南沙九章群礁人工岛设计、施工方案

1、-作者xxxx-日期xxxx南沙九章群礁人工岛设计、施工方案【精品文档】南海三沙市九章人工岛设计施工技术策划思奇摘要人工岛是人类出于各种目的，在海上建成的陆地化工作和生活空间，是人们利用海洋空间资源的重要手段。一般而言，狭义的人工岛指在海中填筑而成的陆地，而广义的人工岛则包括桩式和漂浮式等能在海域中形成一定使用场地的各种海上建筑物。人工岛拥有着巨大的开发潜力，与其它填海方式相比较，人工岛对岸线、海域等方面的环境影响较少，因而成为目前世界用海的流行趋势，但与此同时人工岛在具体的设计、施工过程中面临着各方面的因素，涉及多种学科，复杂的自然条件约束使得至今对于人工岛的设计及相应的施工尚无一个可循的规

2、范。我国南海拥有337处岛屿和浅海礁盘，由于本国未进行自主人工开发建设，一部分已经被越南、菲律宾、马来西亚、文莱等国家非法侵占，其余岛礁如果不尽快开发建设，势必为人鱼肉。为了在这些礁盘上构筑人工岛，需要开展设计方案、施工准备、施工组织和施工建设等工作。本方案针对南海三沙市九章裙礁的自然条件，以服务实际设计、施工项目、达成南沙开发任务、早日实现强化海防、利用海洋的目标而编制，为日后的人工岛设计、施工提供有益的参考。作者简介：作者系国家级软科学专家、技术经济学研究员、 工程师，已经为三沙市海岛开发施工提供多项技术方案，被多家施工单位采纳。关键词：人工岛；浅海；离岸；施工；技术；方案第一章 绪论1.

3、1 工程背景南海面积 近360 万平方公里。世界上面积超过300 万平方公里的海只有3 个，南海排在南太平洋的珊瑚海和印度洋的阿拉伯海之后，是世界第三大海。 在南海，共有337个属于中国的岛礁和沙洲，其中西沙群岛有80多个岛礁、沙洲，中沙群岛有27个岛礁和沙洲，南沙群岛总共有230 多个岛礁和沙洲。这些岛礁中，中国台湾控制了太平岛，越南非法占据、控制了29个、菲律宾非法占据、控制了9个、马来西亚非法占据、控制了5个。不加快南海岛礁建设，就不能实际控制南海海域和资源，丧失这部分国家主权。下图标注了南海诸国对我国领海主张权利并实际占领的态势。 南海岛礁分布图各国实际占领我国岛礁态势图 被越南占领的

4、南威岛上的越军机场越军在我南威岛上操演 被越军占领的弹叉岛菲律宾在我中业岛上修建的机场由于历史的原因，我国在南海的岛礁建设比较迟缓，收复西沙群岛的永兴岛后，只建设了简易机场和码头，建设力度远远不够维护南海三沙市的主权。 西沙永兴岛鸟瞰南海我国实际控制的最大岛屿西沙永兴岛码头我国海军南沙守备部队的三代“高脚屋” 越南在我南沙海域开采石油资源的钻井平台鉴于我国南海的领土、领海被外国侵占，南海资源被外国掠夺，我国必须加快南海岛礁建设，将适于建设人工岛的小岛、礁盘和沙洲构筑成人工岛，用于军事设施、资源开采设施、渔业捕捞与加工生产设施、旅游设施的基础条件。三沙市南沙群岛的九章裙礁位于南沙群岛中心海域，战

5、略地位十分重要。九章群礁位置图 九章群礁礁盘分布图 九章群礁，南沙群岛岛礁之一，是南沙西北部第五列环礁，南临南华水道。北纬9度42分10度00分，东经114度15分40分范围内。位于郑和群礁之南16海里，我国渔民向称九章，又称狗障头（是指此处很多礁滩，连狗进去也撞头之意），1983年中国政府公布九章群礁为标准名称。九章群礁是众多珊瑚礁组成的足形环礁。边缘按顺时针顺序依次是：景宏岛、南门礁、西门礁、东门礁 、安乐礁、长线礁、主权礁、牛轭礁、染青东礁、染青沙洲、龙虾礁、扁参礁、漳溪礁、屈原礁、琼礁、赤瓜礁、鬼喊礁、华礁、吉阳礁等。礁湖水深50余米。小礁湖和锚地均多。但难避强风。环礁外水深20003

