船体部分区域钢板上下延长部分、船体本身部分钢板及其前端固定的封闭钢板、后端由可开关的“门”型封闭钢板封闭共同构成一段四周封闭、无底、敞口的所预建的坝型的钢制船式整体可沉浮式坝体无底敞口模具，模具整体下沉、坐底后所围一段坝体腔无底、无顶。

所述的每个沉浮体上至少在前后两端各有一个排注气和排进水装置，可使模具整体浮起、下沉或坐底；并且沉浮体内均有横向加强隔离钢板，将每个沉浮体分隔成数段，并且每块横隔钢板上端均有串气孔、下端均有串水孔，串水孔、串气孔将整个沉浮体连接为一个沉浮腔，可使沉浮体均衡平稳的上浮、下沉或下潜。

所述的模具所围成的坝体腔前端由钢板焊接封闭，后端由可开关的“门”型封闭钢板封闭，此坝体腔前、后端封闭钢板上有向坝体腔内的突起的凸起柱，凸起柱从底到顶连续，凸起柱横截面可以为矩形、三角形等形状，凸起柱使用模具所浇筑的混凝土坝体前一段和后一段有卯榫连接结构。

所述的模具的前端由钢结构构件将一个或多个沉浮体横向连接为一个整体或船头；一个或多个沉浮体及其向上延长的钢板从船头向后每隔一定距离由跨越模具顶型钢结构构件横向连接成一整体，跨顶型钢结构构件的顶端可为工字钢。

所述的模具的所围成的坝体腔底部四周均由钢制船式整体可沉浮式坝体无底敞口模具的下延长钢板、前端封闭钢板的下延长钢板和后端由可开关的“门”形封闭钢板的下延长钢板下沉后插入建坝海底围成密闭、止水腔，建坝区域海底成为所建坝体的基底。

本发明的有益效果是：适合于在近海或远海群岛中的未露出水面的礁、滩、沙洲上建岛，适合高潮时水深小于15米且海底平坦的海域建岛。具有建坝速度快、运输方便、施工周期短、钢模具可以反复使用、成本底、长坝合围可建大型人工岛的坝围框、填筑材料可以仅在坝围框内填筑、填筑材料用量少无流失情况、后期维护工作量小、既适合近海作业建岛、又适合远洋作业建岛、可建造平方公里级大型人工岛等优点。所建大型人工岛可用于军事、海洋权益维护、石油开采、旅游、水产养殖等领域。

四、附图说明：

附图1是本发明中的双墙空心“凹”型双墙空心钢筋混凝土坝体横截面；

附图2是本发明的根据附图1中所建坝体的形状设计的模具及其所围成的“凹”型钢筋混凝土坝体横截面；

附图3是本发明模具的三个沉浮体前伸段(无上、下钢板延长钢板)的横向连接；

附图4是本发明模具的前端固定的封闭钢板示意图；

附图5是本发明模具的后端由可开启的“门”型封闭钢板封闭示意图；

附图6是本发明的“

”型跨越模具顶端的横向连接结构构件；

附图7是本发明的模具的俯视示意图；

附图8是本发明的中所建大型人工岛的70-120余米宽的大坝横截面示意图。

其中：附图1：(101)“凹”型双墙空心钢筋混凝土坝体横截面、(102)基桩。

附图2：(201)“凹”型坝腔，(202)三个沉浮体，(203)坝型钢模具的侧壁，(204)排水管或抽水管，(205)排气、注气管，(206)船体下延长钢板，(207)两侧船体底钢板；

附图3：(301)三个沉浮体的前伸段，(302)三个沉浮体船头端横向连接钢结构；

附图4：(401)模具前端封闭钢板，(402)模具前端固定封闭钢板的下延长钢板，(403)卯榫连接，(404)凸起柱；

附图5：(501)“门”板，(502)“门”板所封闭的坝体腔后端，(503)门轴(504)“门”板下延长钢板，(505)两扇“门”板向中间关闭后的交叉重叠区及交叉重叠区结构，(506)电磁铁锁，(507)“门”板坝体腔内面的垂直方向凸起柱状结构；

