填海造陸過程中的“筑島”運砂施工技術

童 輝 趙德志 陳擴晉 屈 翔 孫劍隆

中國建筑土木建設有限公司 上海 200122

1 工程概況

福建莆田填海造陸項目的陸域形成總占地面積約為28.416 km2，總投資約150億元。其中一期占地面積為15.99 km2，二期占地面積為12.426 km2，區域填海造地工程的成陸標高為＋4.14 m（高程基準面采用1985國家高程）。整個陸域南北側最大縱深為4 736 m，東西側最大寬度為8 844 m[1-3]。

本工程地處江口與三江口之間的灘涂海域，施工區域灘涂原地面高程范圍為－1.7～＋3.0 m，本區潮汐性質為不正規半日潮，潮位落差大，退潮后整個陸域形成的施工區域以及海側以外的區域均為灘涂，運砂船只滿載吃水深度約4.5 m。

依據當地潮汐表潮水高程計算，每次漲潮滿足施工需要的高潮水位時間持續約45 min（達到施工條件水位），因此依據此現場施工情況，面對如此巨大的海砂回填任務量，找到降低施工難度的方法變得尤為重要。

2 施工方案比選

在這如此特殊的施工環境中，找到最適合的施工方法成為解決問題的關鍵，綜合現場情況，提出了“筑島”施工方案，并與目前常規的施工方案進行了比較[4-7]。

2.1 施工方案

2.1.1 吹砂泵船施工方案

“吹填”施工，即常規的使用吹砂泵船施工，將吹砂泵船停至適當水深處，由運砂船只乘潮運砂直接為吹砂泵船供砂，由泵船通過輸送管道將海砂泵送至施工點，再由機械設備整平，最后完成海砂回填施工。

2.1.2 絞吸船施工方案

針對現場施工環境及潮汐條件，小組成員提出了絞吸船的吹砂施工。主要施工方法如下：

1）在適當位置，先開挖儲砂坑。

2）對儲砂坑附近運砂船只的運行路線進行簡易航道開挖，以增加運砂船往儲砂坑供砂頻次。

3）采用絞吸船刀頭對儲砂坑海砂絞送泵壓并通過管道輸送至施工點，以完成海砂回填施工。

2.1.3 開挖臨時航道方案

開挖臨時航道為原設計陸域施工方法，針對現場施工環境及潮汐條件，以開挖臨時航道，用來滿足退潮后的運砂作業。主要施工方法為：

1）確定船只運砂路線，并確定海砂卸載地點。

2）開挖臨時航道，根據現場施工強度，確定航道深度及寬度。

3）運砂船只通過臨時航道將海砂卸載至儲砂點，經二次倒運至施工點，完成陸域形成施工。

2.1.4 臨時“筑島”及施工便道方案

考慮現場施工環境及潮汐條件，為爭取最大的施工強度及作業時間，小組成員提出在陸域形成區域內填筑臨時儲砂平臺，經運砂便道連接至施工區域，由汽車二次倒運進行海砂回填。主要施工方法如下：

1）在陸域形成區域內，乘潮填筑運砂平臺。

2）以海砂修筑施工便道，連接臨時儲砂平臺與現場施工地點。

3）經自卸車二次倒運將海砂運至施工區域，再經機械設備整平。

2.2 方案優缺點比較

2.2.1 吹砂泵船“吹填”施工方案

優點是遠距離施工，可以選擇高潮時較深水域，掙得更長的施工時間；采用輸送管道，泵砂地點可以很好地控制，并能很好地配合設備的后續整平施工。

缺點是依據成本測算，對泵船選擇有所限制，運砂船與泵船僅能一對一供砂，每泵一船海砂需45 min左右。泵船停在深水區，一次潮水僅能泵送2船海砂，效率較低；低潮時的工作效率更低。

2.2.2 絞吸船施工方案

優點是遠距離施工，可以選擇高潮時的較深水域，掙得更長的施工時間；先開挖儲砂坑，乘潮在儲砂坑中儲存海砂，由絞吸船鉸刀頭將儲砂坑中砂水混合并泵送至現場，低潮時當運砂船只無法進行海砂供給時，絞吸船可進行儲砂坑中的海砂施工；采用輸送管道，泵砂地點可以很好地控制，并能很好地配合設備的后續整平施工。

缺點是絞吸船制作儲砂坑及簡易的運砂航道需處理較多的淤泥，設計納泥區因用海征地問題，導致大部分淤泥需外運，造成較大成本投入；雖然具備儲砂坑，但退潮后將是一片灘涂海域，儲砂坑中水用完需等待下次潮水才能繼續施工，施工時間仍無法滿足現場的施工強度；絞吸船在施工過程中因為鉸刀頭在砂中的位置控制難度大，故會將部分淤泥與砂一起絞起泵入陸域回填區域中，回填海砂質量難以保證。