6、000米。在这个大环礁中，洲，岛，礁，门分布如下：岛：景宏岛(越南非法侵占)，赤瓜礁岛；洲：染青沙洲(越南非法侵占)，鬼喊沙洲，琼礁沙洲；礁：鬼喊礁(越南非法侵占)，赤瓜礁，牛轭礁，屈原礁，琼礁(越南非法侵占)，漳溪礁，扁参礁，龙虾礁，染青东礁，主权礁，长线礁，安乐礁，东门礁，西门礁，南门礁，吉阳礁，华礁；门： 东门，西门，南门；针对越南的非法侵占，我国必须加快九章群礁的整体开发建设，一次冲破美国、越南、菲律宾对中国的繁琐。鉴于九章群礁的特殊地质构造，应该在九章群礁海域有一个大的动作，把16处礁盘、3处沙洲和两座岛屿连成一片，筑就一座700平方公里的大型人工岛，即使建设期30年，也是一件功德无

7、量的好事。人类建设人工岛历史悠久，特别是二十世纪以来，随着工业化发展，日本、美国、西欧等发达国家建设了一系列人工岛。20世纪60年代末至70年代中期国外一些国家先后建造一批卵石、砂袋围坝式人工岛。到80年代末。加拿大、美、日等国又建成了一批现代化的钢筋混凝土人工岛和钢结构人工岛。比较著名的有日本神户人工岛海港、新大村海上飞机场，加拿大波弗特海Tarsiut人工岛，俄罗斯的穆卢凯人工岛、阿联酋的棕榈岛等等。我国于70年代末逐步兴起了对人工岛的研究与建设，建成了张巨河人工岛、辽河油田的辽海葵花一号等一批人工岛。进入21世纪后，我国又兴建了曹妃甸人工岛、长兴岛人工岛等大型工业用人工岛。此外，韩国、日

8、本、东南亚等地区也展开了大规模的造岛运动。人工岛拥有着巨大的开发潜力，与其它填海方式相比较，人工岛对岸线、海域等方面的环境影响较少，因而成为目前世界用海的流行趋势，但与此同时人工岛在具体的设计、施工过程中面临着各方面的因素，涉及多种学科，复杂的自然条件约束使得至今对于人工岛的设计及相应的施工尚无一个可循的规范。本施工技术方案以服务于南海三沙筑岛工程建设为目的，根据在不同水文地质条件下所建造的不同形式的人工岛作出具体研究、分析，并结合具体的国内外工程案例归纳人工岛施工技术的特点，为日后的人工岛施工提供有益的参考。1.2 人工岛筑岛工程的现状人工岛是人类出于各种目的，在海上建成的陆地化工作和生活空

9、间，一般而言，狭义的人工岛指在海中填筑而成的陆地，而广义的人工岛则包括桩式和漂浮式等能在海域中形成一定使用场地的各种海上建筑物。人工岛作为人类利用海洋资源的重要手段，在多领域内发挥着巨大的效益。人工岛可作为工业生产用地，如在海上建造能源基地、海洋油气田勘探、开采平台；可作为交通运输场所，如建造海上机场、港口、桥梁、隧道等；可作为储藏场地，如建造海上石油储备基地、危险品仓库等；可作为娱乐场所，如建造临海公园、绿地、游艇基地、垂钓场、人工海滨等；可作为废弃物处理场，如工业垃圾可用来填海造田，此外人工岛还可用于农业用地，甚至还可对其进行综合利用，建造海上城市等等。人工岛的建设历史可以追溯至史前时期的

10、苏格兰和爱尔兰，在中国明代嘉靖年间也有相应的文字记载，古代人工岛规模较小，通常是为满足渔业、盐业和军事的需要。目前通常所说的人工岛大都指现代人工岛，20世纪60年代末至70年代中期国外一些国家先后建造一批卵石、砂袋围坝式人工岛。到80年代末。加拿大、美、日等国又建成了一批现代化的钢筋混凝土人工岛和钢结构人工岛。比较著名的有日本神户人工岛海港、新大村海上飞机场，加拿大波弗特海Tarsiut人工岛，俄罗斯的穆卢凯人工岛、阿联酋的棕榈岛等等，根据地质、地基、水文以及经济发展的考虑，不同的海域，人工岛的结构亦不同，如在有结冰期的海域，采用抗冰性能较好地结构。至今，加拿大、美、日等国在人工岛的建设方面都

11、累积了较丰富的经验，能确保人工岛的安全可靠性和经济合理性。我国于70年代末逐步兴起了对人工岛的研究与建设，建设了如大港油田的张巨河人工岛、辽河油田的辽海葵花一号等一批成功的工程实例，这些人工岛的研究与建设抓住了我国沿海海域的特点，结合我国实际的社会生产能力，上述的案例为我国在人工岛领域累积了宝贵的经验，这将为我国在海洋事业的开发提供强有力的保障。人工岛的种类繁多，按用途有勘探人工岛、生产人工岛，按水深有浅海人工岛、离岸人工岛、深海人工岛，按人工岛的工程形式又可分为自然护坡人工岛、砂袋或块石护坡人工岛、斜面保护板堤坡人工岛、船壳圈闭人工岛、浮体圈闭人工岛、钢板桩圈闭人工岛、沉井式人工岛、沉箱式人

