吹砂技術在填海造地工程中的應用

(中交上航局航道建設有限公司，浙江 寧波 315200)

嵊泗縣馬關海島風情小鎮項目陸域形成工程采用吹砂技術，將海砂吹填至水塘形成小鎮建設用地，回填Ⅰ區為吹砂區，面積約562.5畝，吹砂高程為2.9m，吹填砂192萬m3。施工平面布置如圖1所示。

圖1 施工平面布置

1 吹砂施工原理

吹砂施工原理是依靠采砂船、運砂船和吹砂船配合作業，實現砂水混合物通過管線輸送至回填現場，經沉淀及尾水排放，砂留在回填區形成陸地；吹填砂造地后期軟基處理成本低，可快速、高效地提供建設用地。

2 吹砂技術方案

2.1 吹砂船駐位

根據工程區域的自然環境特點及吃水要求，在回填Ⅰ區域東側海堤外側，沿圍堤軸線方向布設3艘吹砂船，同時配備12艘運砂船。

2.2 管線布設

工程投入3艘吹砂船，需要布設3條管線，管線從吹砂船接出后連接一段浮管，然后與岸管連接。水上浮管與岸管的連接通過設置在新建圍堤上的水陸管架頭連接，采用塑膠管作柔性連接，即用塑膠管使浮管岸管作弧形連接。為避免對新建圍堤施工造成影響，將在圍堤上預設管線，待吹填結束后拆除。水上浮管和岸管的銜接實況如圖2所示。

圖2 水上浮管和岸管的銜接實況

2.3 施工工藝

工程具體施工工藝是采砂船上安裝的離心砂泵將砂水混合物吸起后排至運砂船中，并通過運砂船運至吹砂船旁。吹砂船船舷的一側安裝有吸砂管、吸砂頭以及沖水管等吸砂裝置。依靠船上的大型吸砂泵從靠泊于舷旁的運砂船中的砂水混合物吸入，再經吹砂船另一側排砂管線輸送到吹填區，砂水混合物進入回填區后，砂沉淀在回填區內，尾水通過水門排出施工區。

2.4 吹填尾水處理及水門設置

吹填尾水通過埋設在圍堤上的水門排出回填區，經排水閘流入外海；水門采用鋼制水門箱與鋼制排水管連接而成，水門箱采用專用鋼結構裝配式箱形水門箱，排水管采用φ800mm鋼管，壁厚8mm；堤身排水管管壁包裹200g/m2無紡布，排水管表面設拋石護面；水門出口處采用拋石消能。水門埋設實況及排水示意圖如圖3所示。

圖3 水門埋設實況及排水示意圖

3 吹砂質量控制

3.1 砂管布置方面

吹砂船主管線應垂直于新建圍堤進入吹填區開始施工，逐步從吹填區圍堤前沿向吹填區中心推進，避免漏吹。

吹砂前通過地形測量，計算吹填區的最大容積量，以確保管線布置合理，避免不必要的接、移管作業對施工進度造成影響。

3.2 施工工藝方面

由于吹填平均厚度大，吹填宜分層進行，施工中要防止局部吹填高度過大，并做好監測工作。

3.3 吹填面高程控制

對吹填層面高程進行控制是保證施工質量的一個重要手段。在吹填區按一定間距布設標高桿，用水準儀及時監測，控制排砂管線管底高程及出砂口砂面高程，同時通過預留標高等方法嚴格控制吹填面高程。

3.4 吹填區平整控制

吹砂過程中，采用調整出泥口、支管線補足及人工踩砂的方式控制平整度，同時對不平整的局部區域還可以采用推土機或鏟車等機械施工方法進行整平，以達到質量驗收要求。

4 工程難點及處理措施

4.1 工程難點

a.工程工期緊、吹砂量大。該工程吹填砂192萬m3，但施工總工期僅有8個月，施工強度大；如何在這么短的工期內完成施工任務，吹填高程及平整度滿足設計要求，是一個重要難題。

b.吹填砂與圍堤施工工序銜接要求較高。在袋裝砂圍堤施工的同時進行吹填砂作業，既要保證袋裝砂圍堤和吹填砂的施工進度，同時又要兼顧圍堤的穩定性，對工序銜接的要求較高，施工難度較大。

c.施工船舶多、管理難度大。工程施工過程中大型船舶投入密度大，施工管理難度高。在施工過程中先后投入吹砂船3艘、吸砂船6艘、運砂船12艘，以及相應配套的輔助船舶，在施工管理方面存在較大難度。

d.水上作業安全隱患多。該工程施工地區受季風、臺風影響大，對水上施工作業的質量及安全影響較大。

4.2 處理措施

a.針對工程工期緊、吹砂量大的施工難點。采取以下處理措施：

?計劃安排較為先進的施工船舶進行吹填砂施工，進行施工效率分析工作，吹填砂施工效率分析詳見下表，首先從船機設備上落實保障。

吹砂效率分析表

該工程擬采用“采-運-吹”的工藝進行吹填砂施工，根據舟山地區歷年類似工程施工數據分析，每艘運砂船每個有效工作日至少可完成1.5航次，每個航次運砂量平均1200m3，計劃投入12艘運砂船每天可完成運輸量為1.728萬m3，施工效率按1.5萬m3/天計算。與之相匹配的吸砂船需6艘，吹砂船需3艘，滿足施工要求。

