建设人工岛应该采取何种方式？传统的方式是海中选址围堰，抛石成堤，然后抽干堰内积水，筑建成岛，但这样会对港珠澳大桥附近水域的白海豚造成危害并影响这条繁忙水道的航行；采取新型的挤密砂桩技术开展筑建，在海上大型人工岛成岛中却没有先例。我校学者马险峰在“外海厚软基桥隧转换人工岛设计与施工关键技术”课题中展开挤密砂桩的试验研究开创了工程领域的先例——
港珠澳大桥人工岛现在已经成为海底隧道、桥梁架设工人的海上营地，东、西岛上常年驻扎的工程技术人员超过千名。“有了这两处营地，我们桥隧施工、管理就顺畅多了。”港珠澳大桥岛隧项目部综合事务部负责人介绍，人工岛的顺利成型离不开“外海厚软基桥隧转换人工岛设计与施工关键技术”课题的支撑，这项重大课题中就有同济马险峰老师“海上挤密砂桩（SCP）地基处理关键技术”的功劳。
港珠澳大桥全长35.6公里，是世界最长的跨海大桥，预计2016年建成。大桥采用桥隧组合设计方案。因为大桥必经的伶仃西、铜鼓主航道区，来往船只数量大、吨位高，必须采用隧道方案。这样一来，桥隧要实现顺利转换，就得在海中填筑东、西两个隧道人工岛，中间（即主航道处）用长约6公里的海底隧道连接。
东西人工岛长度均为625米，最宽处分别为183、225米，采用蚝贝外型。据介绍，岛隧工程是大桥建设中施工环境最复杂、技术难度最大、协调管理最具挑战性的关键工程。岛体采用主格及副格仓围闭，其中主格采用钢圆筒结构，副格采用直线型钢板桩结构。钢圆筒加工建造在上海振华重工长兴岛基地完成。每只钢筒直径22米、高度40米左右，最高的钢筒超过50米，每只钢筒重约500吨。它们将在茫茫大海上被插入软土层，入泥超过20米，顶部高出水面约6米；钢筒内填沙以置换挤出淤泥。总计60个左右的钢筒围成一圈，就构成人工岛的挡水墙。施工人员就可以在围成的岛上开展桥隧施工了。
为何要采用海上人工岛方案？
港珠澳大桥穿过繁忙的航道时得改为走海底的隧道，桥隧转换就需要人工岛纽结，而建设人工岛采用钢筒围合可以避免大挖大埋污染环境，经过专家组论证，这种方法还可减小对航道通航的影响，对保护海域内的白海豚意义重要。同时，围合的钢筒结构可以保证彻底止水，岛上主体施工由水上作业转为“陆上”作业；此外，采用圆钢筒成岛还可大大缩短工期，“如果使用常规技术，建这样的两个人工岛起码要一年半，而采用圆钢筒成岛，东西人工岛成岛仅用了7个月”。
国内首次采用这种钢筒围合式人工岛可行吗？我校土木学院马险峰介绍，为了工程的顺利进行，中交第三航务工程局和我校共同申请了国家科技支撑计划课题“外海厚软基桥隧转换人工岛设计与施工关键技术”，这种采用钢筒围合方式形成的人工岛，其关键就是钢筒打入淤泥并深入至20余米后其围合的地基如何加固，同时如何解决异常软弱的海底地基的稳定和沉降问题。为解决这一方法带来的一系列问题和挑战，我们在大课题中承担了“海上挤密砂桩地基处理关键技术”子课题，“主要研究任务是要得出挤密砂桩复合地基在加载之后的砂桩荷载与位移变化关系、桩土应力分配以及砂桩周围孔隙水压力的变化规律，以确定影响挤密砂桩复合地基承载力和变形的关键因素”。
何谓挤密砂桩？挤密砂桩就是利用振动锤将套管振动打入至规定土深，向套管内投入砂子，通过套管的反复起拔和下压并施以振动，使砂子被振压密实，从而形成砂桩。由于砂桩的置入挤密了砂桩周围较为软弱的土层，砂桩与挤密过的软弱土层共同作用形成复合地基，从而增大地基的强度，提高地基承载力，防止地基发生滑动破坏等。“人工岛所在的地区属于深厚淤泥层，挤密砂桩的打入过程中，可使桩的挤密和施工中的振动作用使桩周围的土体密实度增大，从而使地基承载力提高。”马险峰说，对挤密砂桩而言，无论采用锤击法还是振动法，由于在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管体内的砂挤向桩管周围的砂层，使桩管周围的砂层孔隙比减小，密实度增大，其有效挤密范围可达2-3倍桩径；挤密砂桩的振密效果同样显著，桩管进入土层过程中，四周的土体受到挤压，同时桩管的振动能量以波的形式在土体中传播，引起四周土体的振动。在挤密和振动的作用下土的结构逐渐破坏，土颗粒重新进行排列并向外围移动，于是钢筒周围的土便由松散变为密实状态，据测算，挤密砂桩的有效振密范围可达3-4.5倍桩径，振密作用比挤密作用更为显著。
“在总结国内外同行们此类工作的基础上，我们采用离心模型试验配合理论公式计算以模拟真实的工况。”马险峰介绍，离心模型试验对不同工况下的挤密砂桩复合地基进行模拟和分析；仿照实际施工过程，开发出了一套在室内试验环境下的挤密砂桩制备设备；加载过程采用二维可编程控制机械手，在离心机高速运转过程中，即在不停机的情况下挤密砂桩复合地基进行加载，并精确控制机械手的运动，控制精度达到0.001毫米；充分保证实验过程中复合地基的应力水平与现场一致；同时采用粒子图像测速技术与传统位移传感器相结合的方式观测试验过程中土体的变形。“实验的初步结果都在工程中得到了应用，成为设计与施工的重要参考数据。”马险峰说。
“实验结果让工程设计与施工吃了定心丸。”人工岛工程指挥部现场指挥振沉的工程师告诉我们，这是国内首次采用钢圆筒作为海上人工岛的岛壁结构，新工艺的效果很好。
首个钢圆筒的振沉还是费了不少的功夫。直径22米，高40.5米的钢筒，为世界上单体直径最大、高度最高的钢圆筒结构，也是全世界首次采用8台液压振动锤联动振沉体系施工的钢筒。但打入第一根圆筒费了好大劲儿，茫茫海上，洋流飘忽，振沉过程中要精确监控定位及垂直度，及时进行调整和纠偏极为不易。钢筒进入淤泥一定深度之后，再也打不进去了，因为筒被泥紧紧黏住了。怎么办？经过反复琢磨，最后采取了进一段后回抽一次，回抽中用高压水枪冲洗筒壁，就这样一寸寸振挤下到21米深的淤泥里。
一根进去了，后面的就好办了，建设者们不断地刷新记录：两天一筒、一天一筒、一天两筒，后来实现了一天三筒的最快速度。“钢圆筒体量、钢圆筒振沉施工的垂直度偏差精确度，八台液压振动锤联动振沉体系都创下了世界工程史上的新纪录。”马险峰介绍，2011年5月15日开始第一根圆筒施工，到9月11日，10万平米的西人工岛围成；接着，10万平米的东人工岛又在9月22日开始施工，12月21日围成。
