填海造陆过程中的“筑岛”运砂施工技术

童 辉 赵德志 陈扩晋 屈 翔 孙剑隆

中国建筑土木建设有限公司 上海 200122

1 工程概况

福建莆田填海造陆项目的陆域形成总占地面积约为28.416 km2，总投资约150亿元。其中一期占地面积为15.99 km2，二期占地面积为12.426 km2，区域填海造地工程的成陆标高为＋4.14 m（高程基准面采用1985国家高程）。整个陆域南北侧最大纵深为4 736 m，东西侧最大宽度为8 844 m[1-3]。

本工程地处江口与三江口之间的滩涂海域，施工区域滩涂原地面高程范围为－1.7～＋3.0 m，本区潮汐性质为不正规半日潮，潮位落差大，退潮后整个陆域形成的施工区域以及海侧以外的区域均为滩涂，运砂船只满载吃水深度约4.5 m。

依据当地潮汐表潮水高程计算，每次涨潮满足施工需要的高潮水位时间持续约45 min（达到施工条件水位），因此依据此现场施工情况，面对如此巨大的海砂回填任务量，找到降低施工难度的方法变得尤为重要。

2 施工方案比选

在这如此特殊的施工环境中，找到最适合的施工方法成为解决问题的关键，综合现场情况，提出了“筑岛”施工方案，并与目前常规的施工方案进行了比较[4-7]。

2.1 施工方案

2.1.1 吹砂泵船施工方案

“吹填”施工，即常规的使用吹砂泵船施工，将吹砂泵船停至适当水深处，由运砂船只乘潮运砂直接为吹砂泵船供砂，由泵船通过输送管道将海砂泵送至施工点，再由机械设备整平，最后完成海砂回填施工。

2.1.2 绞吸船施工方案

针对现场施工环境及潮汐条件，小组成员提出了绞吸船的吹砂施工。主要施工方法如下：

1）在适当位置，先开挖储砂坑。

2）对储砂坑附近运砂船只的运行路线进行简易航道开挖，以增加运砂船往储砂坑供砂频次。

3）采用绞吸船刀头对储砂坑海砂绞送泵压并通过管道输送至施工点，以完成海砂回填施工。

2.1.3 开挖临时航道方案

开挖临时航道为原设计陆域施工方法，针对现场施工环境及潮汐条件，以开挖临时航道，用来满足退潮后的运砂作业。主要施工方法为：

1）确定船只运砂路线，并确定海砂卸载地点。

2）开挖临时航道，根据现场施工强度，确定航道深度及宽度。

3）运砂船只通过临时航道将海砂卸载至储砂点，经二次倒运至施工点，完成陆域形成施工。

2.1.4 临时“筑岛”及施工便道方案

考虑现场施工环境及潮汐条件，为争取最大的施工强度及作业时间，小组成员提出在陆域形成区域内填筑临时储砂平台，经运砂便道连接至施工区域，由汽车二次倒运进行海砂回填。主要施工方法如下：

1）在陆域形成区域内，乘潮填筑运砂平台。

2）以海砂修筑施工便道，连接临时储砂平台与现场施工地点。

3）经自卸车二次倒运将海砂运至施工区域，再经机械设备整平。

2.2 方案优缺点比较

2.2.1 吹砂泵船“吹填”施工方案

优点是远距离施工，可以选择高潮时较深水域，挣得更长的施工时间；采用输送管道，泵砂地点可以很好地控制，并能很好地配合设备的后续整平施工。

缺点是依据成本测算，对泵船选择有所限制，运砂船与泵船仅能一对一供砂，每泵一船海砂需45 min左右。泵船停在深水区，一次潮水仅能泵送2船海砂，效率较低；低潮时的工作效率更低。

2.2.2 绞吸船施工方案

优点是远距离施工，可以选择高潮时的较深水域，挣得更长的施工时间；先开挖储砂坑，乘潮在储砂坑中储存海砂，由绞吸船铰刀头将储砂坑中砂水混合并泵送至现场，低潮时当运砂船只无法进行海砂供给时，绞吸船可进行储砂坑中的海砂施工；采用输送管道，泵砂地点可以很好地控制，并能很好地配合设备的后续整平施工。

缺点是绞吸船制作储砂坑及简易的运砂航道需处理较多的淤泥，设计纳泥区因用海征地问题，导致大部分淤泥需外运，造成较大成本投入；虽然具备储砂坑，但退潮后将是一片滩涂海域，储砂坑中水用完需等待下次潮水才能继续施工，施工时间仍无法满足现场的施工强度；绞吸船在施工过程中因为铰刀头在砂中的位置控制难度大，故会将部分淤泥与砂一起绞起泵入陆域回填区域中，回填海砂质量难以保证。

