馬來西亞關(guān)丹新深水港6#陸域無圍堰吹填技術(shù)

李松濤， 王 平， 譚元譯

(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)

隨著工程技術(shù)的發(fā)展， 無圍堰吹填施工技術(shù)在很多海外工程中得到應(yīng)用， 比如沙巴大橋人工島A 島工程、 沙特扎瓦爾港口工程及馬爾代夫機(jī)場人工島等工程[1]。 吹填工程先修筑臨時(shí)圍堰、然后進(jìn)行圍堰內(nèi)吹填的方法比較常見。 在充分考慮吹填料流失及環(huán)境保護(hù)等問題的前提下， 采用無圍堰吹填技術(shù)極大地簡化了修筑臨時(shí)圍堰的繁瑣工序， 具有一定的適用性。

本文以馬來西亞關(guān)丹新深水港6#陸域吹填工程為例， 介紹無圍堰吹填的施工過程、 質(zhì)量控制要點(diǎn)及環(huán)保效果。

1 工程概況

關(guān)丹新深水港位于馬來西亞東海岸關(guān)丹市以北格賓工業(yè)港區(qū)， 是以配合“一帶一路” 重點(diǎn)項(xiàng)目馬中關(guān)丹產(chǎn)業(yè)園區(qū)發(fā)展修建的基建港口工程。該項(xiàng)目分2 期建設(shè)， 本標(biāo)段屬于一期工程基建疏浚及吹填， 主要包括港池疏浚、 航道疏浚， 取砂區(qū)疏浚物吹填至6#區(qū)。 根據(jù)工前進(jìn)港航道疏浚區(qū)域的地質(zhì)勘探報(bào)告， CH2+000 至CH4+000 段(下稱取砂區(qū))含砂量較高且符合吹填砂質(zhì)要求。為了綜合利用疏浚土， 將該區(qū)段泥沙采用耙吸挖泥船吹填至6#區(qū)， 減少后續(xù)二期碼頭后方陸域堆場的吹填工程量。 取砂區(qū)位于進(jìn)港航道， 吹填區(qū)位于港池西側(cè)， 周圍為已建防波堤， 工程總平面布置見圖1。

圖1 工程總平面布置

2 工藝選擇

根據(jù)工前的地質(zhì)勘探及淺剖文件， 取砂區(qū)疏浚至設(shè)計(jì)高程工程量約為99 萬m3， 能用于吹填的合格砂源約為67 萬m3， 吹填工程量較少。 如果采用傳統(tǒng)的吹填施工工藝， 則須先進(jìn)行臨時(shí)圍堰施工再進(jìn)行圍堰內(nèi)吹填[2]， 這勢必造成成本增加，導(dǎo)致吹填工期緊張， 存在極大的風(fēng)險(xiǎn)。 考慮到現(xiàn)場已建防波堤的掩護(hù)作用， 吹填區(qū)海流平緩， 基本無泥沙運(yùn)動(dòng)并且與已有陸域銜接， 吹填砂易于堆積不易流失。 同時(shí)， 經(jīng)考察了解到無圍堰施工符合當(dāng)?shù)胤煞ㄒ?guī)和環(huán)評報(bào)告的要求[3]， 最終確定可以在無圍堰狀態(tài)下進(jìn)行吹填施工。

無圍堰吹填施工的重點(diǎn)在于防止吹填砂擴(kuò)散，控制流失率和滿足環(huán)保要求。 防污帷幕布設(shè)是無圍堰吹填施工的關(guān)鍵技術(shù)。 因?qū)Υ堤钌百|(zhì)要求較高， 耙吸挖泥船在取砂區(qū)取砂完成后須對裝艙砂源進(jìn)行粒徑篩分試驗(yàn)， 合格砂源吹填成陸， 非合格砂源拋至指定區(qū)域。 無圍堰吹填施工工藝流程見圖2。

圖2 無圍堰吹填施工工藝流程

3 防污帷幕布設(shè)

3.1 原理及適用條件

防污帷幕主要由橡膠浮體、 土工布幕簾及配重塊構(gòu)成。 土工布幕簾一般采用柔性纖維材料制成， 具有隔離和吸附功能。 通過橡膠浮體的托浮作用， 防污帷幕可懸浮于水體中形成幕墻， 將懸浮物擴(kuò)散區(qū)域與受保護(hù)區(qū)域隔離[4]， 防止懸浮物向外擴(kuò)散， 保護(hù)周圍水域環(huán)境免受污染。