2.2.3 開挖臨時航道方案

優點是開挖臨時航道可以確保運砂船只在低潮時的海砂供給，且海砂流失量小。

缺點是開挖航道成本高，工期長；因為設計納泥區用海征地問題還未解決，故航道疏浚淤泥無處處理；航道后期恢復處理成本較高。

2.2.4 臨時“筑島”施工方案

優點是運砂船只可乘潮對臨時運砂平臺進行儲砂，且可同時采用多艘船只進行儲砂作業，確保在下次潮水來之前的海砂需求量；因臨時儲砂平臺填筑位于陸域形成區域內，故“筑島”用砂最后可作為陸域回填砂使用，原地消耗，不需要對原地形進行恢復；海砂流失量小（均在施工區域）。

缺點是臨時儲砂平臺會隨著砂的壓載造成滑移，導致儲砂平臺的面積加大；臨時運砂便道邊坡受潮水沖刷嚴重。

經過方案比選，并結合現場情況，本工程最終選擇第4個方案，即臨時“筑島”施工方案。

3 “筑島”施工工藝原理

“筑島”施工主要是在灘涂海域形成陸域的施工中，以不受海水潮汐以及地質等情況的影響為主要原則，從而控制施工進度及施工成本。

本工程受特殊的地理條件及環境因素的限制，以常規砂船運砂及拋砂的施工方法難以將施工效率最大化，因運砂船只滿載吃水深度約4.5 m，而依據當地潮汐表潮水高程計算，每次漲潮滿足運砂船需要的高潮水位時間僅約45 min（達到施工條件水位），因此依據此條件及現場施工情況，工期任務繁重，將難以滿足巨大的海砂回填任務量。

在海砂回填形成陸域的施工工程中，先期在施工范圍的深水區（高潮水深5 m）處采用吹填法填筑臨時儲砂碼頭的“島嶼”和運砂通道，并通過汽車將海砂運輸至淺海區陸域。

此施工方法可以用多艘運砂船只乘潮運送海砂并以臨時“筑島”處作為臨時儲砂平臺進行海砂儲備，使陸域工程在退潮的情況下仍可繼續施工，從而縮短了成陸工期。為防止灘涂海域大面積受潮水、臺風影響，對“筑島”的地基水泥土攪拌樁進行處理，對儲砂碼頭和運砂通道設置臨時防護，保證施工過程中的安全。

4 “筑島”陸域形成施工技術

4.1 施工工藝流程

本工程“筑島”施工工藝流程為：測量放線〔施工前，在陸域形成施工區域內尋找原地面最低的區域作為碼頭（臨時儲砂平臺）的位置，漲潮時水位也是最深的〕→吹砂“筑島”→碼頭基礎處理（施工時，在碼頭基礎海側方向進行軟基處理，主要使用水泥攪拌樁進行軟基處理，防止碼頭因海砂堆放而導致滑移）→碼頭施工（碼頭面層施工和碼頭周邊防護）→連接便道施工（便道面層施工和便道周邊防護）→完成并投入使用。

4.2 施工準備

1）測量放樣。根據工程特點，在施工現場建立平面控制網，控制網的區域必須大于施工范圍，消除施工時對控制點可能變動的影響。

2）碼頭位置確定。碼頭尺寸定為500 m×100 m，需將碼頭定位于陸域施工區域原地面高程最低的位置，這樣在潮水位一定時，水深可以達到最大。依據設計圖紙，碼頭位置選擇原地面高程為－2.2～－1.7 m（高潮水深大于5 m）的區域進行“筑島”施工，并以柱、竿對碼頭的4個角點定點。

3）標高確定。儲砂平臺及運砂便道高程控制在歷年高潮水位線上50 cm（圖1）。

圖1 總平面布置示意

4.3 吹砂“筑島”設計與施工（儲砂平臺）

4.3.1 設計船型

通過對當地施工船舶的調研，確定本工程的設計船型為1 500 m3吸砂船，船長60.0 m，船寬13.0 m，滿載吃水深4.0 m。

4.3.2 平臺頂高程計算

根據JTS 165—2013《海港總體設計規范》，按上水標準控制卸砂平臺頂高程，計算式如下：

式中：E——碼頭前沿頂高程，m；

LD——設計水位，設計高水位為3.32 m，極端高水位為4.45 m；

Δw——上水標準的富裕高程，m。

經計算，Δw為1.00～1.04 m，卸砂平臺設計頂高程計算值為4.32～4.36 m；同時應滿足高于極端高水位0～0.5 m，因此平臺設計高程取＋4.50 m（1985國家高程基面）。

4.3.3 平臺前沿設計水深

根據JTS 165—2013《海港總體設計規范》，卸砂平臺前沿設計水深D及設計底標高HD可按下列公式確定：

式（2）、（3）中：T——設計船型滿載吃水深度，為4 m；

k——風險系數，本工程為臨時工程，取k為1.05；

ΔH——潮水位的變化高程，取1 h、70%保證率2.21 m。

經計算，卸砂平臺前沿設計底標高計算值為－2.01 m，取－2.0 m（1985國家高程基面）。

4.3.4 平臺的平面尺寸計算

根據卸砂平臺應滿足25艘船同時作業的要求，計算卸砂平臺的長度=25B（B為船的寬度）＋15d（d為富裕寬度，取10 m）=475 m，取500 m。

卸砂平臺寬度考慮由拋砂作業區（40～50 m）、卡車作業區（約40 m）、拋砂作業區與卡車作業區之間預留的一定安全距離組成，因此，卸砂平臺寬度取100 m（圖2）。

