杜拜面向波斯灣,是杜拜酋長國的首都。杜拜酋長國是阿拉伯聯合大公國的七個酋長國之一。因為害怕石油儲量用完,杜拜決定通過建設一系列的人工島來發展旅遊業與房地產業。目前,已經完成填海造地工程的人工島有:朱美拉棕櫚島、傑貝阿里棕櫚島和世界島。
人們來到杜拜,對這些人工島讚不絕口。雖然從工程技術的視角看,這些人工島的建設體現了當今世界填海造地技術的先進水平。設計者與施工者需要考慮風浪、海岸侵蝕、海洋環境、地震、建築材料、施工組織等因素,但中國人也完全有能力建設這些島。下面,筆者重點介紹下朱美拉棕櫚島填海造地的建設情況以供大家參考比較。
朱美拉棕櫚島深入波斯灣5.5公裡,由周邊一圈新月形人工島和被其包圍的像棕櫚樹的人工島組成。新月形島由外圍的防波堤和海沙吹填區組成,棕櫚樹形島則完全由海沙吹填而成,一共用了約900萬噸的石料和1.05億立方米的海沙。
杜拜的潮汐類型屬正規半日潮,潮差沿海岸變化不大。設計者從傑貝阿里港取來潮位觀測資料並進行了計算。另外,杜拜海岸一年四季受夏馬風的影響。夏馬風是來自土耳其和伊拉克的山脈和沙烏地阿拉伯高原吹來的強風,一般春季到夏季最強烈。如果大家來到杜拜,有可能碰到夏馬風引起的沙塵暴!
下圖展示了新月形人工島西北側的防波堤的一個設計斷面,這個斷面代表了受波浪衝擊最嚴重段。設計者將整個防波堤被設計成斜坡式。根據潮位和波浪爬高計算結果,防波堤堤頂設計為平均海平面以上4米(這個高程引起了杜拜人的不滿,因為他們覺得破壞了海景。後來「世界島」的防波堤改變了堤身結構,使堤頂降到了3米)。
最外側護坡結構直接面對波浪衝擊,設計者對護坡塊石的單塊重量提出了4200公斤至5400公斤的要求。當然這些塊石可以換成預製的混凝土塊,但杜拜人要求用天然材料。護坡下的墊層石的單塊重量為640公斤至800公斤。堤心由耙吸式挖泥船的泥倉開底傾倒的海沙和單塊重量為40公斤至120公斤的石頭組成。支承稜體採用單塊重量為2200公斤到2700公斤的石頭。在被防波堤保護的內側則由海沙吹填出一塊陸地,以便在上面建造房屋及市政設施。
另外,為使棕櫚島內部的水環境得到改善,設計者將新月形島的東西兩側切了2個100米寬,3米深的「口子」,這樣內部海水在15天內更換一遍。
施工方在2001年8月開始施工。為加快進度,新月形島和內部棕櫚樹形島是同時施工的。施工方共使用了7艘耙吸式挖泥船、4艘絞吸式挖泥船和9艘拋石駁船。石料從杜拜的16個採石場採購,用運輸車每天向駁船運送約40噸巖石,然後駁船將石料運至防波堤。由於開採的石料形狀不一,施工方需要根據石料情況將石料分組,由起重機逐塊擺放以使其穩固,潛水員每天下水檢查以確保沒有移動。
吹填需要的沙取自離岸約6海裡的海底的中沙(指平均粒徑為0.5至0.25mm的沙)。杜拜沙漠裡的沙由於太細,如用作填築人工島的材料,在海浪的作用下將處於懸浮狀態,離開海岸到深水中去。施工方吹填海沙時採用了「艏吹」的施工工藝,由於噴出的沙水混合物狀似彩虹,外國人也叫它彩虹作業。
吹填好的沙由於含水量高,承載力小,但是工期緊又不能等待它自然固結(指吹填沙在自身重力作用下,裡面的水緩慢地排出,體積逐漸減小的過程)。另外,杜拜地處地中海-喜馬拉雅山地震帶上,地震引起的沙土液化將使地面沉降,地下沙土噴湧而出造成地面建築物破壞的現象。因此,施工方還需要進行地基處理。採用的處理方法叫振衝密實法,利用振動器插入沙中使沙由松變密。
從上述的設計及施工情況來看,中國人完全有能力完成這項工程。比如大家熱議的南海島礁吹填工程的難度已經超過杜拜人工島的難度。在土木工程領域,中國人早已跨入世界先進行列。