揭秘工程師如何建造水下建築

許多工人正頂着洶湧的海流拼命施工,只爲建成這座水下橋墩。 你能看出施工總工程師在這兒犯的錯嗎? 這個錯誤會導致災難性的後果。 歡迎來到土木工程最難的挑戰——水下施工。 別看它叫水下施工,如今工程師建水下結構時,其實會徹底避開水。 如果要把施工區域裏的水排出去,你首先得修建一道臨時壩,這就叫圍堰。 直接在水下作業顯然不現實。 那麼,下一個問題是,怎樣在水下建起圍堰? 第一步就是用打樁錘把這些導向樁打設好。 這些導樁會爲圍堰施工提供定位引導。 接着,工人會用同一臺機器把許多鋼板樁打入土中。 這些鋼板樁截面兩端都有互鎖接頭,這種巧妙的互鎖結構能把滲水降到最低。 這些鋼板樁會被打進海牀,直到碰到基岩。 打樁順序是從腳部向中心推進,這樣就能保持對齊。 你有沒有發現這臺打樁錘有什麼特別? 它可不是單純把鋼板樁往下壓。 你很容易想象硬把鋼板樁壓進土裏會怎樣。 要打進土裏,機器靠的是振動。 仔細看,就能看到這些細微而快速的振動。 這臺機器的特別之處在於它有兩個反向旋轉的偏心配重。 這些配重的作用就是讓機器產生振動。 這種看起來表面平坦的船叫做泊船,專門用來運送施工現場需要的機械和部件。 現在我們可以進入工程的關鍵階段,抽乾維燕裏的水。 不過在開展這些工作前,工程時還得完成一項大任務。 進入抽水階段前,先看看這項任務是什麼。 項目工程師得先對維燕擬件位置的土層做一次詳細的沿途勘察。 他們選定場地時,要確保地基能承受永久結構的鶴載。 測量土體強度最常用的是一種原味試驗,叫圓錐灌入試驗。 你可以看到,圓錐灌入試驗裝置是怎麼固定在海牀上的。 裝置的錐形尖端會鑽入土層,傳感器回傳摩擦力和土壤阻力數據。 它們會繼續向下灌入,直到觸及基岩。 可以看到,一碰到基岩,阻力值就會猛地升高。 有了這個簡便測試,工程師就知道鋼板樁要打多深。 鋼板樁得打到基岩。 現在回到工程現場,開始往外抽水。 隨着水位下降,你會發現鋼板樁之間開始滲水。 這是水壓差導致的。 單層板樁撐不住了,所以得做成雙層。 兩道板樁牆之間的空隙通常會填入沙、礫石或碎巖等顆粒材料。 這種雙層圍焰能有效防止鋼板樁之間滲水。 現在把圍焰裏的水全抽掉。 還好,沒有明顯漏水。 糟了! 怎麼回事? 整個圍焰向內塌了。 在此之前,圍焰兩邊都有水。 水壓對它產生的作用力正好相互抵消。 原因其實很容易理解, 但當這部分水被排走後就會產生巨大的向內作用力把圍焰摧毀。 爲了防止板樁向內發生坍塌, 可以沿着板樁的一側搭設一套支撐框架結構。 這個支撐框架系統主要由圍嶺、橫撐和斜撐等構件組成。 這些圍嶺和橫撐之間用螺栓連接如圖所示。 這些水平構件稱爲橫撐, 它們的作用是提供側向支撐, 抵抗圍焰強體向內移動。 現在圍焰特別堅固, 而且已經打到基岩了。 現在把水抽乾吧, 你能猜到接下來會發生什麼嗎? 我在這做了一個圍焰, 一個小小的可可愛愛的圍焰, 是不是? 現在看看, 把圍焰裏的水抽掉, 會發生什麼? 我正在抽水, 看到了嗎? 漂亮的U形, 水粒子在圍焰下方沿U形路徑流動, 這是水壓差造成的。 同樣的情況也會在我們的圍焰裏面發生, 類似於實驗那樣, 我們的圍焰也滲水了。 要想防止水滲進來, 技術上很難做到, 所以我們就持續不斷地把這些滲水抽出去。 把硬地層上方的土挖掉, 再在硬地層上澆混凝土, 水下工程就算完成一半了, 這就叫混凝土封底技術。 這層封底混凝土也能作爲堅固的基礎, 防止任何滲漏。 來看看具體怎麼做。 通常用哈殼式抓鬥把圍焰裏的土清出來, 這些抓鬥由挖掘機操控, 哈殼鬥這樣運作看着挺酷吧? 你知道下一步吧, 混凝土封底。 爲了確保混凝土封底層與基岩牢牢結合, 我們還需要幾根深入基岩的樁, 震動錘又派上用場了。 它把幾根空心鋼管打進基岩裏, 再用螺旋鑽機清除這個圓筒裏的硬眼。 現在把鋼筋放進孔洞裏, 再澆注混凝土。 樁做好後, 就能在上方澆注封底混凝土。 由於這個基底一直有滲水, 封底混凝土要用導管法澆注, 包括一個料斗和一根分節長管。 專用水泥和異性很高, 用來澆注地面。 在特雷米導管底部會裝一個厚堵頭, 防止水進入管內。 過一會兒猛地把這根導管往上一提, 混凝土就會向下灌出, 底部塞子也隨之脫落。 在整個灌注過程中, 灌注導管的出料端會始終保持在混凝土裏面。 這樣正在澆入的混凝土 就不太容易和周圍滲進來的水混在一起。 現在混凝土封底層已經做好, 可以進行剩下的施工了。 這道結構能優效阻斷滲水。 工人們佈設高質量鋼筋骨架 用來建造橋墩基礎樁身。 由於橋墩結構將長期浸在水中, 工程師必須確保施工所用材料都達到最高質量。 這些材料必須扛住水壓, 也要承受橋樑喝載。 隨着橋墩封底骨架施工推進, 隨後安排向結構內澆注混凝土。 混凝土全部澆進骨架後, 結構要靜置不動, 逐漸達到強度。 通常,橋墩需要14到28天才能達到最終強度。 等橋墩達到足夠強度, 圍焰就沒用了, 還很礙眼, 所以工程師會把它拆掉。 不過如果拆除混凝土封底層以下的圍焰, 就容易影響整個結構的強度。 所以工程師就在這個高度切斷鋼板樁。 就是它! 這座堅固的橋墩已經能承托起沉重的大橋。 未經許可,不得翻唱或使用