12、工岛表一 人工岛的分类按用途勘探人工岛、生产人工岛、中转人工岛按水域浅海（极浅海）人工岛、离岸人工岛、深海人工岛按工程形式自然护坡人工岛、砂袋或块石护坡人工岛、斜面保护板堤坡人工岛、船壳圈闭人工岛、浮体圈闭人工岛、钢板桩圈闭人工岛、沉井式人工岛、沉箱式人工岛表二 世界著名人工岛国家人工岛案例用途中国张巨河人工岛、辽海葵花一号石油生产平台日本神户人工岛，大阪海上人工岛海上机场、工业生产基地美国哈伯岛（西雅图） 迈阿密岛海运码头加拿大圣母岛人工岛博览展会阿联酋棕榈岛、世界岛海上城市下图是日本大阪的关西空港机场人工岛 下图是美国西雅图哈伯港人工岛 下图是阿联酋迪拜棕榈岛人工岛的建筑方法一般有先抛填后

13、护岸和先围海后填筑两种施工方法。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。第二章 九章群礁人工岛的设计本设计依照九章群礁的足形布局，采取分两步走的设计思路。第一步，在景宏岛(越南非法侵占)、赤瓜礁岛两个岛屿，染青沙洲(越南非法侵占)、鬼喊沙洲、琼礁沙洲三处沙洲和赤瓜礁、牛轭礁、染青东礁、长线礁、东门礁，西门礁，南门礁、安乐礁、樟溪礁等大型礁盘单独构筑成人工岛，形成岛屿功能，达到通航、居住、补给、海洋工程作业的实用水平。第二

14、步，在前段人工岛基础上，将礁群的外缘连接起来，由外向内，由浅向深，把礁群的海水排干，各礁盘连成一体，形成700平方公里的人工岛。在这个新的“陆地”上，组织海洋渔业、石油天然气加工工业、城郊农业、旅游业等产业和驻军、市政机关、医疗卫生、文化教育、社区服务等社会组织。人口可以达到20万人，成为中国最南端的县级市。第三章 人工岛的施工3.1 影响人工岛的因素人工岛拥有着巨大的开发潜力，与其它填海方式相比较，人工岛对岸线、海域等方面的环境影响较少，因而成为目前世界用海的流行趋势，但与此同时人工岛在具体的设计、施工过程中面临着各方面的因素，涉及多种学科，复杂的自然条件约束使得至今对于人工岛的设计及相应的

15、施工尚无一个可循的规范。通过科学的分析手段，把握事物的主要因素和次要因素，在严谨的理论及实验的基础上，确定人工岛的位置及相应的施工手段，在这一过程中需要考虑的因素有以下几点。首先多数人工岛的建造都基于建岛的实际用途需要，是作为海上石油生产用地、海上工业基地、还是储藏仓库等等。人工岛的建设需要大量的人力、物力、以及专用设备的投入，是一项颇具规模的工程，这其中经济因素对人工岛方案的确定占有绝对的主导地位，岛上原材料的可用性、人工岛离市场的距离等等在很大程度上将决定人工岛工程的造价，因此在综合评估，经济、法律和其他各种因素被应用于确定有开发潜力的区域之后，工程因素才在人工岛的选址、设计以及施工过程中

16、起到作用。工程因素在人工岛的选址、设计以及施工过程中发挥着重要的作用，其中建岛处的地质和地基条件是研究的首要因素。一座人工岛需要大量的填料，这些填料将给海底增加巨大的负荷，在一定程度上将对当地的海域地质状况产生影响，如海底淤泥的液化等，会对人工岛的建设带来负面影响，因此填料源的位置和填海地的土质就显得尤为重要，为了确保海底泥沙底层岩石能承受这种负荷，保障人工岛长期的稳定性，需要进行广泛、深入的研究。通常的情况下，通过了解建岛处的地基资料（海底沉积物的厚度、基岩的结构、岛址下面岩石断层和滑面的位置等），并先使海底在一段时间内承受一定的负荷，让海底的物质加固，放置一定的压载物（如沉箱）观察海底的稳

17、定状况，上述的手段将有助于我们确定人工岛的具体位置及相应的施工措施。 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

18、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

19、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

20、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

21、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。离岸人工岛的施

22、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（05m），施工船舶难以靠近的问题。一般而言

23、，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

24、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。 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

25、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

26、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。、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。、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。、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。、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