附图6：(601)三个沉浮体及其上延长钢板的跨顶横向连接钢结构，(602)与三个沉浮体相连接的钢结构延长体，(603)与三个沉浮体和沉浮体上延长的钢板焊接处及固定面；

附图7：(202)三个沉浮体，(302)三个沉浮体船头端横向连接钢结构，(601)三个沉浮体及其上延长钢板的跨顶横向连接钢结构，(404)凸起柱；

附图8：(801)海底，(802)高潮时海平面，(803)“凹”型钢筋混凝土坝体横截面，(804)浇筑钢筋混凝土坝体前打入的基桩，(805)混凝土防漏墙，(806)混凝土块或石块防波堤护基，(807)钢筋混凝土坝体建成后回填的固化土，(808)大坝内面固化土护堤坡。

五、具体实施例：

参照附图1：在高潮时水深5米左右的海域建设坝高10米、上底宽8米、下底宽10米的“凹”型横截面双体混凝土坝101围成的4平方公里多的正方形永固大型人工岛为例。“凹”型横截面双体混凝土坝的优点是坝体轻、所用材料少、基底宽、沉降少，适合在较软的基底或硬基底上建造。具体建造这个大型人工岛有以下几个步骤：

1、在船坞内标准化、批量化的建造钢制船式整体可沉浮式坝体无底敞口模具：以所建坝的坝型“凹”型横截面的形状和尺寸(如附图1所示)，以和造船同样的方法和标准，设计建造一个钢制船式整体可沉浮式坝体无底敞口模具，在本实施例中以建造一个三个沉浮体船式钢制整体可沉浮式坝体无底敞口模具为佳(以下可以简称模具)，包括：“凹”型坝腔201，三个沉浮体202，坝型钢模具的侧壁203，排水管或抽水管204，排气、注气管205，船体下延长钢板206，两侧船体底钢板207等共同构成一个上敞口、下无底的“凹”型横截面双墙体混凝土坝坝型模具(如附图2所示)，并使模具底周一圈都有具有密封功能的下延长钢板206。

为使上述模具稳定连接成一个整体可采取以下措施：

(1)模具的头部三个沉浮体无延长钢板的部分由三个沉浮体前伸段301的横向连接钢结构302和大型“工”字钢组成为一个整体(如附图3所示)。

(2)模具的头部以后每间隔10-15米由“

”型跨越模具顶横向连接钢结构构件601，与三个沉浮体相连接的钢结构构件延长体602，与三个沉浮体和沉浮体上延长的钢板焊接处及固定面603，(如附图6所示)与模具的三个沉浮体船体以及其上延长钢板焊接为一体，使模具具有横向稳定结构。

模具在本实施例中可以建造成总宽16-18米，总长度80-100米的三个沉浮体船式钢制整体可沉浮式坝体无底敞口模具(如附图7所示)，包括：三个沉浮体202，三个沉浮体头端横向连接钢结构构件302，三个沉浮体及其上延长钢板的跨顶横向连接钢结构构件601，坝体模具后端由可开关的“门”型封闭钢板封闭及向坝腔内的凸起柱404，模具前端固定的封闭钢板结构及其向坝腔内的凸起柱404。

模具的所围成的坝腔头端有固定的封闭钢板401，模具前端固定封闭钢板的下延长钢板402，钢板上有向腔内的突起的凸起柱404，突起从底到顶连续，凸起柱横截面承三角形、矩形等形状(如附图4所示)，凸起柱的作用是使使用钢制船式整体可沉浮式坝体无底模具浇筑的混凝土坝体前一段坝体和后一段坝体之间有卯榫连接403。其底端也有自密封止水功能的下延长钢板。