圖2 儲砂平臺平面示意

4.3.5 儲砂平臺施工方式

儲砂平臺海砂回填施工主要是以運砂船乘潮拋填海砂。

4.4 碼頭軟基處理

儲砂平臺基礎處理主要為水泥攪拌樁，防止平臺堆載海砂后滑移。

4.4.1 結構形式

采用四周袋裝砂棱體＋中間吹填砂形成平臺。

4.4.2 平臺前沿地基處理

采用水泥土攪拌樁進行處理，水泥土攪拌樁樁徑1 m，搭接寬度0.2 m，采用格柵式布置。水泥土攪拌樁固化劑采用32.5級水泥，水泥摻量為15%，水泥土90 d齡期試塊的立方體抗壓強度要求達到2 MPa。水泥土攪拌樁樁底及以下2 m范圍采用壓密注漿進行加固，注漿量為20%。施工方法為：樁機就位→正反向2組葉片鉆進成孔，同時壓漿→鉆至預定深度→關閉漿泵，2組葉片同時反向旋轉，攪拌土體→成樁完畢。

4.4.3 技術措施

1）鉆機采用雙向攪拌鉆機，水泥漿量計量裝置必須經有資質部門標定認可。

2）正式施工前，先做不少于6根水泥攪拌樁試樁，試樁施工方法同上，主要是收集水泥漿配比、鉆進速度、提升速度、泵漿壓力等施工技術系數。

3）用電腦儀控制鉆孔深度，確保停漿面攪拌時間。

4）所有使用的水泥都過篩，水泥漿液須按確定的配合比拌制，制備好的漿液不得離析，泵送必須連續。水灰比須按確定的施工工藝要求認真控制，可采用泥漿比重計每臺班隨機檢查4次。

5）攪拌頭的直徑應每天檢查一次，其磨損量不得大于10mm，成樁直徑和樁長不得小于設計值。

6）若樁機停止施工或施工間歇時間太長時，應清洗全部管中殘存的水泥漿，直至基本干凈。

4.5 儲砂平臺工作區域面層硬化

儲砂平臺面層采用山皮石路面，厚度50 cm，由自卸車倒運，鏟車推平。

4.6 儲砂平臺周邊防護

儲砂平臺防護采用充填袋裝砂進行防護，采用階梯式吹砂作業法：第1段吹填完第1層后，吹填第2段第1層，然后再吹填第1段第2層，依次類推，循環前進施工。每只充填袋的長度為30～40 m，寬度根據施工要求進行設置；充填口布置在袋體表面，充填口數量按10 m2左右布置1個，管口直徑25 cm，充填完成后，必須將袋口系緊。

充填工序按照充填、逬漿、二次充填、袋內砂體厚度滿足設計要求的次序進行，袋體充填飽滿度控制在85%，充填厚度控制在0.5 m左右，保證充砂平整、填實，逐層加高；袋體按平行于防護堤軸線分層鋪設，堆疊整齊，上下袋體錯縫鋪設，同層袋相互擠壓。袋體逐層加高，禁止局部堤段一次性加高2層。

4.7 運砂便道施工

1）便道海砂填筑。便道主要以海砂回填為主，便道頂寬15 m，兩邊坡比為1∶10，頂高程為＋4.50 m（圖3）。

圖3 施工便道斷面示意

2）便道邊坡防護。施工便道防護主要防止浪潮的沖刷，采用土工布覆蓋坡面，以鋼管固定的方式進行邊坡防護（圖4）。

圖4 便道防護結構示意

5 結語

本施工技術對淺海、灘涂等復雜的地質環境有較強的適應性，改變陸域形成施工對潮水的依賴性（如吹砂泵船、絞吸船等），以施工區域“筑島”，作為臨時儲砂碼頭，多艘運砂船只可乘潮同時打砂至儲砂碼頭，并以施工便道的形式通往陸域施工區域，配合自卸車進行二次倒運，不受潮水影響。此“筑島”方法一次可供多艘運砂船只供砂，海砂儲存至臨時儲砂碼頭，滿足退潮期間陸域形成海砂回填的海砂需求量，施工工作面大。施工完成后不需要進行碼頭清除，最后將臨時儲砂碼頭降至陸域設計標高即可，不會造成海砂損失。此方法不受潮汐影響，可24 h不間斷作業，且二次倒運距離遠小于吹砂泵船的吹填距離，施工速度快，社會可組織資源多，整體投入資金少，節約成本，比較經濟。

本施工技術順利地解決了陸域形成施工受施工環境及潮水條件的影響嚴重的問題，保證了施工質量，節約了工期，節省了成本，得到了當地政府部門及業主的肯定。同時積累了施工經驗，為將來同類項目的施工提供了技術依托。