27、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。 （3） 总结自然边坡式人工岛适合在填充材料挖掘方便的浅海和礁盘使用，用过驳船就近挖吹沙填海，在填筑岛身的过程中注意工程施工的合理性与环保性，可采用反滤布等加快填筑效率。 B 砂袋护坡式人工岛关键词：当地使用填料不足，岛址所处水深相对较深，先围海后填筑。 （1） 砂袋护坡式人工岛的特点 自然边坡式人工岛需要大量的填充材料，在当地使用填料不足、岛址所处水深较大的情况下，需要节约填料，采用砂袋或石笼护坡以增陡边坡。砂袋护坡式人工岛的堤坡远比自然边坡式人工岛陡，都在

28、1:3左右，为减少填方，对较陡边坡人工岛采用砂袋或石笼护坡，用砂袋筑岛壁具有对内档土、对外抗冲刷的作用。“石笼”是在钢丝网内填砂袋以代替块石。经试验证明：3吨的砂袋与6吨的砂袋对水深小于8m的水域的波浪具有足够的短期防护能力。同样岛高的填筑量约相当于自然边坡式的1/2至1/3。 （2） 砂袋护坡式人工岛的施工 在砂袋护坡式人工岛的具体施工过程如下，在测量定位之后对地基进行处理，根据软土厚度的不同制定相应的处理方法，处理的方法有抛石挤淤法、沙井水加固法、置换法、铺垫土工布法等。在基础底面处理后，用开底自卸泥船沿岛周用砾石铺基床。其在铺基床时，先粗抛，后细抛。开底自卸泥船一次抛填量较大，在开底自卸

29、泥船完成粗抛后，可用翻石船对地基进行细抛，待砾石基床处理完毕，再将砂袋铺在砾石形成的基床上，直至稍高于海平面。按人工岛的设计规模和形状在建岛处筑一岩石围堤，而后围堤中的内部填料用挖泥船挖掘，用敞舱驳船运送，再用船上的抓斗和索铲填入岛内。 （3） 总结 砂袋护坡式人工岛最大限度地利用了当地现有材料，所填充的人工岛易扩大和拆除，适应性强，工期短，成本低。但其需要严格的维护，耐久性差，在施工期间易损坏。 C 围壁式人工岛上述填充式的人工岛，大都数只进行了较简单的土工设计，工作年限一般在几年以内。但随着向复杂海域的不断深入以及对人工岛安全性要求的不断提高，上述形式的人工岛施工过程中需要的土方量增大，劳

30、动力消耗增多，施工期长，造价也急剧上升，质量亦难得到保证。因此，对更加现代化的人工岛的需求已迫在眉睫，围壁或沉井式人工岛就是近期发展起来的一种适合于浅海地区的先进的人工岛形式。充填砂类材料建造的人工岛，由于水面波浪的冲蚀影响了护坡的形成，并增加了充填材料的用量，使得造价大幅攀升。为解决这一情况，国内外作了大量的实验研究，经过十几年的实际应用，目前在水下进行围堤、顶部预制岛壁结构是浅海水域中最适合的人工岛建筑形式。 （1） 围壁式人工岛的组成围壁式人工岛，是一种适合于海床面积大，软地基地区的人工岛形式。其由主体结构、内部结构、基础、上部结构组成。 围壁式人工岛主体结构：它的外形类似的旋转体，直径

31、大小根据工艺条件和实际需求情况来确定。主体结构由若干个单体组成，如对于一个直径80m的围壁式人工岛，其主体分为48个单体，每个具有腹腔的单体自重约260吨。内部结构：它由底部反滤层（卵石）、中间填土层、上部地面层构成。填土层可用专用设备就地取材，节省投资。基础：由抛石层和环形钢筋混凝土基础梁组成。可用水下不分散混凝土捣制基础梁。上部结构：它是圆形防浪板，迎浪面高、背浪面低。防浪板在地上分块预制，现场组装。 （2） 围壁式人工岛的优点 从经济和技术观点来分析，此种类型的人工岛具有以下的优点。能提供比较大的生产场地。待岛体就位后，岛内圆形平台可作为施工场地，提供必要的海上作业平台；主体结构的单体陆

32、上预制，减少海上隐蔽工程量；单体制成封闭形壳体，可浮、可沉；海床面积大，能充分利用软地基的力学性能；利用主体结构外侧斜面改变海冰作用形式，抗冰性能好；结构对称、重心低，抗震性能好；就地回填砂土，缩短工期，节省资金。 （3） 围壁式人工岛的施工 围壁式人工岛主体结构的单体在干船坞或者近岸码头上制作。基础工程与单体组块的制作可同时进行。基础工程完工后，将预制好的组块拖航或者吊装驳运到人工岛建设场地，在组块内充水或充砂下沉到基础梁上就位。在组块之间、组块与基础梁之间浇注不分散混凝土，把各部分连成一个整体。待内部结构填土后，组装上部结构。 内部结构施工时，先清除海底表面腐殖质或淤泥，接着铺设卵石反滤层

