一种海洋建筑构造及其构造方法与流程

1.本发明涉及人造表面的构造，更具体地说，本发明涉及人造表面的海上构造，甚至更具体地说，本发明涉及大规模水上人造表面的构造。


背景技术：

2.随着城市、国家和经济的扩张，对土地的需求也在增长。几十年来，由于水体的存在，人类文明发展了许多扩大陆地表面的技术和方法，尤其是通过向海洋扩张。
3.此类海上建设包括人工岛、半岛、(顺岸式)码头、(堤岸式)码头和其他港口结构，以及住宅、农业、交通和基础设施工厂。
4.在这种扩张中使用了两个基本概念(半岛、岛屿等)。一种是基于浮动表面的填海，另一种是基于填充材料填充海洋区域的填海。每个概念都有其缺点，下文将简要介绍。
5.海洋人工表面还可以通过在高出海水的地方建造大型混凝土平台的方法建造，目的是限制波浪漫顶(以利于操作)。平台可以由梁和板组成，必须由打入海底的大直径管桩支撑。
6.现有的土地复垦方法可以基于不同类型的填土材料、地基土、海底地形、可用的设备以及适合填海的材料而有多种类型。
7.由于波浪、洋流和风的作用，填海可能会导致填料的巨大损失。因此，有时在拟定填海区周围形成边界后，在保护区内进行填海。这样，波浪和水流作用造成的损失可以最小化。然而，这种类型的填海需要一个出口，以便水和细料溢出，否则，泥浆可能会被困在边界的角落或附近。
8.由不同类型的海上防波堤保护的填海造地是通过用大量填砂材料取代海水，在海上创造新陆地的常见方式。砂应是：a)可通过在项目b附近的疏浚)从工程的角度来看，适用于坚实的基础(的需要)，c)环保。在需要从取土坑附近疏浚的砂土稀缺的国家和/或砂土供应量对严重海岸侵蚀和环境有重大负面影响的国家，本领域需要一种不同且更可接受的解决方案。
9.土地复垦概念的一些缺陷源于填充材料的松散性，这可能会限制施工区域稳定铺面的可能性，或限制其允许的装载用途。
10.当然，主要不足是缺乏(可取用的)填料，尤其是沙子，而且在施工现场附近使用填料时，对生态效应和其本身产生不利影响。
11.有很多试图解决这些缺点的尝试，但没有一个取得重要成果。
12.us4397587a描述了一种人工岛，该人工岛通过在底部建筑场地上沉积沙子、粘土等材料，并通过提供由位于建筑场地上的分支、相对间隔的构件形成的抑制手段来建造，以降低沙子，沿着海底的粘土或类似物等材料的丰裕度。
13.如前所述，也有人试图通过浮岛在水体上建造表面。
14.us5421282a公开了一种人工浮岛。该岛包括由多个空心岛模块形成的浮动结构。每个模块可以有一个平台和侧壁，用于收集空气并为浮动结构提供浮力。模块还包括多个
较短的加强肋，以提供额外的强度和安全性。相邻的岛模块可通过铰链机构连接，形成浮动人工岛。空气供给机构可以连接到相邻岛模块的侧面，以补充中空内部的空气。
15.us4007598：一个人工岛，包括至少一个模块化的直立支撑柱，其基座部分通常位于海底，一个由位于水面上方操作位置的柱支撑的平台，一个或多个浮子在充满空气时具有足够的浮力，以将平台保持在其工作位置，并通过将平台、浮子和柱模块漂浮在水面上至所需位置，组装引导浮子在与平台啮合的位置和靠近海底的位置之间的导缆，将立柱放入水中，直到其底部与海底接合，在浮标至少部分浸没和浸没时，以固定的空间关系将浮标固定在平台上，通过压缩空气将浮标中的水排出，从而升高平台，将升高的平台固定在操作位置的立柱上，并释放浮子。当平台仍漂浮在水面上时，可在所选位置从基座部分和模块化部分顺序固定到平台上组装立柱。
16.在浮式或海平面的概念中，浮式或海平面同时受到主要由波浪、潮汐、风和洋流等环境荷载引起的水平力和垂直力，以及由储存、交通、重型设备、压载水和热源荷载、施工阶段、影响、地震等引起的荷载。
17.所有上述方法的主要缺点是，它们不能提供稳定和平衡的海洋(海中)表面，允许大规模表面以及大量可观的和多用途的负载，并且不需要大量填充材料。
18.可以说，获取填充材料的问题变得越来越关键，有适当结果(产出)所需的(填充材料)数量是巨大的。例如，在日本海岸附近修建关西机场岛是一项中等复杂的工程。约1.8亿立方米填海填料用于建造1.9平方英里的第一岛，约2.5亿立方米填海填料用于建造2.1平方英里的第二岛。
19.说明书
20.发明概述