模具后端有可由从中间向两侧开关的“门”型封闭钢板封闭，包括：“门”板501，“门”板所封闭的坝体腔后端502，“门”轴503，“门”板下延长钢板504，两扇“门”板向中间关闭后的交叉重叠区及交叉重叠区结构505，电磁铁锁506，“门”板坝体腔内面的垂直方向凸起柱状结构507；“门”的锁闭可以由电磁铁来完成，“后门”开启后可以使模具整体向前拖动以实现连续浇筑混凝土和模具的反复使用(如附图5所示)。

模具的每个沉浮体体内均建有多个上端有串气孔、下端有串水孔的横隔钢板将其分成数个舱段，其作用是可以均衡注气和排水，使模具整体平稳的浮起和下沉。

模具的每个沉浮体的头端和尾端上面均有进排气管道，可用空气压缩机向沉浮体内注入空气，使之可浮起，每个沉浮体前后端的下部均有排进水管，进水排气后可使沉浮体下沉。

三个沉浮体船式钢制整体可沉浮式坝体无底敞口模具的中央沉浮体的尾端两侧和底部钢板外表面有起密封作用的橡胶垫。模具建造好后按造船的标准进行防锈刷漆等处理。

2、建岛海域的选择、人工岛的设计：根据需要通过卫星、航空及海洋测量船在需要建造大型人工岛的海区测量，选择适合地基的近海海域或远海群岛(例如南沙)的礁盘、沙洲等，并以等深线的形式制作海图，进行大型人工岛的设计。

3、地基平整和水中打桩：平整坝址海底后以需要建坝的坝址中线为中心，打两排钢筋混凝土桩，行距6米，桩间距5米，用水中打桩船机械化打桩，桩顶露出海底约0.5-1米。

4、模具沉降：将已建造好的三个沉浮体船式钢制整体可沉浮式坝体无底敞口模具拖运至目的海域并以已打好的两排基桩的中线为坝址中线，向模具的三个沉浮体内注水并排空空气并注水，使模具沿坝址中线下沉坐底到海底建坝地基上，由于模具下缘周边有完整的长方形下延长钢板，模具下沉后依靠其自重使下延长钢板插入海底一定深度，起到了自密封、自隔水作用。这样模具就在水中和坝址海底一同围成了一段所建坝型的坝体腔。

5、浇筑特殊类型的混凝土建坝：抽干模具下沉坐底后和坝址海底所围成的坝体腔内的海水，此时前期已打好的基桩顶部高出海底的部分也在坝体腔内，浇注混凝土前不在坝体腔内人工扎制钢筋笼架，而是直接从模具的敞口向坝体腔内浇筑含有5％的小型螺纹钢段(直径5-8毫米，长度10-15厘米)的混凝土并振实，起到了替代人工扎制的钢筋笼架的作用，有利于机械化快速浇筑坝体。所浇注的混凝土所用水泥为含有30％的水工补偿收缩水泥和70％的高标号水泥，以使所浇注混凝土具有良好的附层、固面效果增强长坝体的整体强度。在浇注混凝土的同时可以分批、分期向坝体腔内纵向水平和上下垂直方向放入整根的大型螺纹钢(直径20-30毫米，长度10米)以进一步增强坝体强度。待混凝土达到约80％的应力强度后即建造好了一段坝体，并且所建坝体已经和先期打好的基桩顶部融合为一体。

