造价低工期短的轻型长距离跨海智能永久铁路公路浮桥
一、技术领域
跨海大桥设计。
二、背景技术
建设跨海大桥，最重要难度最大的是建设桥墩，传统的设计需要在海底打桩基。
常采用“浮式沉井法”，将预制好的桩，由专业的打桩船将其打到特定的位置，然后等排完水后再往里面加灌钢筋混凝土，使桩基固定在水中，桩基打好之后还需要做的就是整体的承重和防腐考虑。
还有一种毛以升发明的“沉井施工法”，首先沉入一个圆柱桶，然后往桶里面加灌混凝土，当桶里的混凝土达到一定的重量，使这个圆柱桶自然下沉，然后稳固在海底。
建设跨海大桥的位置，往往海水深达30-100米，海底地质结构复杂，建设跨海大桥的施工难度和工程量很大，工期长，投资巨大，还要考虑对海洋生态环境影响。
三、发明内容
造价低工期短的轻型长距离跨海智能永久铁路公路浮桥，对建设跨海大桥的设计思路是根本性改变。
解决了最大的问题，不需要在海峡海床建设桥墩，大大降低建设跨海大桥施工难度和工程量，缩短工期，降低投资，对海峡生态环境影响小，绿色环保。
技术要点：
1、利用海水浮力建设浮岛，每个浮岛由海底生根不锈钢丝绳抓牢，浮岛由廉价耐腐蚀材料合成，浮岛上架设桥梁。
2、绑拉浮桥墩的海底生根不锈钢丝绳，利用相对成本较低的可移动自升式的海上石油钻井平台在海峡海床底钻专用井孔，每个孔包括垂直岩石井孔+水平井孔，套管内预埋不锈钢丝绳泥浆封筑。
3、为消减涨潮时浮岛上升力对不锈钢丝绳拉力过大，浮岛上栓不锈钢丝绳的设备为智能控制电动卷扬机。
4、智能陆地桥头栈桥与桥梁同步调节。
四、附图说明
附图1为桥梁示意图。
1、海底油井套管数量与海底生根不锈钢丝绳数量相同，本图仅画1根海底油井套管。
2、每座浮岛上，绑拉浮岛的海底生根不锈钢丝绳为左右两侧各六根，本图仅画了一侧6根。
3、在浮岛上端的钢桁梁桥下两侧再分别设置4根共8根海底生根的不锈钢丝绳，与绑拉浮岛的海底生根不锈钢丝绳同理，本图未画。
4、沿海峡宽度方向均匀设计布局N个浮岛，本图仅画了3座。
5、本图仅画了桥梁示意图。
五、具体实施方式
利用海水浮力建设浮岛，每个浮岛由海底生根不锈钢丝绳抓牢，浮岛可以由廉价耐腐蚀材料合成，浮岛上架设桥梁。附图
1、绑拉浮岛的海底生根不锈钢丝绳
(1)、沿海峡宽度方向均匀预设计布局N个浮桥墩，即浮岛。
(2)、利用相对成本较低的可移动自升式的海上石油钻井平台，在每处浮岛左右两侧下方的海床分别钻6个距离均匀对称的专用井孔DN140(井孔深度依据海水深度和海床淤泥厚度，例如琼州海峡深约100米)，井孔间距依据浮岛的大小确定。钻井孔的成本约占大桥总造价50％左右。
(3)、每个井孔在海床下面垂直深度分别为200米、220米、240米、230米、210米、190米深(具体深度依据淤泥厚度和岩石厚度，及需要产生的拉力，深度不同是为防止水平井互相交叉相碰)+岩石深处60米水平井(具体依据岩石性质及需要产生的拉力)，井孔内的石油套管DN140(通用5.5英寸)外壁用泥浆固井(常规做法)。
(4)、石油套管内预埋不锈钢丝绳并用泥浆封井密实，每股不锈钢丝绳为双股即预留一股，不锈钢丝绳同时设计监测断路回路，不锈钢丝绳用作绑拉浮岛，考虑采用316不锈钢丝绳，也可采用其它耐腐蚀且牢固的材质的绳索。
(5)、海床底至海面及至浮岛的绑拉不锈钢丝绳做好防腐和表面光滑处理，减少海水腐蚀和海生生物附着，并做警示标识，防止船只和海中生物碰撞。