2.2.3 开挖临时航道方案

优点是开挖临时航道可以确保运砂船只在低潮时的海砂供给，且海砂流失量小。

缺点是开挖航道成本高，工期长；因为设计纳泥区用海征地问题还未解决，故航道疏浚淤泥无处处理；航道后期恢复处理成本较高。

2.2.4 临时“筑岛”施工方案

优点是运砂船只可乘潮对临时运砂平台进行储砂，且可同时采用多艘船只进行储砂作业，确保在下次潮水来之前的海砂需求量；因临时储砂平台填筑位于陆域形成区域内，故“筑岛”用砂最后可作为陆域回填砂使用，原地消耗，不需要对原地形进行恢复；海砂流失量小（均在施工区域）。

缺点是临时储砂平台会随着砂的压载造成滑移，导致储砂平台的面积加大；临时运砂便道边坡受潮水冲刷严重。

经过方案比选，并结合现场情况，本工程最终选择第4个方案，即临时“筑岛”施工方案。

3 “筑岛”施工工艺原理

“筑岛”施工主要是在滩涂海域形成陆域的施工中，以不受海水潮汐以及地质等情况的影响为主要原则，从而控制施工进度及施工成本。

本工程受特殊的地理条件及环境因素的限制，以常规砂船运砂及抛砂的施工方法难以将施工效率最大化，因运砂船只满载吃水深度约4.5 m，而依据当地潮汐表潮水高程计算，每次涨潮满足运砂船需要的高潮水位时间仅约45 min（达到施工条件水位），因此依据此条件及现场施工情况，工期任务繁重，将难以满足巨大的海砂回填任务量。

在海砂回填形成陆域的施工工程中，先期在施工范围的深水区（高潮水深5 m）处采用吹填法填筑临时储砂码头的“岛屿”和运砂通道，并通过汽车将海砂运输至浅海区陆域。

此施工方法可以用多艘运砂船只乘潮运送海砂并以临时“筑岛”处作为临时储砂平台进行海砂储备，使陆域工程在退潮的情况下仍可继续施工，从而缩短了成陆工期。为防止滩涂海域大面积受潮水、台风影响，对“筑岛”的地基水泥土搅拌桩进行处理，对储砂码头和运砂通道设置临时防护，保证施工过程中的安全。

4 “筑岛”陆域形成施工技术

4.1 施工工艺流程

本工程“筑岛”施工工艺流程为：测量放线〔施工前，在陆域形成施工区域内寻找原地面最低的区域作为码头（临时储砂平台）的位置，涨潮时水位也是最深的〕→吹砂“筑岛”→码头基础处理（施工时，在码头基础海侧方向进行软基处理，主要使用水泥搅拌桩进行软基处理，防止码头因海砂堆放而导致滑移）→码头施工（码头面层施工和码头周边防护）→连接便道施工（便道面层施工和便道周边防护）→完成并投入使用。

4.2 施工准备

1）测量放样。根据工程特点，在施工现场建立平面控制网，控制网的区域必须大于施工范围，消除施工时对控制点可能变动的影响。

2）码头位置确定。码头尺寸定为500 m×100 m，需将码头定位于陆域施工区域原地面高程最低的位置，这样在潮水位一定时，水深可以达到最大。依据设计图纸，码头位置选择原地面高程为－2.2～－1.7 m（高潮水深大于5 m）的区域进行“筑岛”施工，并以柱、竿对码头的4个角点定点。

3）标高确定。储砂平台及运砂便道高程控制在历年高潮水位线上50 cm（图1）。

图1 总平面布置示意

4.3 吹砂“筑岛”设计与施工（储砂平台）

4.3.1 设计船型

通过对当地施工船舶的调研，确定本工程的设计船型为1 500 m3吸砂船，船长60.0 m，船宽13.0 m，满载吃水深4.0 m。

4.3.2 平台顶高程计算

根据JTS 165—2013《海港总体设计规范》，按上水标准控制卸砂平台顶高程，计算式如下：

式中：E——码头前沿顶高程，m；

LD——设计水位，设计高水位为3.32 m，极端高水位为4.45 m；

Δw——上水标准的富裕高程，m。

经计算，Δw为1.00～1.04 m，卸砂平台设计顶高程计算值为4.32～4.36 m；同时应满足高于极端高水位0～0.5 m，因此平台设计高程取＋4.50 m（1985国家高程基面）。

4.3.3 平台前沿设计水深

根据JTS 165—2013《海港总体设计规范》，卸砂平台前沿设计水深D及设计底标高HD可按下列公式确定：

式（2）、（3）中：T——设计船型满载吃水深度，为4 m；

k——风险系数，本工程为临时工程，取k为1.05；

ΔH——潮水位的变化高程，取1 h、70%保证率2.21 m。

经计算，卸砂平台前沿设计底标高计算值为－2.01 m，取－2.0 m（1985国家高程基面）。

4.3.4 平台的平面尺寸计算

根据卸砂平台应满足25艘船同时作业的要求，计算卸砂平台的长度=25B（B为船的宽度）＋15d（d为富裕宽度，取10 m）=475 m，取500 m。

卸砂平台宽度考虑由抛砂作业区（40～50 m）、卡车作业区（约40 m）、抛砂作业区与卡车作业区之间预留的一定安全距离组成，因此，卸砂平台宽度取100 m（图2）。

