吹砂技术在填海造地工程中的应用

(中交上航局航道建设有限公司，浙江 宁波 315200)

嵊泗县马关海岛风情小镇项目陆域形成工程采用吹砂技术，将海砂吹填至水塘形成小镇建设用地，回填Ⅰ区为吹砂区，面积约562.5亩，吹砂高程为2.9m，吹填砂192万m3。施工平面布置如图1所示。

图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、运砂船和吹砂船配合作业，实现砂水混合物通过管线输送至回填现场，经沉淀及尾水排放，砂留在回填区形成陆地；吹填砂造地后期软基处理成本低，可快速、高效地提供建设用地。

2 吹砂技术方案

2.1 吹砂船驻位

根据工程区域的自然环境特点及吃水要求，在回填Ⅰ区域东侧海堤外侧，沿围堤轴线方向布设3艘吹砂船，同时配备12艘运砂船。

2.2 管线布设

工程投入3艘吹砂船，需要布设3条管线，管线从吹砂船接出后连接一段浮管，然后与岸管连接。水上浮管与岸管的连接通过设置在新建围堤上的水陆管架头连接，采用塑胶管作柔性连接，即用塑胶管使浮管岸管作弧形连接。为避免对新建围堤施工造成影响，将在围堤上预设管线，待吹填结束后拆除。水上浮管和岸管的衔接实况如图2所示。

图2 水上浮管和岸管的衔接实况

2.3 施工工艺

工程具体施工工艺是采砂船上安装的离心砂泵将砂水混合物吸起后排至运砂船中，并通过运砂船运至吹砂船旁。吹砂船船舷的一侧安装有吸砂管、吸砂头以及冲水管等吸砂装置。依靠船上的大型吸砂泵从靠泊于舷旁的运砂船中的砂水混合物吸入，再经吹砂船另一侧排砂管线输送到吹填区，砂水混合物进入回填区后，砂沉淀在回填区内，尾水通过水门排出施工区。

2.4 吹填尾水处理及水门设置

吹填尾水通过埋设在围堤上的水门排出回填区，经排水闸流入外海；水门采用钢制水门箱与钢制排水管连接而成，水门箱采用专用钢结构装配式箱形水门箱，排水管采用φ800mm钢管，壁厚8mm；堤身排水管管壁包裹200g/m2无纺布，排水管表面设抛石护面；水门出口处采用抛石消能。水门埋设实况及排水示意图如图3所示。

图3 水门埋设实况及排水示意图

3 吹砂质量控制

3.1 砂管布置方面

吹砂船主管线应垂直于新建围堤进入吹填区开始施工，逐步从吹填区围堤前沿向吹填区中心推进，避免漏吹。

吹砂前通过地形测量，计算吹填区的最大容积量，以确保管线布置合理，避免不必要的接、移管作业对施工进度造成影响。

3.2 施工工艺方面

由于吹填平均厚度大，吹填宜分层进行，施工中要防止局部吹填高度过大，并做好监测工作。

3.3 吹填面高程控制

对吹填层面高程进行控制是保证施工质量的一个重要手段。在吹填区按一定间距布设标高杆，用水准仪及时监测，控制排砂管线管底高程及出砂口砂面高程，同时通过预留标高等方法严格控制吹填面高程。

3.4 吹填区平整控制

吹砂过程中，采用调整出泥口、支管线补足及人工踩砂的方式控制平整度，同时对不平整的局部区域还可以采用推土机或铲车等机械施工方法进行整平，以达到质量验收要求。

4 工程难点及处理措施

4.1 工程难点

a.工程工期紧、吹砂量大。该工程吹填砂192万m3，但施工总工期仅有8个月，施工强度大；如何在这么短的工期内完成施工任务，吹填高程及平整度满足设计要求，是一个重要难题。

b.吹填砂与围堤施工工序衔接要求较高。在袋装砂围堤施工的同时进行吹填砂作业，既要保证袋装砂围堤和吹填砂的施工进度，同时又要兼顾围堤的稳定性，对工序衔接的要求较高，施工难度较大。

c.施工船舶多、管理难度大。工程施工过程中大型船舶投入密度大，施工管理难度高。在施工过程中先后投入吹砂船3艘、吸砂船6艘、运砂船12艘，以及相应配套的辅助船舶，在施工管理方面存在较大难度。

d.水上作业安全隐患多。该工程施工地区受季风、台风影响大，对水上施工作业的质量及安全影响较大。

4.2 处理措施

a.针对工程工期紧、吹砂量大的施工难点。采取以下处理措施：

ⓐ计划安排较为先进的施工船舶进行吹填砂施工，进行施工效率分析工作，吹填砂施工效率分析详见下表，首先从船机设备上落实保障。

吹砂效率分析表

该工程拟采用“采-运-吹”的工艺进行吹填砂施工，根据舟山地区历年类似工程施工数据分析，每艘运砂船每个有效工作日至少可完成1.5航次，每个航次运砂量平均1200m3，计划投入12艘运砂船每天可完成运输量为1.728万m3，施工效率按1.5万m3/天计算。与之相匹配的吸砂船需6艘，吹砂船需3艘，满足施工要求。