33、、回填砂土、砂土层到设计标高后按陆上方法处理填土层及地面层，在此基础上就能安装各种设备。 主体结构的基础工程施工时，先用挖泥船挖掉粉砂土层，接着抛石、找平，用水下不分散混凝土灌缝，然后将预制的基础梁的钢筋龙骨及模板下水就位，再用水下不分散混凝土浇注基础梁。 一个直径80m的围壁式人工岛，组块预制、基础工程、组块运输及下沉安装、回填土、上部结构安装等工程量，可在12个月内完成。 （4） 总结该类型的人工岛，采用模块化的设计以及施工手段，充分发挥了陆地的优势，可节省大量的工程时间及工程费用，其施工方便、安全可靠、经济实用。 D 沉井人工岛 （1） 沉井式人工岛的适用性沉井式人工岛的结构形式能够较好

34、地适应不同水深条件、不同的环境气候、不同的海底地基土工状态的海域，其结构合理、施工方便、安全可靠、经济实用。 （2） 沉井式人工岛的组成 沉井式人工岛一般由沉井、吊箱涵、四周的填筑砂体等组成。沉井壁多为钢和钢筋混泥土混合结构。许多研究成果表明：采用钢板混凝土钢板的三明治式组合截面具有较高的强度及延性，是较理想的抗低温外墙结构。在水深条件、环境气候、海底地基土工状态都比较苛刻的海域也可以采用桩基沉井式人工岛结构型式，沉井下沉完成后，在沉井墙壁内侧施工钻孔灌注桩，也可以在沉井的墙壁内施工钻孔灌注桩。沉井式人工岛一般采用圆形结构，和同条件的矩形人工岛相比，圆形人工岛的直径仅为矩形人工岛长边距离的四分

35、之一，且圆形人工岛所受到的波浪、水流阻力以及局部冲刷程度都要远远小于矩形人工岛，对海域环境影响相对较小，具有明显的优点。 沉井式人工岛 （3） 沉井式人工岛的施工 沉井式人工岛采用分段施工的形式，先将预制好的沉井浮运到现场后逐段沉放。浮运时，底节钢沉井可放在驳船上浮运，也可在水中直接拖运至人工岛位置处。定位后在井壁中灌水下沉，下沉至一定标高时，沉井在悬浮状态下进行接高，接高完成后继续加水下沉，待底节沉井着床时，于水面上进行现浇混凝土沉井接高，然后在井内吸泥下沉至设计标高，将沉井底部清理干净，进行封底混凝土施工，再抽水并在每段沉井内构筑斜板支撑结构，最后在顶上施工钢筋混凝土盖板。 一般情况下，采

36、用沉井式人工岛时的施工流程为：准备沉井预制拖运沉井就位，下沉防冲刷工程内部结构索塔吊箱涵。沉井式人工岛作为一种较新颖的人工岛形式，在许多方面采用了先进的施工手段，实现了经济性和技术性的完美统一。表三 浅海人工岛的施工人工岛类型牺牲海滩式或自然边坡式人工岛砂袋护坡式人工岛围壁式人工岛沉箱式人工岛等适用条件有足够的填料。地使用填料不足，岛址所处水深相对较深。海床面积大，软地基地区。可以较好地适应不同水深条件、不同的环境气候、不同的海底地基土工状态的海域。设计需求大都数适用年限较短，几年以内，临时性工程。大都数适用年限较短，几年以内，临时性工程。适用年限相对较久，安全性较高，以勘探石油、生产基地为主

37、。适用年限相对较久，安全性较高，以开采石油、生产基地为主。施工方法绝大部分为先抛填后护岸，建造方法简单，适用挖泥船管道直接填筑。大部分为先护岸后抛填，对地基作处理，建筑围堤，之后进行吹填。路域建造结构单体，之后拖航就位，海上施工。路域建造结构单体，之后拖航就位，海上施工。工程特点人工岛长而平缓，附近有足够的填料，先抛填后护岸。最大限度地利用了当地现有材料，所填充的人工岛易扩大和拆除，适应性强，工期短，成本低。但其需要严格的维护，耐久性差，在施工期间易损坏。采用模块化的设计以及施工手段，充分发挥了陆地的优势，可节省大量的工程时间及工程费用，其施工方便、安全可靠、经济实用。较新颖的人工岛形式，采用