图2 储砂平台平面示意

4.3.5 储砂平台施工方式

储砂平台海砂回填施工主要是以运砂船乘潮抛填海砂。

4.4 码头软基处理

储砂平台基础处理主要为水泥搅拌桩，防止平台堆载海砂后滑移。

4.4.1 结构形式

采用四周袋装砂棱体＋中间吹填砂形成平台。

4.4.2 平台前沿地基处理

采用水泥土搅拌桩进行处理，水泥土搅拌桩桩径1 m，搭接宽度0.2 m，采用格栅式布置。水泥土搅拌桩固化剂采用32.5级水泥，水泥掺量为15%，水泥土90 d龄期试块的立方体抗压强度要求达到2 MPa。水泥土搅拌桩桩底及以下2 m范围采用压密注浆进行加固，注浆量为20%。施工方法为：桩机就位→正反向2组叶片钻进成孔，同时压浆→钻至预定深度→关闭浆泵，2组叶片同时反向旋转，搅拌土体→成桩完毕。

4.4.3 技术措施

1）钻机采用双向搅拌钻机，水泥浆量计量装置必须经有资质部门标定认可。

2）正式施工前，先做不少于6根水泥搅拌桩试桩，试桩施工方法同上，主要是收集水泥浆配比、钻进速度、提升速度、泵浆压力等施工技术系数。

3）用电脑仪控制钻孔深度，确保停浆面搅拌时间。

4）所有使用的水泥都过筛，水泥浆液须按确定的配合比拌制，制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。水灰比须按确定的施工工艺要求认真控制，可采用泥浆比重计每台班随机检查4次。

5）搅拌头的直径应每天检查一次，其磨损量不得大于10mm，成桩直径和桩长不得小于设计值。

6）若桩机停止施工或施工间歇时间太长时，应清洗全部管中残存的水泥浆，直至基本干净。

4.5 储砂平台工作区域面层硬化

储砂平台面层采用山皮石路面，厚度50 cm，由自卸车倒运，铲车推平。

4.6 储砂平台周边防护

储砂平台防护采用充填袋装砂进行防护，采用阶梯式吹砂作业法：第1段吹填完第1层后，吹填第2段第1层，然后再吹填第1段第2层，依次类推，循环前进施工。每只充填袋的长度为30～40 m，宽度根据施工要求进行设置；充填口布置在袋体表面，充填口数量按10 m2左右布置1个，管口直径25 cm，充填完成后，必须将袋口系紧。

充填工序按照充填、逬浆、二次充填、袋内砂体厚度满足设计要求的次序进行，袋体充填饱满度控制在85%，充填厚度控制在0.5 m左右，保证充砂平整、填实，逐层加高；袋体按平行于防护堤轴线分层铺设，堆叠整齐，上下袋体错缝铺设，同层袋相互挤压。袋体逐层加高，禁止局部堤段一次性加高2层。

4.7 运砂便道施工

1）便道海砂填筑。便道主要以海砂回填为主，便道顶宽15 m，两边坡比为1∶10，顶高程为＋4.50 m（图3）。

图3 施工便道断面示意

2）便道边坡防护。施工便道防护主要防止浪潮的冲刷，采用土工布覆盖坡面，以钢管固定的方式进行边坡防护（图4）。

图4 便道防护结构示意

5 结语

本施工技术对浅海、滩涂等复杂的地质环境有较强的适应性，改变陆域形成施工对潮水的依赖性（如吹砂泵船、绞吸船等），以施工区域“筑岛”，作为临时储砂码头，多艘运砂船只可乘潮同时打砂至储砂码头，并以施工便道的形式通往陆域施工区域，配合自卸车进行二次倒运，不受潮水影响。此“筑岛”方法一次可供多艘运砂船只供砂，海砂储存至临时储砂码头，满足退潮期间陆域形成海砂回填的海砂需求量，施工工作面大。施工完成后不需要进行码头清除，最后将临时储砂码头降至陆域设计标高即可，不会造成海砂损失。此方法不受潮汐影响，可24 h不间断作业，且二次倒运距离远小于吹砂泵船的吹填距离，施工速度快，社会可组织资源多，整体投入资金少，节约成本，比较经济。

本施工技术顺利地解决了陆域形成施工受施工环境及潮水条件的影响严重的问题，保证了施工质量，节约了工期，节省了成本，得到了当地政府部门及业主的肯定。同时积累了施工经验，为将来同类项目的施工提供了技术依托。