ⓑ因工期紧，吹填砂施工与围堤施工做到有序衔接，避免造成工程延误。施工时对吹填区进行分层吹填，避免造成淤泥被挤出、隆起。同时严格控制吹填顺序，避免淤泥挤向围堰侧，造成围堰安全隐患。

ⓒ制定完善的施工进度计划，根据施工总工期编排月计划、周计划、日计划，逐层分解、落实到各施工船组，确保施工进度目标的实现。

b.针对吹填砂与围堤施工工序衔接要求较高的施工难点。采取以下处理措施：

ⓐ严格按图施工，安排具有丰富类似工程施工经验的项目管理人员进行工程的施工组织管理，合理编排施工进度计划。

ⓑ充分协调各施工班组的施工强度，同时合理安排赶工措施，施工空闲时期则安排各船机的维护及保养，确保施工条件合适的时候能够迅速投入施工。

ⓒ针对各施工工序堤身袋装砂、吹填砂施工等编制专项施工方案，保证形成平行、流水作业。同时编写相应的应急预案，以保证突发情况下顺利施工。

c.针对施工船舶多、管理难度大的施工难点。采取以下处理措施：

ⓐ及时对施工船舶作业人员进行安全技术交底和检查工作，作业人员必须熟悉舟山嵊泗航行区域的水文条件和通航情况，掌握避让措施和要求，同时每天安排专人按时收听天气预报，做好与调度室联系工作。

ⓑ参与施工的船舶均配有多套高频电话(VHF)，并设置专用频道与港调、海事及通航船舶保持24小时通讯畅通。吹砂船、运砂船在进入现场作业前配备“船舶自动识别系统”(AIS)的相关船载设备，方便船舶交汇和避让时的识别和联系。

ⓒ加强运砂船在装载现场管理，严禁超载航行。在多雾季节，要求施工船舶严格遵守雾航规则，正确使用雷达和VHF，加强雷达搜索瞭望和高频电话的联系，及时采取正确避让动作。必要时停工锚泊，等待天气好转后再航行，保证施工和航道的通航安全。

d.针对水上作业安全隐患多的施工难点。采取以下处理措施：

ⓐ针对工程地区受台风影响较大、风大浪急的情况。将安排经验丰富的管理人员进行指挥作业。根据现场实际的风浪情况进行动态调度，充分利用风浪较小的时间段进行赶工作业，确保本工程在既定工期内保质保量地完成。

ⓑ各型施工船舶根据现场风浪情况进行合理的作业与避风，当风浪较大时安排船舶避风并利用该段时间进行检修，使其能够在天气情况好转时以完好的状态投入施工。

ⓒ鉴于气象因素对工程的不利影响，为全面确保工程安全、高效地完成，应按照相关规定对所有施工人员进行全面的安全教育及安全交底，明确施工中的安全隐患及危险源，着重明确大风季节的各项施工隐患。

5 工艺改进与创新

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；根据该工程施工场地大、平整度要求高及工期短等难点，该工程创新采用了Y型三通管排砂口，Y排砂管的两个管向设置闸门，便于自由调节出砂方向。采取此种工艺，主要有以下几点优势：

ⓐ平整度得到保障。在一侧吹砂区高度满足要求时，可自由调节至另外一个方向进行吹填，也可以多方向吹填，回填区的平整度得到保障。

ⓑ提高施工效率。此种工艺实现吹砂船不停船改变吹填方向，以往换向吹填需要停船接管，船舶施工效率大大降低，重新接管又费时费事，人工成本大；通过改进大大提高施工效率，缩短工期，节约接管成本。

5.2 吹砂工艺优化

常规吹砂工程直接向塘内吹填，排砂口尽量远离水门即可；该工程施工场地大，在充分考虑现场的情况下，优化了吹砂工艺，在水门口附近设置一圈砂袋，标高控制在吹填设计标高2.90m左右，出砂口尽量远离排水口，然后再进行吹砂施工。采取这样施工工艺主要有以下几点优势：

ⓐ减少吹填砂流失。通过在水门附近设置屏障，尽量使吹填砂在回填区内进行更多时间的沉淀，减少吹填的流失量，实现较好的经济效益。

ⓑ减小水门的集中应力。以往经常在水门附近抛石，已达到减少集中应力的作用，减少吹砂施工对水门的破坏；但采用此方法，可减少抛石量，防止水门破坏，避免不必要的水门检修时间，实现不停船不停吹，施工效率也有所增加。

6 结 语

从现场吹砂情况来看，采用Y型三通管排砂口可以不停船调整吹砂方向，对吹填平整度起到了较好的控制效果，超吹量得到有效控制，经济效益非常可观；在水门口附近设置砂袋屏障，虽然增加了编织袋的费用，但是吹砂流失量大大降低，检修水门的次数减少，无形中节约了吹填成本。主要的工程经验有：ⓐ在工期紧张的情况下，不墨守成规，在详细研究工程地质、地形条件的基础上，改变固有施工工艺，在水门前设置屏障，有效减少砂的流失量。ⓑ不局限原有的吹填工艺，要善于发现可以改进的环节，创新采用Y型三通管排砂口就是基于减少人工操作的角度出发，进一步提高了施工效率，节约了人工成本。ⓒ今后还将继续研究创新吹砂技术工艺，引进人工智能等科技手段，提高吹砂施工效能。