在疏浚吹填工程中， 由于疏挖設(shè)備施工時(shí)對底泥形成擾動(dòng)， 挖掘設(shè)備周圍局部水域污泥細(xì)顆粒擴(kuò)散， 使附著在細(xì)顆粒上的污染物也在水體中擴(kuò)散， 間接影響整個(gè)水域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變化， 造成二次污染[5]。 隨著環(huán)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漸得到應(yīng)用， 以解決作業(yè)中環(huán)境污染等問題。

3.2 選址

防污帷幕布設(shè)時(shí)應(yīng)充分考慮吹填流量、 漲落潮方向及泥沙沉降效果， 結(jié)合吹填區(qū)范圍確定防污帷幕長度及圍控范圍。

防污帷幕布設(shè)的位置須將吹填坡腳線控制在帷幕范圍之內(nèi)。 地形條件不同、 回填砂質(zhì)不同， 吹填施工形成的水下坡比也會(huì)不同， 適當(dāng)增加防污帷幕與吹填區(qū)的距離可以有效控制吹填懸浮物擴(kuò)散的范圍， 達(dá)到環(huán)保要求。 同時(shí)，布設(shè)時(shí)應(yīng)盡量避開潮汐影響較大的水域或者順著潮汐潮落方向布置， 以減少潮流對幕簾的沖擊力， 延長防污帷幕的使用壽命。 綜合考慮上述因素， 在吹填區(qū)設(shè)計(jì)邊線外200 m 處設(shè)置長300 m 的防污帷幕。 由于本工程吹填區(qū)緊鄰港池疏浚區(qū)， 為最大程度地減少對港池疏浚施工的干擾， 防污帷幕根據(jù)吹填進(jìn)度分2 期進(jìn)行布設(shè)， 每期長度為150 m。

3.3 工藝及質(zhì)量控制

防污帷幕布設(shè)工藝流程主要包含配重混凝土塊澆筑、 帷幕及附件組裝、 拖輪輔助布設(shè)防污帷幕、 安裝定位配重塊、 安裝閃光報(bào)警燈， 最后進(jìn)行位置校核。 防污帷幕布設(shè)流程見圖3。

圖3 防污帷幕布設(shè)流程

盡量選擇雙層纖維網(wǎng)的防污帷幕， 以在攔截懸浮物的同時(shí)清潔防污帷幕， 增加防污帷幕的持久攔截率。 帷幕高度既要考慮攔截效果又要考慮經(jīng)濟(jì)性， 一般取平均低潮位高程與原始海床高程的差值。 結(jié)合當(dāng)?shù)厮那闆r， 帷幕高度取6 m。 為固定帷幕位置， 防止水流移動(dòng)帷幕位置， 每隔15 m間距設(shè)置配重混凝土塊。 帷幕較長、 潮流影響較大時(shí)須在防污帷幕兩端和中間拋錨固定。 為防止夜間施工船舶誤入帷幕范圍發(fā)生安全事故， 每隔50 m 安裝閃光報(bào)警燈， 并定期對防污帷幕進(jìn)行巡視檢查。 損壞的淤泥幕應(yīng)修復(fù)或更換， 及時(shí)清理帷幕上的垃圾及海草， 保證防污效果。

3.4 防污帷幕環(huán)保效果

基于馬來西亞環(huán)境部海水水質(zhì)指數(shù)對疏浚及吹填過程的環(huán)保效果進(jìn)行監(jiān)控。 MWQI(海洋水質(zhì)指數(shù))是一種將海洋水質(zhì)參數(shù)組合成一個(gè)客觀值來表示某一特定位置的海洋水質(zhì)狀態(tài)的技術(shù)， 見表1。 通過在疏浚及吹填區(qū)域外共設(shè)置10 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)定期收集海水樣本， 即M1～M10， 對海水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控。

表1 基于MWQI 技術(shù)的海洋水質(zhì)指數(shù)