6、模具整体浮起、前拖、下沉坐底实现连续建坝：建造好了一段坝体后，向模具的三个沉浮体内注入压缩空气并部分排水后，模具整体部分浮起，与已建好的第一段混凝土坝体表面分离，打开模具后端由可开关“门”型封闭钢板封闭的“后门”，用拖船拖拉模具的头端，使模具以已建成的坝体为导向器向前移动，移动长度为已建成的坝体长度的80％-90％后停止拖拉模具，并且模具前端起密封、止水作用的下延长钢板避开露出海底的基桩顶部，再次放空模具的三个沉浮体内的空气并注水使模具下沉坐底，模具和已建成的坝体的头段、坝址海底共同构成封闭的下一段坝体的坝体空腔。抽干所围成的坝体空腔内的海水，再次向所围成的坝体腔内浇筑混凝土，这样就可以建好与第一段混凝土坝体相连接的第二段混凝土坝体，同样的方法反复进行就可以反复利用一段较短的模具(本实施例中为80-100米的三个沉浮体船型钢制整体可沉浮式坝体无底敞口模具)连续建造长度达数公里的直线型混凝土坝体，并且由于前端封闭钢板上有向坝体腔内的突起的凸起柱，凸起柱从底到顶连续，凸起柱横截面可以为矩形、三角形等形状(如附图4所示)，凸起柱使模具所浇筑的混凝土坝体前一段和后一段有卯榫连接结构，所以每段坝体之间除了混凝土本身的固面连接外还有卯榫结构加强连接。由四段2公里长的直线型混凝土坝体合围，并在四角相接处浇筑钢筋混凝土相连接就可以建成本实施例中边长2公里的正方形大型人工岛的围坝。为进一步加快建造速度可以用四个模具同时施工分别建造4个直线型坝体。

7、大型永固型人工岛的建造：如果对这样仅有一圈“凹”型横截面钢筋混凝土坝体围成的大型永固型人工岛的安全不放心，还可以在已建成的钢筋混凝土坝体外50-100米处再以同样的方法建四条同样的坝体围成正方形外坝体，这样就使所建成的人工岛具有一周由双层四墙钢筋混凝土坝体构成的“回”型坝体框人工岛，在建造钢筋混凝土外坝体的同时就可以在内、外坝体之间的坝体框内用船抛填砂石等填筑材料。再抽干两个坝体空腔内和内、外坝体之间围成的50-100米空腔内的海水后，还可在此坝围框范围内建造一个混凝土防渗墙，可以仅向50-100米的由内、外双坝体围成的坝围框内填入沙土并用压路机分层压实，两个坝体空腔内也回填沙土。这样就建成了由70-120米宽的、高潮时高出水面5米的混合坝体组成的大型永固型人工岛的坝围框。在外坝的外壁可向海中投入石块或混凝土块，建成斜坡形防浪堤护基。内坝的内侧面可以用沙土堆放并压实构成内护坡(如附图8)包括：海底801，高潮时海平面802，“凹”型钢筋混凝土坝体横截面803，浇筑钢筋混凝土坝体前打入的基桩804，混凝土防漏墙805，混凝土块或石块防波堤护基806，钢筋混凝土坝体建成后回填的固化土807，大坝内面固化土护堤坡808。抽干大型人工岛内的海水，在人工岛的中心取沙土平整并垫高岛内土地，岛中心部分取沙土后可以建成中心水库用于积存雨水、淡水，供岛上生活用，岛内土地可用于生产、生活、绿化等。还可以在70-120米宽、2.2公里长的混合坝体上建造飞机跑道，并在其余的坝体上建机库、码头、房屋等。用本发明的水中坝体快速连续浇筑式大型人工岛的建设方法建造大型人工岛，可以只在一周由双层四墙钢筋混凝土坝体构成的“回”型坝围框内填筑，填筑材料用量少、无流失。

此大型永固型人工岛建成后，所制造的钢制船式整体可沉浮式坝体无底敞口模具可拖航到下一适合海域，用同样的方法继续建造类似的大型永固型人工岛。

Claims (7)