21.本发明的目的是提供一种海上施工方法。所说的海洋建筑是基于外部周边和内部区域。
22.本发明的另一个目的是提供一种海洋施工方法，该方法包括海床上的构件和浮动构件。
23.本发明还有一个目的是提供一种海上结构，该结构能够部署在离海岸不同距离、不同性质的海床上，并且能够执行不同的任务和目的地，包括但不限于：机场、住宅、陆军基地、发电站、港口、码头，其他基础设施等及其任何组合。
24.本发明的海洋结构包括固定元件，这些固定元件位于所述海洋结构的限定周长上。上述固定元件位于海床上。
25.本发明的海洋结构物还包括浮动元件。所述浮式构件将被放置在所述海洋结构物的内部区域，由所述外部周长定义。
附图说明
26.本文仅以示例的方式，参考附图描述本发明的一些实施例。现在具体参考附图，需要强调的是，所示的细节是作为示例并用于本发明实施例的说明性讨论。在这方面，附图中的描述使本领域技术人员清楚地知道如何实施本发明的实施例。
27.图1是根据本发明的海洋水体(10)和陆地(22)以及相关海岸线(20)和示意性人工半岛(32)和岛屿(34)的俯视图。人工半岛和人工岛的外周长为42/44，包括固定构件，内周
长为62/64，包括浮动构件。岛上有一条与大陆(22)相连的通道(24)，可以是任何种类的(比如：桥梁、堤岸、漂浮物等)
28.图2描绘了根据本发明的一些实施例的海洋构造的横截面。
29.固定构件420是一个由沉箱制成的防波堤，位于海床(26)上，顶部有一个防护墙延伸段424。固定元件422是一个建在海床上的沉箱。浮动元件(62)通过锁紧系统装置相互连接，锁紧系统装置包括特殊接头(70)，外部浮动元件具有挡泥板(72)，并耦合或放置在外部固定元件附近。固定和浮动元件的上表面由坡道(74)进一步连接，以允许行人或运输车辆流畅移动。海平面为(12)，其图示显示漂浮物部分位于其上方。系泊系统固定浮式元件，浮式元件包括悬挂在海底链(80)、沉锤(82)或锚上的浮式元件。在本实施例中，结构载荷为90，但表面的用途可以多样且不受限制。
30.图3是根据本发明的一些实施例的浮动元件(62)的纵截面，图3a是其横截面。本发明的浮动元件(62)包括内部单元，并且可以选择性地将内部空间用于基础设施，例如管道、公用设施导管或通用设施。
31.图4描绘了根据本发明一些实施例的浮动元件的横截面，该浮动元件耦合并安装在一侧的另一浮动元件上，并通过挡泥板连接到另一侧的基于固定桩的平台上。
32.(本发明)详细说明
33.一般可以理解的是:(按)之前用于在海水区域获得类似陆地表面的技术，海上施工方法分为两种：第一种是填充，而另一种是基于浮动表面。
34.基于填充的现有技术方法通常具有一种外部固定限定元件的特征，以向填充材料区域提供强度和稳定性，而基于浮动元件的方法通常缺少此类(外部固定)元件。
35.本发明的新颖性在于将外部周边固定和稳定元件与内部区域浮动元件相结合。
36.如下文所述，所述组合克服了所有先前技术方法和技术的缺点。
37.本发明的海洋结构物的外部周长包括位于海床上的固定元件，该固定元件位于海洋结构物的限定周长上。所述固定构件可以是防波堤、桩管结构、沉箱、板桩墙或任何其他构件，其特征在于位于海洋底部或另一水体上，并通过适当的方式固定在固定位置。
38.本领域技术人员可理解，所述固定装置来源于固定元件的性质，可以包括但不限于自重、驱动基础或固定装置的任何组合。
39.对于板桩墙或桩式结构，需要打入构件。防波堤由自重构件制成，沉箱可与各种尺寸的岩石或任何其他基底组合。
40.需要注意的是，所述固定元件的设计高度至少与水面的最高高度相同。
41.所述固定构件可特别作为建筑的一部分制作，或使用现有固定构件，如现有防波堤、码头、现有海岸线、码头或几种不同类型构件的任何其他组合。
42.所述固定元件可以由几种不同类型的元件组合而成。例如，半岛设计用作港口中的扩展货物平台，并建造用于扩展现有港口表面。施工可将现有平台侧壁用作一边的固定构件，将现有防波堤用作另一边，将特制沉箱式防波堤用作另一边，并在另一边使用板桩墙。
43.在优选实施例中，所述固定元件外部区域形成封闭的内部区域，以防止快速和主要的水流动，然而在其他实施例中，所述固定元件之间允许有间隙。缺口可能会按顺序或偶尔因多种原因而扩大，如施工难度、潮汐、波浪、水流、尺寸、成本计算或任何其他原因。