(6)、不锈钢丝绳拉力设计要考虑浮岛能够抵御18级台风。
2、浮岛
(1)、海面上的每个浮岛由海底伸出海面的12根生根不锈钢丝绳在浮岛的左右两侧均匀分布通过智能电动卷扬机绷直抓牢，找正使浮岛在海面相对水平稳固。(后续详细说明解决海浪波流力和风的提升力)
(2)、浮岛由废旧轮胎粉末中空合成(或耐用中空聚乙烯塑料浮体、或封闭钢制浮舱外镀铬、或封闭铝青铜制浮舱)，浮岛的长宽高的设计以N个浮桥墩的浮力能够承载桥梁重量及其桥面负重及确保浮岛稳固为基本原则(例如长30m×宽20m×高，高出海面的高度根据桥梁高度和抵御台风确定)。浮岛设计必须耐海水腐蚀，并要定期检查防腐和表面光滑处理，减少海水腐蚀和海生生物附着，并做警示标识，防止船只和海中生物碰撞。
N个浮岛需要统一找正校位。
例如琼州海峡跨海大桥(海峡宽大约30km)，浮岛的大小设计考虑能够支撑双线铁路和双线6道公路，预计需要300座浮岛(具体需要计算)。
(3)、浮岛设计时要求确保浮岛水平稳固即四周上下受力均匀，长度和宽度设计要同时考虑便于架桥和减少海浪波流力的冲击，浮岛合成时要预留好均匀的12个不锈钢丝绳孔，不锈钢丝绳孔设计考虑正常运行检查维护，每股不锈钢丝绳设计电子监测断路回路。
(4)、为消减涨潮时，浮岛上升力对海底不锈钢丝绳拉力过大，浮岛上栓不锈钢丝绳的设备为智能控制电动卷扬机，根据涨潮落潮的数据相应自动调整不锈钢丝绳长度，涨潮落潮的经验数据需要提前试验收集，实际用于控制智能电动卷扬机的涨潮落潮数据按照实时测量数据五取三平均值，去掉最大值和最小值。
(5)、为防止电动卷扬机故障，需要设置联锁，当电动卷扬机出现故障时该台电动卷扬机自动松开不锈钢丝绳长度至涨潮时的长度。
(6)、为减少海面下的不锈钢丝绳意外断开的情形，不锈钢丝绳在浮岛上侧专门设计一节易断的不锈钢丝绳以便于更换。即不锈钢丝绳为3节：电动卷扬机控制的一节、易断的不锈钢丝绳一节、浮岛至海底至岩石内为一节，三节不锈钢丝绳用专用的卡扣链接，其中浮岛至海底至岩石内一节要设计防止浮岛上的一端掉落海里的措施，例如设计一个卡槽。
(7)、每座浮岛的12台电动卷扬机电机为一组同步控制，12台卷扬机直径相同，确保浮岛四周上下受力均匀。
(8)、N个浮岛的电动卷扬机同时控制，每座浮岛的电动卷扬机为一组，因距离海岸越远海浪越大，距离海岸越远电动卷扬机直径偏大点，需要具体计算，每座浮岛的卷扬机直径稍微不同。
(9)、浮岛之间间距为80-100米，具体间距需要根据架桥的浮桥墩间距和过船宽度确定)，距离海岸近的浮岛之间间距稍微偏小，距离海岸远的浮岛之间间距稍微偏大(需要过船)。
(10)、自陆地至海峡中间，桥梁高出海面高度为10-35米逐渐升高，例如海峡中间跨距最大的五座浮岛的四孔航道桥下面需要通过60万吨油轮。
为减少台风对浮岛的影响，考虑将浮岛高出海面高度8米(高于海浪)的以上高度由钢制框架制作。
(11)、每座浮岛四周刷鲜艳警戒色、设航标灯、设计智能电子视频识别监控和防撞自动提醒喊话喇叭和防撞报警系统。
(12)、为抵御强台风，确保高空中桥梁稳固，在浮岛上端的钢桁梁桥下两侧再分别设置4根共8根海底生根的不锈钢丝绳，同样生根在海床下面垂直深度分别为250米、270米、280米、260米深+岩石深处50米水平井，石油套管DN140，由8台电动卷扬机电机为一组同步控制，同时与浮岛的12台电动卷扬机电机为一组同步控制，即20台电动卷扬机电机为一组同步控制。