38、了先进的施工手段，实现了经济性和技术性的完美统一，其施工方便、安全可靠、经济实用。 3.3.2 离岸人工岛的施工 离岸海上人工岛通常建造在水深2050m，与大陆的交通通常依靠海上交通和直升机航空联系，目的是利用远岸海洋空间。这种人工岛主要应用于建造军事设施、石油开采或独立的综合性海洋产业生产基地。 离岸海上人工岛的地质、海域状况：、离岸远无遮掩孤岛，受风浪影响大，交通组织及交通安全成为施工中要考虑的重要内容。、气候恶劣，在中纬度地区常年受台风、季风影响，高纬度常受海冰影响，施工船舶及人员经常要撤离现场，全年施工时期较短。、潮差大、涨潮急，施工中要考虑防冲刷、防潮水措施。、施工区域情况复杂，水陆

39、状态都有，高潮时全部淹没、低潮时部分露滩，施工时要考虑水上、陆上两种不同的施工方案。、离岸人工岛资源紧缺，需要大量适合外海施工的大型船舶。 离岸人工岛的施工形式通常为先围堤后吹填，其工程根据设计要求，主要有以下的施工工序打桩、地基处理（铺排）、抛石、防护以及吹填。在施工过程中由于离岸人工岛远离路域，在缺乏依托的外海、天气等自然条件及外部环境恶劣的情况下组织大规模的围堤施工，其综合施工组织管理难度很大。整个工程施工总体部署特别重要，针对人工岛种种的特殊情况，应采取相应的措施。 设立海上平台，为便于现场管理以及工作人员休息，在人工岛附近布置海上平台作为水上指挥及应急中心，与陆上后方总部通过无线电及

40、水上交通紧密联系，减少人员往返，提高作业效率。 开设两个或两个以上的作业面，打桩、铺排等工序的施工进度直接制约后续施工，先期的施工过程中应投入相应的设备及早完成；在打桩、铺排完成后，现场可进一步分为多个大作业面，从多个方向，按水深的不同同时进行充砂管袋结构、抛石、倒滤层施工组、护面块体安装作业。在建筑岛堤的同时，吹填、大型充砂管袋以及防护组的作业逐步进行。选择合适的船机设备和工艺，在岛壁(抛石堤身)形成过程中，离岸人工岛因受天气、海域的影响、抛石资源的缺乏、作业面狭小等诸多因素影响，抛石的效率可能比较低。这种情况下，尽量采用效率较高的船机设备，如采用集运输、抛卸于一身的海吊船直接运输、抛卸，这

41、大大提高单位作业面工作效率，比较适合于离岸人工岛的施工要求。此外，在人工岛的建设中，可在率先完成的岛侧建设诸如钢栈桥的临时码头。用于石料、护面块体和各种材料的卸货，解决离岸人工岛因地面标高造成的船舶作业时间短、工作效率不高等困难。相对于浅海人工岛来说，离岸人工岛的自然环境更为恶劣、工程条件也更加苛刻，对于施工技术的要求也更加严格，对于离岸人工岛的具体施工技术本文将在第三章作出详尽的分析。 3.3.3 深海人工岛（展望）目前的人工岛工程的水域水深一般在10到20m之间，只有极少数的人工岛施工水域达到水深40余米。在人工岛的施工建设中，每向大海多延伸1米，意味着工程的造价及相应的施工难度将大幅度的

42、攀升，但随着经济发展的需要，毫无疑问人们将不断向深海迈进，勘探深海石油、开采锰矿、可燃冰，开辟海上交通枢纽，构建浮动型城市等等，由此造成的人们对人工岛的适用性要求越来越高，需要人工岛能够以更灵活、更实用的方式投入到生产、生活之中，于是在这种背景下，深海人工岛的概念也呼之欲出。深海在国际上的定义一般指在水深1000以上的海域，但在实际的工程施工中人工岛的岛身基础不可能达到如此的深度，所以在工程实用中在大陆架以外海域的人工岛就可称作为深海人工岛。深海人工岛由于所处坏境的特性，其为漂浮式的海体结构较适合，以下是深海人工岛设计结构的一种构想。深海人工岛侧视图 深海人工岛俯视图此构想的灵感来源于钓鱼用具

43、的自重型浮标，该浮标为长筒型结构，投入水中利用浮标材质不均产生的重心偏差立于水面。上述的深海人工岛的设想原理也基于此，钢圆柱充水重心下移浮起，为海上岛面提供足够的支撑，考虑到岛体的稳定性，该岛深入大洋的深度约在50-100m左右，该深度的海流波长稳定，能量仅为海面波浪的1/3，能使之适应较恶劣的气候环境。此外，基础部分的下端设计为桁架，不仅为海流的通过提供了空间，而且将减低工程的造价。该种人工岛施工方法大致如下，在路域制造桁架钢桶，由拖船运抵指定海域注水下沉，尔后在进行海上岛面施工，原始平台完成后通过柔性连接将各个岛的单元组合，形成大面积的海上岛体结构。当然，深海人工岛只是在初步的设想中，在实