44.在本发明的优选实施例中，防水元件由至少一个沉箱制成。至少有一个沉箱可以放在海床上，最好放在碎石堆层的顶部。
45.本发明的海洋结构物的内部区域被设计为其主要表面积。内部区域包括至少一个浮动元件，设计为位于所述固定元件之间。所述至少一个浮动元件是在任何已知物质中设计的。本领域技术人员可理解，例如，根据大型驳船建造中使用的知识：所述至少一个浮动元件可以是任何大型平板平台。
46.在本发明的优选实施例中，所述至少一个浮动元件包括上表面，所述上表面是用作土地的表面。它还包括底面和侧壁，安装在所述上下表面之间，在其中形成空间。所述侧壁可以被组织成不同的形状和位置，以便在所述侧壁和所述上下表面之间产生至少一个电池容量，但优选多个电池容量。所述电池用于获得所述至少一个浮动元件的浮力。
47.所述至少一个浮式构件的建造应考虑到所述海洋结构物的预期总面积，以及构件建造位置和从所述位置到实际建造区域的过渡所产生的限制。
48.所述至少一个浮动元件应配备水平和浮力控制模块。所述模块可以通过任何合适的已知方法进行设计。在本发明的优选实施例中，水平和浮力模块被设计为将水泵送至漂浮元件的所述上表面和下表面之间形成的所有或选定的单元。
49.所述水平天平和浮力控制模块可对每个浮动元件独立操作，或对所有或选定的一组浮动元件进行集中操作。本领域技术人员可理解：任何合适的原理都可用于操作水平和浮力控制模块。所述模块可以基于机械检测和操作、数字传感和计算机控制或任何组合，以保持平坦稳定的表面。所述模块设计用于承受所有力，包括负载差或水、风和温度隐含力。
50.优选将所述至少一个浮动元件构造为尽可能大，以最小化对现场复杂和硬条件相邻程序的需求。
51.在本发明的优选实施例中，所述至少一个浮动元件由钢筋混凝土制成，在其他实施例中，其可由钢或任何其他合适的材料或复合材料制成。必要时，浮动元件应进行防腐保护。
52.本领域技术人员可理解，浮动元件的施工应根据波浪、潮汐、风和洋流产生的环境荷载、储存、交通、重型设备、压载水和热源荷载、施工阶段、影响、地震等产生的垂直荷载进行。
53.所述至少一个浮动元件被设计成彼此相邻且与相邻的固定元件对齐。
54.所述至少一个浮动元件可以通过本领域已知的用于安装浮动平台、码头驳船或其他浮动表面的任何可接受的已知技术相互耦合或相互安装。这种安装可以使用剪切键和接头完成。
55.所述至少一个内部区域浮动元件连接到外部区域的相邻固定元件。所述连接可以以与浮动元件之间相同的方式完成，或者通过在浮动元件和固定元件之间放置挡泥板来完成。
56.在本发明的优选实施例中，外部周长和内部区域由顶面覆盖。所述(顶)表面可以是沥青、混凝土或任何其他材料。在其他实施例中，所述海洋结构的上表面可以是所述浮动和固定元件的组成部分。为了在建筑的外部周长和内部区域之间保持连续表面，可以将坡道(最好是钢制坡道)安装到一个构件的边缘，并铺设在耦合构件的边缘上，以形成连续的上表面。
57.在本发明的优选实施例中，浮动元件的高度应为8-15米，但应理解，所述高度由特定海洋结构的总体要求确定。
58.本发明的外部周边固定元件可以从任何已知元件中选择，例如岩石、混凝土护面、沉箱、板桩、桩或其任何组合。固定元件应通过自重、从动构件或任何其他方式建立在海床上，以确保它们不会受到海洋环境、潮汐、波浪、风等施加的任何力的影响。
59.在本发明的优选实施例中，至少靠近公海(远离海岸线)的边缘由完整的防波堤构成，以防止水运动影响所述漂浮物下方的内部区域。
60.在本发明的一些实施例中，所述至少一个固定元件的外部区域完全或部分基于现有的固定元件。
61.在本发明的一些实施例中，固定元件分布在海洋结构的整个周界，形成一个封闭区域，而在其他实施例中，根据周围环境的要求和所述结构的应用，所述周界仅部分封闭。
62.在本发明的一些实施例中，所述至少一个浮动元件通过各自连接到系泊构件的缆绳或链条进一步系泊到海床上。所述系泊构件可以是沉锤、锚或驱动元件。
63.本领域技术人员可理解，本文描述的实施例只是示例，不受绑定限制。本发明的海上构造和构造方法包括以不同的顺序和方式放置浮动构件和固定构件，以及预先存在或新放置的不同类型的构件。