(13)、智能控制电动卷扬机的计算机系统为双系统，互为备用。
3、固定在浮岛上的支撑底板的顶面设计配对滑床
(1)、支撑底板永久性固定在浮岛上，即大桥的基地。
(2)、为有效消减相邻的浮岛在海上有限的漂浮偏差，固定在浮岛上的支撑底板的顶面设计配对有效滑动的钢制滑床，通过支撑底板的左右两排固定栓孔分别用不锈钢丝绳栓住上面的滑床，滑床在工字钢上可以有限左右滑动0-10mm，设计有润滑措施，并设计有加油放油换油孔及防水措施。滑床与支撑底板之间的不锈钢丝绳有效长度8mm，具体长度需要计算，不锈钢丝绳设计监测断路回路，钢丝需要定期更换。
(3)、在支撑底板的左右两侧设计限位槽及弹性垫，滑床的左右上下移动都限制在支撑底板的限位槽内，左右两侧弹性垫减弱滑床与支撑底板之间的水平碰撞，软性弹性垫需要定期检查更换。限位槽上设计透明耐日晒封闭保护壳，便于检查和防止异物进入，保护壳需要定期检查和更换。
(4)、钢结构桥柱固定在滑床上，钢桁梁桥架设在桥柱上(详见4、架桥)。
(5)、不锈钢丝绳拉力设计要考虑抵御18级台风。
4、架桥
(1)、架设有一定扭曲韧度的钢桁梁桥(或单层桥，或双层铁路公路两用桥)，钢桁梁桥下的桥柱为钢结构，以减少风力影响，钢结构桥柱固定在各浮岛上的滑床上。整座大桥设计为S型曲线，减少海浪波流力对大桥的冲击。
(2)、钢结构桥柱与滑床连接通过螺栓刚性连接，螺栓需要定期检查，也可以直接焊接代替螺栓减少桥梁重量。
(3)、钢桁梁桥的下部设计为半月型，以减少风的提升力。
铁路桥可以设计为钢结构。
公路桥可以设计为钢结构与砼结合，路面敷设沥青。
(4)、桥梁连接工作，尽量安排在冬季风浪较小的季节，以减少安装误差。
桥梁连接前，N个浮岛需要统一再次找正校位。
桥梁连接完成后，N个浮岛需要统一再次找正校位。
(5)、桥梁设计监测系统，监测桥梁的上下浮动和左右浮动。
(6)、桥梁可以是公铁两用，可以是铁路桥，也可以是公路桥。
铁路、公路预计时速可以达到80-100km/h。
(7)、钢桁梁桥、钢结构桥柱、以及钢制滑床，都要严格做好防腐处理，防止海上盐雾腐蚀。并要定期检查和防腐。
(8)、在不设计通轮船的桥梁区段下方，浮岛上方的左右两侧可以设计有较大扭曲韧度的人行通道，用于游人步行和桥梁维护人员巡检及小型维修车辆通行，高出海面高度8-10 米。
5、智能陆地桥头栈桥
(1)、位于桥梁两端连接的陆地栈桥长约50米(具体长度需要设计)，栈桥对接桥梁的端头设计为可以自动上下和左右调节，与桥梁的上下浮动及左右移动同步调节。
(2)、栈桥对接桥梁的端头的调节通过位于栈桥底下的液压支撑和滑动系统自动控制。液压支撑和滑动系统都是双系统，互为备用，并设计有监控系统。栈桥位于陆地上。
(3)、同步调节是通过探头探测栈桥对接桥梁的端头与桥梁坐标位置的差值参数，与桥梁的浮动同步调节，通过计算机同步控制随时保持栈桥对接桥梁的端头与桥梁的上下左右对齐。计算机为双系统，互为备用。
(4)、栈桥对接陆地的端头随栈桥摆动仅角度稍有变化，此端头支撑可以设计为半球状，如同一个活动关节，并设计有润滑措施，关节窝牢固固定在砼结构上，关节窝设计有加油放油换油孔，活动关节设计有防尘防水措施和监控设施，栈桥对接陆地的端头也可以采用其它方式。