1.一种水中坝体快速连续浇筑式大型人工岛的建设方法，其特征是：包括以下建造步骤：

(1)、在船坞中根据所建造坝体的坝型设计建造一段具有一个或多个沉浮体的、可在水中沉浮、可拖航并且能够多次反复使用的钢制船式整体可沉浮式坝体无底敞口模具；

(2)、将身上模具拖航到目的海域，将沉浮体内的空气放空并注水后，模具依靠其自重下沉坐底到已打好桩的建坝地基上并自动起到了隔水、密封作用；

(3)、抽干模具下沉于坝基后与海底所围成的一段坝体型空腔内的水，浇注混凝土待混凝土达到一定的强度后即建好一段坝体；

(4)、向上述模具的沉浮体内注入空气并排水，使模具浮起、前托、再次下沉坐底到下一段坝体的地基上，建好与第一段混凝土坝体相连接的第二段混凝土坝体；并且重复此步骤可以快速连续浇筑长坝体，长坝体合围可建大型人工岛的围坝，围坝框内填筑可建大型人工岛。

2.根据权利要求1所述的水中坝体快速连续浇筑式大型人工岛的建设方法，其特征是：所述的步骤(4)的方案如下：

向模具的沉浮体内注入空气并排水，打开模具后端的由可开关的“门”型封闭钢板封闭的“后门”，使模具整体部分浮起，模具内表面与所浇筑成型的混凝土坝体表面分离，这时用拖船拖拉钢模具的头端，使模具以所建成的坝体为导向器向前移动，移动长度为已建成的混凝土坝体的长度的80％-90％后再次放空沉浮体内的空气并注水，使模具再次下沉坐底到下一段坝体的地基上，此时模具和以建成的混凝土坝体的头段以及坝基海底共同构成封闭的新一段坝体模具腔，抽干坝腔内海水后再次向模具所围城的坝体腔内浇筑混凝土，建好与第一段混凝土坝体相连接的第二段混凝土坝体。

3.根据权利要求1或2所述的水中坝体快速连续浇筑式大型人工岛的建设方法，其特征是：所述的模具有至少一个沉浮体，其船体部分区域钢板上下延长部分、船体本身部分钢板和其前端固定的封闭钢板、后端由可开关的“门”型封闭钢板封闭共同构成一段四周封闭、无底、敞口的所预建的坝型的钢制船式整体可沉浮式坝体无底敞口模具。模具整体下沉、坐底后所围一段坝体腔无底、无顶。

4.根据权利要求3所述的水中坝体快速连续浇筑式大型人工岛的建设方法，其特征是：所述的每个沉浮体上至少在前后两端各有一个注排气和注排水装置，可使所述的模具整体浮起、下沉或坐底；并且每个沉浮体内均有横向加强隔离钢板，将每个沉浮体分隔成数段，并且每块横隔钢板上端均有串气孔、下端均有串水孔，串水孔、串气孔将整个沉浮体连接为一个沉浮腔，可使沉浮体均衡平稳的上浮、下沉或下潜。

5.根据权利要求3所述的水中坝体快速连续浇筑式大型人工岛的建设方法，其特征是：所述的模具所围成的坝体腔前端由钢板焊接封闭，后端由可开关的“门”型封闭钢板封闭，此坝体腔前端由钢板焊接封闭的钢板上和后端由可开关的“门”型封闭钢板封闭的钢板上都有向坝体腔内的突起的凸起柱，凸起柱从底到顶连续，凸起柱使用模具所浇筑的混凝土坝体前一段和后一段之间有卯榫连接结构。

6.根据权利要求4所述的水中坝体快速连续浇筑式大型人工岛的建设方法，其特征是：所述的模具的前端由钢结构构件将一个或多个沉浮体横向连接为一个整体或船头；一个或多个沉浮体及其向上延长的钢板从船头向后每隔一定距离由跨越模具顶钢结构构件横向连接成一整体，使模具横向稳定，跨顶钢结构构件的顶端为工字钢。

7.根据权利要求3所述的水中坝体快速连续浇筑式大型人工岛的建设方法，其特征是：所述的模具的所围成的坝体腔底部四周均由钢制船式整体可沉浮式坝体无底敞口模具的下延长钢板、前端由固定的封闭钢板的下延长钢板和后端由可开关的“门”型封闭钢板封闭的下延长钢板下沉后插入建坝海底围成密闭、止水腔，建坝区域海底成为所建坝体的基底。

Images