44、际的运用之前还需经过一系列科学严谨的理论、实验论证。第四章 人工岛施工技术的综合分析人工岛的施工不同于路域上的工程施工，也不同于一般的海堤、码头施工，在人工岛的施工过程中必须考虑包括经济、人员组织等多方面的因素，在具体的施工过程中也需要针对人工岛自身的特性（自然条件、施工设备等）采用相应的施工技术。接下来本文将着重对在人工岛施工中运用的技术进行综合性的分析。4.1 沉井式人工岛的施工技术沉井式人工岛的结构形式能够较好地适应不同水深条件、不同的环境气候、不同的海底地基土工状态的海域，其结构合理、施工方便、安全可靠、经济实用，目前已成为浅海人工岛的主流形式。针对沉井式人工岛的施工，有以下几部分。4

45、.1.1 沉井的施工 A 沉井的制造：沉井可整体或分段制造，两相比较,整体制造占用场地极大，且整体拖运、整体下沉都是一件比较困难的事，而分段制造和分段拖运相对要方便很多，在水上拼装后整体下沉，也要比前者优越，但分段制造要求各沉井对接接头设计合理，易接、易脱，使用绝对可靠。B 沉井的海上拖运：在影响沉井运动和受力的诸多因素中，拖速起主导作用，其次为波浪和水流。沉井在船台建造，然后把沉井由水上拖运到现场。鉴于人工岛沉井外形较大，且临近现场的水域水深较浅。沉井底部距水底的水深较小，为使沉井安全地拖运到目的地，要合理的选择拖航速度，以免发生沉井触底现象。 围堰用沉井运输 C 沉井的下沉：单个沉井的下沉

46、要采取相应措施，防止因某个沉井下沉后其座底被冲刷，而直接影响到邻近沉井的地基，使邻井发生偏移等质量事故。 D 沉井的整体拼装：整个人工岛沉井拼装成整体的方法，国外有经验介绍在沉井分段制造、现场拼装下沉后，用两条预应力钢缆束将各沉井捆在一起形成围壁。两条钢缆束由沉井内部穿过，沿环向分上下两层布置。钢缆的预应力由设于沉井膈舱内的液压千斤顶系统施加。在设计中我们不妨可以吸取上述经验，将沉井联成整体，保证所有的沉井结构拼装成一个整体，使之具有足够的整体性。从沉井的海上拖航以及下沉过程进行引申，我们将进一步分析在人工岛施工中经常运用到的海上拖航技术以及人工岛的均匀沉降技术。沉井式人工岛的施工4.1.2

47、海上拖航技术沉井式人工岛、围壁式人工岛和其他种类的人工岛在诸如沉井、箱筒等大结构构件的海上运输，无论国内还是国外按海上固定式平台来送行，其过程总是非常棘手。对一定形状的大浮体，在海上拖航本身就是一个较新的问题。这里将介绍两种新颖的拖航施工技术，气垫拖航技术与压气浮航技术。 A 气垫拖航：气垫技术的发展相对来说是比较快的，随着柔性围裙的出现和发展，进一步促进了垫升性的理论变化和发展。气垫技术的基本原理是利用布置在钢沉箱顶部的风机向气垫内吹送高压气体，当气垫内的压力达到一定值后，由此产生的上托力使得沉箱升离地面，达到一定的飞升高度，从而减小与地表的摩擦力，有效地减小拖航阻力。气垫拖航技术在人工岛的

48、应用:、拖航路线经过海滩潮间带浅海地带，且路途中无河道。、没有适当的水深（涨潮时）。、用诸如泥撬的设备拖航阻力太大，而采用气垫技术之后，拖航阻力大大减小，通过性能大幅度提高。 B 压气浮舱技术：压气浮舱技术是滩海地区大型构造的运移的一项新技术。它是气垫原理与水中拖航相结合的一项新工艺技术。压气浮舱在有一定水深的情况下，不仅具有气垫垫升拖航的浅水通过性能，还具有造价低。耗能少、对环境污染小等特点。压气浮舱技术其原理是用风机向钢制沉箱内充高压空气，使沉箱内腔内产生一定压力，这个压力作用于钢制沉箱的大顶结构上产生一个上托力，在上托力的作用下可使吃水线减少，以适应浅海地区的水深限制，并解决拖航阻力过大