6、设计安全可靠性保障
(1)、桥梁牢固性和寿命需要通过具体的设计核算，安全评价通过才可实施，主要风险是海浪波流力、台风，桥梁寿命按照100年设计。
(2)、设计按照抵御18级台风设计。
交通安全禁止通行情况：5米高以上的海浪浪涌、8级以上的大风台风。
(3)、桥梁的外界供电电源要求为双电源。
在桥梁两端桥头要设计自备应急发电机。
7、考虑千年大计
为千年大计，大桥旁需要设计预留每100年交替新建大桥位置，及设计与陆地道路的交替相接，陆地道路位置按照千年不变考虑。
8、核心技术
(1)、利用海水浮力建设浮岛，每个浮岛由海底生根不锈钢丝绳抓牢，浮岛可以由廉价耐腐蚀材料合成，浮岛上架设桥梁，不需要在海峡海床建设桥墩，大大降低建设跨海大桥的施工难度和工程量，缩短工期，降低投资，对海峡生态环境影响小，绿色环保。
(2)、绑拉浮桥墩的海底生根不锈钢丝绳，利用相对成本较低的可移动自升式的海上石油钻井平台在海峡海床底钻专用井孔，每个孔包括垂直岩石井孔+水平井孔，套管内预埋不锈钢丝绳泥浆封筑，井孔深度仅300米左右相对于上千米几千米深度的油井成本低很多。
(3)、为消减涨潮时浮岛上升力对不锈钢丝绳拉力过大，浮岛上栓不锈钢丝绳的设备为智能控制电动卷扬机，根据涨潮落潮的数据相应同步自动调整不锈钢丝绳长度。
每座浮岛的20台电动卷扬机电机为一组同步控制，N个浮岛的全部电动卷扬机同时控制。
(4)、为有效消减相邻的浮岛在海上有限的漂浮偏差，固定在浮岛上的支撑底板的顶面设计配对有效滑动的钢制滑床，通过支撑底板的左右两排固定栓孔分别用不锈钢丝绳栓住上面的滑床，滑床在工字钢上可以有限左右滑动0-10mm，并设计有润滑措施，滑床与支撑底板之间的不锈钢丝绳有效长度8mm，具体长度需要计算。
(5)、在支撑底板的左右两侧设计限位槽及弹性垫，滑床的左右上下移动都限制在支撑底板的限位槽内，左右两侧弹性垫减弱滑床与支撑底板之间的水平碰撞。限位槽上设计透明耐日晒封闭保护壳，便于检查和防止异物进入。
(6)、钢结构桥柱固定在滑床上，钢桁梁桥架设在桥柱上。
(7)、钢桁梁桥的下部设计为半月型，以减少风的提升力。
(8)、智能陆地桥头栈桥与桥梁同步调节，栈桥对接桥梁的端头设计为可以自动上下和左右调节，与桥梁的上下浮动及左右移动同步调节，栈桥对接桥梁的端头的调节通过底下的液压支撑和滑动系统自动控制，同步调节是通过探头探测栈桥对接桥梁的端头与桥梁坐标位置的差值参数，与桥梁的浮动同步调节，通过计算机同步控制随时保持栈桥对接桥梁的端头与桥梁的上下左右对齐。
(9)、栈桥对接陆地的端头随栈桥摆动仅角度稍有变化，此端头支撑可以设计为半球状，如同一个活动关节，并设计有润滑措施，关节窝牢固固定在砼结构上，关节窝设计有加油放油换油孔，活动关节设计有防尘防水措施和监控设施，栈桥对接陆地的端头也可以采用其它方式。
(10)、此技术方案也适用于港口建设深水码头，及适用于常年不断流的大江大河上建设大桥。
9、优点
(1)、造价低，大大降低建设跨海大桥施工难度和工程量。
(2)、工期短：预计建设跨海大桥2-3年左右。
(3)、可工厂化模块化流水线生产，例如浮岛、支撑底板、滑床、钢结构桥柱、钢桁梁桥、智能电动卷扬机、栈桥等。-
(4)、智能监控、安全可控。
(5)、对海峡生态环境影响小，绿色环保。
(6)、有利于加快海洋强国建设。
