李松涛， 王 平， 谭元译

(1. 中港疏浚有限公司， 上海200120； 2. 中交上海航道局有限公司， 上海20002)

随着工程技术的发展， 无围堰吹填施工技术在很多海外工程中得到应用， 比如沙巴大桥人工岛A 岛工程、 沙特扎瓦尔港口工程及马尔代夫机场人工岛等工程[1]。 吹填工程先修筑临时围堰、然后进行围堰内吹填的方法比较常见。 在充分考虑吹填料流失及环境保护等问题的前提下， 采用无围堰吹填技术极大地简化了修筑临时围堰的繁琐工序， 具有一定的适用性。

本文以马来西亚关丹新深水港6#陆域吹填工程为例， 介绍无围堰吹填的施工过程、 质量控制要点及环保效果。

1 工程概况

关丹新深水港位于马来西亚东海岸关丹市以北格宾工业港区， 是以配合“一带一路” 重点项目马中关丹产业园区发展修建的基建港口工程。该项目分2 期建设， 本标段属于一期工程基建疏浚及吹填， 主要包括港池疏浚、 航道疏浚， 取砂区疏浚物吹填至6#区。 根据工前进港航道疏浚区域的地质勘探报告， CH2+000 至CH4+000 段(下称取砂区)含砂量较高且符合吹填砂质要求。为了综合利用疏浚土， 将该区段泥沙采用耙吸挖泥船吹填至6#区， 减少后续二期码头后方陆域堆场的吹填工程量。 取砂区位于进港航道， 吹填区位于港池西侧， 周围为已建防波堤， 工程总平面布置见图1。

图1 工程总平面布置

2 工艺选择

根据工前的地质勘探及浅剖文件， 取砂区疏浚至设计高程工程量约为99 万m3， 能用于吹填的合格砂源约为67 万m3， 吹填工程量较少。 如果采用传统的吹填施工工艺， 则须先进行临时围堰施工再进行围堰内吹填[2]， 这势必造成成本增加，导致吹填工期紧张， 存在极大的风险。 考虑到现场已建防波堤的掩护作用， 吹填区海流平缓， 基本无泥沙运动并且与已有陆域衔接， 吹填砂易于堆积不易流失。 同时， 经考察了解到无围堰施工符合当地法律法规和环评报告的要求[3]， 最终确定可以在无围堰状态下进行吹填施工。

无围堰吹填施工的重点在于防止吹填砂扩散，控制流失率和满足环保要求。 防污帷幕布设是无围堰吹填施工的关键技术。 因对吹填砂质要求较高， 耙吸挖泥船在取砂区取砂完成后须对装舱砂源进行粒径筛分试验， 合格砂源吹填成陆， 非合格砂源抛至指定区域。 无围堰吹填施工工艺流程见图2。

图2 无围堰吹填施工工艺流程

3 防污帷幕布设

3.1 原理及适用条件

防污帷幕主要由橡胶浮体、 土工布幕帘及配重块构成。 土工布幕帘一般采用柔性纤维材料制成， 具有隔离和吸附功能。 通过橡胶浮体的托浮作用， 防污帷幕可悬浮于水体中形成幕墙， 将悬浮物扩散区域与受保护区域隔离[4]， 防止悬浮物向外扩散， 保护周围水域环境免受污染。

在疏浚吹填工程中， 由于疏挖设备施工时对底泥形成扰动， 挖掘设备周围局部水域污泥细颗粒扩散， 使附着在细颗粒上的污染物也在水体中扩散， 间接影响整个水域生态系统结构和功能的变化， 造成二次污染[5]。 随着环保要求的提高，防污帷幕在疏浚工程、 吹填工程及河湖流域清淤工程中逐渐得到应用， 以解决作业中环境污染等问题。

3.2 选址

防污帷幕布设时应充分考虑吹填流量、 涨落潮方向及泥沙沉降效果， 结合吹填区范围确定防污帷幕长度及围控范围。

防污帷幕布设的位置须将吹填坡脚线控制在帷幕范围之内。 地形条件不同、 回填砂质不同， 吹填施工形成的水下坡比也会不同， 适当增加防污帷幕与吹填区的距离可以有效控制吹填悬浮物扩散的范围， 达到环保要求。 同时，布设时应尽量避开潮汐影响较大的水域或者顺着潮汐潮落方向布置， 以减少潮流对幕帘的冲击力， 延长防污帷幕的使用寿命。 综合考虑上述因素， 在吹填区设计边线外200 m 处设置长300 m 的防污帷幕。 由于本工程吹填区紧邻港池疏浚区， 为最大程度地减少对港池疏浚施工的干扰， 防污帷幕根据吹填进度分2 期进行布设， 每期长度为150 m。

3.3 工艺及质量控制

防污帷幕布设工艺流程主要包含配重混凝土块浇筑、 帷幕及附件组装、 拖轮辅助布设防污帷幕、 安装定位配重块、 安装闪光报警灯， 最后进行位置校核。 防污帷幕布设流程见图3。