?因工期緊，吹填砂施工與圍堤施工做到有序銜接，避免造成工程延誤。施工時對吹填區進行分層吹填，避免造成淤泥被擠出、隆起。同時嚴格控制吹填順序，避免淤泥擠向圍堰側，造成圍堰安全隱患。

?制定完善的施工進度計劃，根據施工總工期編排月計劃、周計劃、日計劃，逐層分解、落實到各施工船組，確保施工進度目標的實現。

b.針對吹填砂與圍堤施工工序銜接要求較高的施工難點。采取以下處理措施：

?嚴格按圖施工，安排具有豐富類似工程施工經驗的項目管理人員進行工程的施工組織管理，合理編排施工進度計劃。

?充分協調各施工班組的施工強度，同時合理安排趕工措施，施工空閑時期則安排各船機的維護及保養，確保施工條件合適的時候能夠迅速投入施工。

?針對各施工工序堤身袋裝砂、吹填砂施工等編制專項施工方案，保證形成平行、流水作業。同時編寫相應的應急預案，以保證突發情況下順利施工。

c.針對施工船舶多、管理難度大的施工難點。采取以下處理措施：

?及時對施工船舶作業人員進行安全技術交底和檢查工作，作業人員必須熟悉舟山嵊泗航行區域的水文條件和通航情況，掌握避讓措施和要求，同時每天安排專人按時收聽天氣預報，做好與調度室聯系工作。

?參與施工的船舶均配有多套高頻電話(VHF)，并設置專用頻道與港調、海事及通航船舶保持24小時通訊暢通。吹砂船、運砂船在進入現場作業前配備“船舶自動識別系統”(AIS)的相關船載設備，方便船舶交匯和避讓時的識別和聯系。

?加強運砂船在裝載現場管理，嚴禁超載航行。在多霧季節，要求施工船舶嚴格遵守霧航規則，正確使用雷達和VHF，加強雷達搜索瞭望和高頻電話的聯系，及時采取正確避讓動作。必要時停工錨泊，等待天氣好轉后再航行，保證施工和航道的通航安全。

d.針對水上作業安全隱患多的施工難點。采取以下處理措施：

?針對工程地區受臺風影響較大、風大浪急的情況。將安排經驗豐富的管理人員進行指揮作業。根據現場實際的風浪情況進行動態調度，充分利用風浪較小的時間段進行趕工作業，確保本工程在既定工期內保質保量地完成。

?各型施工船舶根據現場風浪情況進行合理的作業與避風，當風浪較大時安排船舶避風并利用該段時間進行檢修，使其能夠在天氣情況好轉時以完好的狀態投入施工。

?鑒于氣象因素對工程的不利影響，為全面確保工程安全、高效地完成，應按照相關規定對所有施工人員進行全面的安全教育及安全交底，明確施工中的安全隱患及危險源，著重明確大風季節的各項施工隱患。

5 工藝改進與創新

5.1 采用Y型三通管

以往工程吹砂排砂口一般采用直管，直接排砂；根據該工程施工場地大、平整度要求高及工期短等難點，該工程創新采用了Y型三通管排砂口，Y排砂管的兩個管向設置閘門，便于自由調節出砂方向。采取此種工藝，主要有以下幾點優勢：

?平整度得到保障。在一側吹砂區高度滿足要求時，可自由調節至另外一個方向進行吹填，也可以多方向吹填，回填區的平整度得到保障。

?提高施工效率。此種工藝實現吹砂船不停船改變吹填方向，以往換向吹填需要停船接管，船舶施工效率大大降低，重新接管又費時費事，人工成本大；通過改進大大提高施工效率，縮短工期，節約接管成本。

5.2 吹砂工藝優化

常規吹砂工程直接向塘內吹填，排砂口盡量遠離水門即可；該工程施工場地大，在充分考慮現場的情況下，優化了吹砂工藝，在水門口附近設置一圈砂袋，標高控制在吹填設計標高2.90m左右，出砂口盡量遠離排水口，然后再進行吹砂施工。采取這樣施工工藝主要有以下幾點優勢：

?減少吹填砂流失。通過在水門附近設置屏障，盡量使吹填砂在回填區內進行更多時間的沉淀，減少吹填的流失量，實現較好的經濟效益。

?減小水門的集中應力。以往經常在水門附近拋石，已達到減少集中應力的作用，減少吹砂施工對水門的破壞；但采用此方法，可減少拋石量，防止水門破壞，避免不必要的水門檢修時間，實現不停船不停吹，施工效率也有所增加。

6 結 語

從現場吹砂情況來看，采用Y型三通管排砂口可以不停船調整吹砂方向，對吹填平整度起到了較好的控制效果，超吹量得到有效控制，經濟效益非常可觀；在水門口附近設置砂袋屏障，雖然增加了編織袋的費用，但是吹砂流失量大大降低，檢修水門的次數減少，無形中節約了吹填成本。主要的工程經驗有：?在工期緊張的情況下，不墨守成規，在詳細研究工程地質、地形條件的基礎上，改變固有施工工藝，在水門前設置屏障，有效減少砂的流失量。?不局限原有的吹填工藝，要善于發現可以改進的環節，創新采用Y型三通管排砂口就是基于減少人工操作的角度出發，進一步提高了施工效率，節約了人工成本。?今后還將繼續研究創新吹砂技術工藝，引進人工智能等科技手段，提高吹砂施工效能。