填海造陸工程中建筑廢料的綠色環保應用技術

周維，鄔俊文，盧勁威

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

目前從建筑廢料中高效篩分合格料用于填海造陸，是建筑廢料綜合治理方面亟須解決的技術難題[1-2]。本文以香港某大型填海工程[3-4]為例，研究了建筑廢料篩分、海運、填海的全流程技術，實現了大量建筑廢料的高效回收利用，節約了施工成本，解決了技術難題，取得了顯著的社會和經濟效益。

1 研究背景

香港某工程需造陸650 hm2，回填量1 億m3。然而，香港政府出于對環境保護的需要，嚴禁本土開山取石和抽砂回填，加之內地政府海砂出口限制，工程急需尋找替代的填海材料。與此同時，香港每日產生近3 萬t 建筑廢料，且現階段缺乏有效的再利用技術，導致堆填區容量已近飽和[5]。因此科學地將建筑廢料應用于項目填海，這一思路進入了工程視野，給工程設計和施工提供了解決方向。

經設計分析，建筑廢料填海造陸需滿足如下要求。

1.1 填海造陸技術要求

建筑廢料填海施工的技術要求：1）非關鍵區域回填：南北兩側臨近海堤的草坪，停機坪等位置（對沉降要求不高）；2）材料粒度：控制100 mm 以內（保證深層水泥攪拌樁和高壓旋噴樁等后續工藝的順利實施）；3）回填總量2 000 萬t，日處理量需達3.5 萬t。

1.2 建筑廢料的高效篩分工藝需求

香港傳統的挖掘機+簡易篩網分選工藝對場地需求大、效率低（僅200 t/h）、成本高；國外的一體化移動破碎篩分站對建筑廢料進行分級破碎篩分，效率低（僅250 t/h），噪音大。2 種建筑廢料篩分方案均不適合項目大規模填海需求，項目需創新材料分選工藝。

1.3 適合雙限和環保要求的填海施工設備需求

項目需考慮合適的工程船機設備和回填施工方案，滿足限高、限深和環保要求。

1）施工期間，機場原有的雙跑道正常運作，飛機起降落頻繁，施工區域需滿足機場限高要求，限高區域不超過9.5 m。

2）隨著海域回填推進，回填船舶滿載吃水不得超過2 m，以最大限度擴大水上回填，減小陸上推填作業（效率低）。

3）建筑廢料含泥量高，回填過程需充分考慮環保措施，嚴禁回填過程中泥水混合后的“黃水”擴散，造成水體污染違反地區環保法規，延誤施工進展。

2 建筑廢料篩分技術

境內外常見涉及篩分工藝的物料僅有石料和煤炭，其物料流動性好，篩分效果顯著。然而，建筑廢料含泥量大、含水率高、黏聚力強、流動性差且物料組成多元，其復雜的物料特性決定其不可借鑒石料和煤炭篩分工藝。

2.1 建筑廢料篩分難點分析

通過對建筑廢料的物料特性分析，考慮量大、高效、穩定運行的篩分要求，篩分工藝需解決如下難點：

1）合格物料（100 mm 以內）高效篩分問題；

2）黏性物料篩分處理問題；

3）大顆粒混凝土、石塊處理問題；

4）鐵器雜質對設備影響問題。

2.2 建筑廢料篩分技術

1）二級篩分工藝

文獻[1]在設備費、建設成本、篩分效率等方面對一級和二級篩分方案進行了對比分析，論述了二級篩分方案（見圖1）具備物料有效利用率高、篩分效率高、運營成本低等優點，更適合建筑廢料高效篩分和規模化回收的需求。

圖1 建筑廢料二級篩分工藝Fig.1 Two-stage screening process for construction waste

圖2 單級與三級臺階式棒條給料機對比圖Fig.2 Comparison diagram of single pole and three-step grizzly vibrating feeder

2）合格物料高效篩分

100 mm 以內合格物料高效篩分難點分析和解決方法如表1 所示。

表1 100 mm 以內合格物料高效篩分難點分析和解決方法Table 1 Analysis and solution of difficulties in efficient screening of qualified materials within 100 mm

3）黏性物料處理

黏性物料處理難點分析和解決方法見表2。

表2 黏性物料處理難點分析和解決方法Table 2 Analysis and solution for screening sticky material

4）大粒度混凝土、石塊處理

大粒度混凝土、石塊處理難點分析和解決方法如表3 所示。

表3 大粒度混凝土、石塊處理難點分析和解決方法Table 3 Analysis and solution for difficulties in the treatment of large-particle size concrete and stone