图3 防污帷幕布设流程

尽量选择双层纤维网的防污帷幕， 以在拦截悬浮物的同时清洁防污帷幕， 增加防污帷幕的持久拦截率。 帷幕高度既要考虑拦截效果又要考虑经济性， 一般取平均低潮位高程与原始海床高程的差值。 结合当地水文情况， 帷幕高度取6 m。 为固定帷幕位置， 防止水流移动帷幕位置， 每隔15 m间距设置配重混凝土块。 帷幕较长、 潮流影响较大时须在防污帷幕两端和中间抛锚固定。 为防止夜间施工船舶误入帷幕范围发生安全事故， 每隔50 m 安装闪光报警灯， 并定期对防污帷幕进行巡视检查。 损坏的淤泥幕应修复或更换， 及时清理帷幕上的垃圾及海草， 保证防污效果。

3.4 防污帷幕环保效果

基于马来西亚环境部海水水质指数对疏浚及吹填过程的环保效果进行监控。 MWQI(海洋水质指数)是一种将海洋水质参数组合成一个客观值来表示某一特定位置的海洋水质状态的技术， 见表1。 通过在疏浚及吹填区域外共设置10 个监测点定期收集海水样本， 即M1～M10， 对海水水质进行监控。

表1 基于MWQI 技术的海洋水质指数

结果表明， 因吹填区位于港池内且周围为已建防波堤， 区域内水流平缓， 结合双层防污帷幕的布设， 确保吹填产生的细颗粒悬浮物不扩散至周边区域。 根据每季度海水水质指数绘制趋势分析图(图4)。 可以看出， 整个监测期间大多数采样点海洋水质良好， 部分观测点在个别月份也能满足中等指数范围， 符合当地环保要求。

图4 海水水质指数变化

4 吹填质量控制

4.1 高程控制

防污帷幕铺设完成后， 耙吸挖泥船可进场吹填作业。 为了易于吹填砂堆积， 吹填施工顺序以靠岸侧开始， 逐步延伸至向海方向。 吹填过程中，设置吹填高程指示牌， 边吹填边测量， 当落点位置成滩后将输砂管线延伸上滩， 逐点吹填至指定高程， 然后用推土机进行陆域整平。 当第1 个断面完成之后， 第2 个断面由海向岸的顺序吹填，依次递进， 见图5。

图5 吹填施工

4.2 吹填砂粒径控制

根据取砂区的地质勘探报告， 按照砂质纵向分布情况合理安排定深取砂。 挖泥船在取砂区取砂完成后， 进行粒径筛分试验。 如果试验结果满足粒径小于0.063 μm 的细砂含量不超过10%且无粒径大于37.5 μm 的大粗粒砂的条件， 则该船泥沙可用于吹填， 否则外抛至指定抛泥区， 从源头上控制吹填粒径。 根据张乾等[6]的研究， 粒径越大， 流失率越小， 在控制吹填料粒径的同时控制了吹填砂的流失。

4.3 吹填砂流失控制

根据希尔兹曲线理论， 流速越小， 泥沙沉降越容易。 为了降低管口水流流速， 在输砂管口安装水流消能扩散器。 由于消能扩散器的作用， 将管口流出的泥沙混合物挑起并扩散成扇形， 降低泥沙的能量， 均匀跌入吹填区。 一方面， 消能泥沙水流流速降低， 沉淀时间缩短， 减少泥沙流失[7]； 另一方面， 防止了水流过量集中， 避免对已成滩区域造成过量冲刷， 提高陆域成型平整度。

由于港区内海流平缓， 吹填区域与岸衔接，泥沙易堆积， 结合防污帷幕的围挡作用， 工后吹填区域水下地形自然平缓， 吹填范围外海床高程基本无变化， 吹填区吹填前后高程分布情况见图6。 根据实测数据计算吹填成陆区域流失率为15.3%， 泥沙流失控制效果好。

同时， 流失部分泥沙在一定程度上提高了陆域吹填质量。 无围堰吹填施工排水路径较围堰吹填短， 与海洋直接相连， 细颗粒随海流和潮汐流出吹填区。 通过合理损失一部分粉细砂， 避免了细颗粒的累积， 有利于大颗粒泥沙堆积， 含泥量极低， 含泥量较常规吹填工艺得到更好的控制，提高了陆域成型质量。

5 结论

1)在吹填区具备掩护条件、 海流平缓且与已有陆域衔接的工况条件下， 结合防污帷幕的使用，采用无围堰吹填施工工艺， 易于吹填料堆积， 能够达到缩短工期、 控制流失率和环保的效果， 具有推广意义。

2)布设防污帷幕是无围堰吹填施工的关键，防污帷幕易受风浪的影响而发生位置偏移， 施工过程中须加强监督管控， 对移位的帷幕及时进行复位， 保证防污帷幕的围挡效果。