49、的困难。人工岛压气浮航原理图 压气拖航技术应用于大型物件，水深不能满足要求的状况。除了上述的新技术手段，在拖航的过程中，我们要利用潮汐并尽量用浅吃水船舶来拖航，这样一来将大大降低拖航的时间与成本。 4.1.3 人工岛的均匀沉降技术分析 浅海地区工程地质条件对人工岛的施工建设影响较大，特别的在潮差大、风暴潮频繁的地区对人工岛岛体的稳定性对工程显得尤为重要。目前国内外对大型构筑物的促沉方法有：充水、下挖、自然下沉等，对于人工岛工程中应用的沉箱，有时也采用自内侧下挖与降水配合的方法，各类方法的适用性如下表：表四 各类沉降技术适用性表方法适用性费用情况难易程度对地基扰动冲水淤泥、粉土地基高高大下沉人及

50、设备能进入淤泥粉土或更硬的地基高高大自然下沉淤泥或较软的地基高低小通过比较与技术分析，人工岛均匀沉降技术采用的方式自然下沉较合适，自然下沉（重力下沉）方法，岛壁对原地基扰动小，因此地表层与岛体结构粘合性较好，能有效地封住外部海水的渗透，有利于均匀下沉，有利于保证内部干场作用。人工岛沉降技术的应用，人工岛沉箱拖航到位后，使岛壁靠自重下沉和加水，加载促沉。同时在岛壁沉箱内浇注水下不分散混凝土。由于重量的增加，使其进一步下沉。沉至设计位置后，打桩并与岛壁连接，然后浇注上部混凝土和回填岛心的填料。人工岛岛壁因某些原因影响，会造成沉降的不均匀性，因此在沉降过程中采取一定的纠斜措施。总体来说沉降技术的合理

51、利用对人工岛的施工来讲是经济、有效、简单的方法。4.2 离岸人工岛的施工 离岸人工岛的施工形式通常为先围堤后吹填，其工程根据设计要求，主要有以下的施工工序打桩、地基处理（铺排）、抛石、防护以及吹填。 4.2.1 打桩 打桩作为离岸人工岛的第一道施工工序，其目的是防冲刷保护岛壁基础。离岸人工岛的打桩有别于陆上的打桩工序。在离岸人工岛的建设过程中，桩柱不仅是作为基础，它是重要的主体结构，在离岸人工岛的施工中占有很重要的地位。 人工岛施工过程中所采用的桩一般在专设的预制场制作。预制场在安排生产计划时应根据用桩的先后顺序，分类提前安排生产，保证在打桩的过程中不会因为缺桩而导致作业停工。但也不宜过早提前

52、生产或制桩速度过快，只要在制桩总数上有一定的富余，以防止施工中因基桩损失而影响工程进度。待预制桩制成后，通过水上驳船装运至施工现场。在打桩前，对打桩地点作出精确测量，施工基线最好与工地控制网相衔接，以此建立坐标系统。 在具体的工程上选用何种的打桩方法，需要根据工程的地理位置、地形、水位、风浪、地质等自然条件，以及工程规模、机械设备、材料、动力供应情况，工期长短等进行详细的调查研究和技术经济比较来选定合适的打桩方法。离岸人工岛的桩基作业一般采用打桩船打桩。若海上施工地点风大浪高，打桩船有效作业时间很少，有条件时可以考虑采用海上自升式施工平台打桩，这样可以避免风浪的不利影响。 海上打桩 在打桩的过

53、程中应考虑到以下几方面。要考虑到所有的桩位都能施打，考虑到水位、水深和风、浪、流的影响，考虑到工程的分段，对土壤变形的影响，尽量减少对海底稳定的影响，尽量减少打桩船移架、改架、移锚的次数，考虑到施工水域船舶锚缆的布置。 打桩的手法：通过在振动锤下连接一定长度的桩，将桩打入泥面以下。为保证桩的质量，在船上可将桩锁好拼成35个一组，以减少水上锁口接头数量。打桩设备要具备一定抗风浪能力，一般宜选用2000吨以上的大型船舶。大型船舶在该区域风力达到67级时候仍可以择机施工，而1000吨左右船舶因其抗风浪能力和适应外海施工能力差等原因，像打桩这类需精确定位的工作在风力6级左右时已无法正常作业。为提高效率

54、，可组建双吊机打桩船(3000吨)的同时，双吊机船吊机可有120吨和65吨。双吊机船进场后很快发挥功能，120吨负责打桩，65吨负责拼桩，因120吨吊机作业半径达40m以上，移一次船可施工70根左右。双吊机船工作效率很高，最高日施工达100多根；为尽快提供铺排作业面，还采用航工桩七突击打桩，桩七因其打桩架固定，移动很不方便，对锁口、人土深度控制均存在一定缺陷，不如履带吊打桩效率高。 4.2.2 地基处理（铺排）在软土地上修建岛堤，需要进行基础处理，改善基础的剪切特性、改善压缩特性、改善透水性能、改善动力特性、改善特殊土的不良地基特性，最终以便基床能均匀地承受上部荷载的压力，满足工程设计的要求。地基处理的