5）鐵器雜質處理

鐵器雜質處理難點分析和解決方法見表4。

表4 鐵器雜質處理難點分析和解決方法Table 4 Analysis and solution of difficulties in the treatment of iron impurity

3 建筑廢料海運方案

項目為大規模填海造陸，為保證機場既有跑道正常運營，不得從既有陸域往海域推填施工，從而選擇從海域直接填海造地與既有跑道接駁，必須采用船舶進行建筑廢料的海上運輸作業。

本地常規的非自航船舶，海運效率低，運輸成本高。項目需制定一種高效的船舶海運方案，全方位服務于建筑廢料的海上運輸作業。

3.1 海運船舶分析

香港本地運輸船舶主要為2 000 噸級的橫雞躉，內地多為4 000 噸級自航皮帶船和平板駁船。各種船型海運分析見表5。

表5 不同船型裝料方案對比Table 5 Comparison of loading schemes for different type of vessels

3.2 船舶海運方案

通過分析，以上船型均不適合建筑廢料高效運輸的要求。為保證建筑廢料卸載效率及多功能性，考慮4 000 噸級自航平板駁上配置隨船挖掘機。對該海運方案可行性進行論證：

1）常規的4 000 噸級自航平板駁無隨船挖掘機。帶跳板的平板駁進行物料裝卸時，先將跳板搭靠碼頭，挖掘機通過跳板上下船進行物料裝卸作業。但現場點多面廣，物料卸載點需根據各個區塊的施工需求靈活調配。若每個卸船點均配置2 臺挖掘機浪費作業成本；若保持2 臺挖掘機頻繁轉場，影響卸載效率。

2）為保證作業安全，常規的平板駁在海上轉駁及水拋作業時，一般將挖掘機焊接固定在甲板上，該方案適合小型平板駁船。針對大型平板駁，挖掘機很難覆蓋整個裝載區域的物料卸載。況且，固定的挖掘機占用了甲板裝載區域，影響平板駁的裝載能力。

3）為保證挖掘機隨船作業，全方位、全天候配合平板駁的裝卸作業，需考慮合適的固定措施，使挖掘機在船舶航行或作業時均能快速固定，且固定點能全甲板覆蓋。需專業設計針對平板駁船上固定挖掘機的裝置。

項目研發一種自帶挖掘機的自航運輸平板駁船，在甲板上設置有若干個埋入式快速旋鎖，將錨鏈穿過挖掘機的履帶后與旋鎖座連接，實現挖掘機固定在甲板上裝卸料，保證挖掘機在不利風浪影響下亦能夠保持穩定，避免發生側滑、傾覆的風險。

4 建筑廢料回填關鍵技術

4.1 地區常見的水上回填技術

地區常見的水上回填主要為泵砂船和橫雞躉施工作業，2 種作業方式施工方案對比分析如表6所示。

表6 地區回填施工方案分析Table 6 Analysis of regional backfill construction plan

4.2 水上回填關鍵技術

針對回填造陸嚴格的限制因素（低凈空、淺吃水和環保），項目研發了自帶環保帷幕的低凈空、淺吃水、環保型開體駁（圖3）進行水上回填，輔以自帶環保帷幕定位架的自航平板駁船進行深水區域回填，加快回填進度。2 種水上回填方案對比見表7。

表7 水上回填技術方案Table 7 Technical scheme for water backfilling

圖3 自帶電動防污簾的低凈空、淺吃水、環保型開體駁Fig.3 Environmental split barge with low headroom,shallow draft and adjustable anti-pollution curtain

5 結語

通過對建筑廢料在填海造陸上的應用技術研究，形成的主要成果為：

1）研發了建筑廢料從篩分、裝船、海運到回填的全流程技術，實現建筑廢料量大、高效篩分和環保回填的應用。

2）研制了三級臺階式低摩擦阻力棒條形的二級篩分給料機，其具有卡扣式可快速更換篩網、可調振幅的六邊形篩孔振動篩，解決了建筑廢料篩分的難題，實現了合格料的高效篩分。

3）研制了自帶隨船挖掘機的4 000 噸級自航平板駁船，實現了建筑廢料海運、卸載和轉駁；研制了新型淺吃水、低凈空、可升降防污簾的環保型200 m3開體駁船，實現了限高條件下的水上環保回填；具備良好的施工適應性。