結(jié)果表明， 因吹填區(qū)位于港池內(nèi)且周圍為已建防波堤， 區(qū)域內(nèi)水流平緩， 結(jié)合雙層防污帷幕的布設(shè)， 確保吹填產(chǎn)生的細(xì)顆粒懸浮物不擴(kuò)散至周邊區(qū)域。 根據(jù)每季度海水水質(zhì)指數(shù)繪制趨勢分析圖(圖4)。 可以看出， 整個(gè)監(jiān)測期間大多數(shù)采樣點(diǎn)海洋水質(zhì)良好， 部分觀測點(diǎn)在個(gè)別月份也能滿足中等指數(shù)范圍， 符合當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求。

圖4 海水水質(zhì)指數(shù)變化

4 吹填質(zhì)量控制

4.1 高程控制

防污帷幕鋪設(shè)完成后， 耙吸挖泥船可進(jìn)場吹填作業(yè)。 為了易于吹填砂堆積， 吹填施工順序以靠岸側(cè)開始， 逐步延伸至向海方向。 吹填過程中，設(shè)置吹填高程指示牌， 邊吹填邊測量， 當(dāng)落點(diǎn)位置成灘后將輸砂管線延伸上灘， 逐點(diǎn)吹填至指定高程， 然后用推土機(jī)進(jìn)行陸域整平。 當(dāng)?shù)? 個(gè)斷面完成之后， 第2 個(gè)斷面由海向岸的順序吹填，依次遞進(jìn)， 見圖5。

圖5 吹填施工

4.2 吹填砂粒徑控制

根據(jù)取砂區(qū)的地質(zhì)勘探報(bào)告， 按照砂質(zhì)縱向分布情況合理安排定深取砂。 挖泥船在取砂區(qū)取砂完成后， 進(jìn)行粒徑篩分試驗(yàn)。 如果試驗(yàn)結(jié)果滿足粒徑小于0.063 μm 的細(xì)砂含量不超過10%且無粒徑大于37.5 μm 的大粗粒砂的條件， 則該船泥沙可用于吹填， 否則外拋至指定拋泥區(qū)， 從源頭上控制吹填粒徑。 根據(jù)張乾等[6]的研究， 粒徑越大， 流失率越小， 在控制吹填料粒徑的同時(shí)控制了吹填砂的流失。

4.3 吹填砂流失控制

根據(jù)希爾茲曲線理論， 流速越小， 泥沙沉降越容易。 為了降低管口水流流速， 在輸砂管口安裝水流消能擴(kuò)散器。 由于消能擴(kuò)散器的作用， 將管口流出的泥沙混合物挑起并擴(kuò)散成扇形， 降低泥沙的能量， 均勻跌入吹填區(qū)。 一方面， 消能泥沙水流流速降低， 沉淀時(shí)間縮短， 減少泥沙流失[7]； 另一方面， 防止了水流過量集中， 避免對已成灘區(qū)域造成過量沖刷， 提高陸域成型平整度。

由于港區(qū)內(nèi)海流平緩， 吹填區(qū)域與岸銜接，泥沙易堆積， 結(jié)合防污帷幕的圍擋作用， 工后吹填區(qū)域水下地形自然平緩， 吹填范圍外海床高程基本無變化， 吹填區(qū)吹填前后高程分布情況見圖6。 根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算吹填成陸區(qū)域流失率為15.3%， 泥沙流失控制效果好。

同時(shí)， 流失部分泥沙在一定程度上提高了陸域吹填質(zhì)量。 無圍堰吹填施工排水路徑較圍堰吹填短， 與海洋直接相連， 細(xì)顆粒隨海流和潮汐流出吹填區(qū)。 通過合理損失一部分粉細(xì)砂， 避免了細(xì)顆粒的累積， 有利于大顆粒泥沙堆積， 含泥量極低， 含泥量較常規(guī)吹填工藝得到更好的控制，提高了陸域成型質(zhì)量。

5 結(jié)論

1)在吹填區(qū)具備掩護(hù)條件、 海流平緩且與已有陸域銜接的工況條件下， 結(jié)合防污帷幕的使用，采用無圍堰吹填施工工藝， 易于吹填料堆積， 能夠達(dá)到縮短工期、 控制流失率和環(huán)保的效果， 具有推廣意義。

2)布設(shè)防污帷幕是無圍堰吹填施工的關(guān)鍵，防污帷幕易受風(fēng)浪的影響而發(fā)生位置偏移， 施工過程中須加強(qiáng)監(jiān)督管控， 對移位的帷幕及時(shí)進(jìn)行復(fù)位， 保證防污帷幕的圍擋效果。