童 輝 趙德志 陳擴晉 屈 翔 孫劍隆

中國建筑土木建設有限公司 上海 200122

1 工程概況

福建莆田填海造陸項目的陸域形成總占地面積約為28.416 km2，總投資約150億元。其中一期占地面積為15.99 km2，二期占地面積為12.426 km2，區(qū)域填海造地工程的成陸標高為＋4.14 m（高程基準面采用1985國家高程）。整個陸域南北側最大縱深為4 736 m，東西側最大寬度為8 844 m[1-3]。

本工程地處江口與三江口之間的灘涂海域，施工區(qū)域灘涂原地面高程范圍為－1.7～＋3.0 m，本區(qū)潮汐性質為不正規(guī)半日潮，潮位落差大，退潮后整個陸域形成的施工區(qū)域以及海側以外的區(qū)域均為灘涂，運砂船只滿載吃水深度約4.5 m。

依據(jù)當?shù)爻毕沓彼叱逃嬎?，每次漲潮滿足施工需要的高潮水位時間持續(xù)約45 min（達到施工條件水位），因此依據(jù)此現(xiàn)場施工情況，面對如此巨大的海砂回填任務量，找到降低施工難度的方法變得尤為重要。

2 施工方案比選

在這如此特殊的施工環(huán)境中，找到最適合的施工方法成為解決問題的關鍵，綜合現(xiàn)場情況，提出了“筑島”施工方案，并與目前常規(guī)的施工方案進行了比較[4-7]。

2.1 施工方案

2.1.1 吹砂泵船施工方案

“吹填”施工，即常規(guī)的使用吹砂泵船施工，將吹砂泵船停至適當水深處，由運砂船只乘潮運砂直接為吹砂泵船供砂，由泵船通過輸送管道將海砂泵送至施工點，再由機械設備整平，最后完成海砂回填施工。

2.1.2 絞吸船施工方案

針對現(xiàn)場施工環(huán)境及潮汐條件，小組成員提出了絞吸船的吹砂施工。主要施工方法如下：

1）在適當位置，先開挖儲砂坑。

2）對儲砂坑附近運砂船只的運行路線進行簡易航道開挖，以增加運砂船往儲砂坑供砂頻次。

3）采用絞吸船刀頭對儲砂坑海砂絞送泵壓并通過管道輸送至施工點，以完成海砂回填施工。

2.1.3 開挖臨時航道方案

開挖臨時航道為原設計陸域施工方法，針對現(xiàn)場施工環(huán)境及潮汐條件，以開挖臨時航道，用來滿足退潮后的運砂作業(yè)。主要施工方法為：

1）確定船只運砂路線，并確定海砂卸載地點。

2）開挖臨時航道，根據(jù)現(xiàn)場施工強度，確定航道深度及寬度。

3）運砂船只通過臨時航道將海砂卸載至儲砂點，經(jīng)二次倒運至施工點，完成陸域形成施工。

2.1.4 臨時“筑島”及施工便道方案

考慮現(xiàn)場施工環(huán)境及潮汐條件，為爭取最大的施工強度及作業(yè)時間，小組成員提出在陸域形成區(qū)域內填筑臨時儲砂平臺，經(jīng)運砂便道連接至施工區(qū)域，由汽車二次倒運進行海砂回填。主要施工方法如下：

1）在陸域形成區(qū)域內，乘潮填筑運砂平臺。

2）以海砂修筑施工便道，連接臨時儲砂平臺與現(xiàn)場施工地點。

3）經(jīng)自卸車二次倒運將海砂運至施工區(qū)域，再經(jīng)機械設備整平。

2.2 方案優(yōu)缺點比較

2.2.1 吹砂泵船“吹填”施工方案

優(yōu)點是遠距離施工，可以選擇高潮時較深水域，掙得更長的施工時間；采用輸送管道，泵砂地點可以很好地控制，并能很好地配合設備的后續(xù)整平施工。

缺點是依據(jù)成本測算，對泵船選擇有所限制，運砂船與泵船僅能一對一供砂，每泵一船海砂需45 min左右。泵船停在深水區(qū)，一次潮水僅能泵送2船海砂，效率較低；低潮時的工作效率更低。

2.2.2 絞吸船施工方案

優(yōu)點是遠距離施工，可以選擇高潮時的較深水域，掙得更長的施工時間；先開挖儲砂坑，乘潮在儲砂坑中儲存海砂，由絞吸船鉸刀頭將儲砂坑中砂水混合并泵送至現(xiàn)場，低潮時當運砂船只無法進行海砂供給時，絞吸船可進行儲砂坑中的海砂施工；采用輸送管道，泵砂地點可以很好地控制，并能很好地配合設備的后續(xù)整平施工。

缺點是絞吸船制作儲砂坑及簡易的運砂航道需處理較多的淤泥，設計納泥區(qū)因用海征地問題，導致大部分淤泥需外運，造成較大成本投入；雖然具備儲砂坑，但退潮后將是一片灘涂海域，儲砂坑中水用完需等待下次潮水才能繼續(xù)施工，施工時間仍無法滿足現(xiàn)場的施工強度；絞吸船在施工過程中因為鉸刀頭在砂中的位置控制難度大，故會將部分淤泥與砂一起絞起泵入陸域回填區(qū)域中，回填海砂質量難以保證。

2.2.3 開挖臨時航道方案

優(yōu)點是開挖臨時航道可以確保運砂船只在低潮時的海砂供給，且海砂流失量小。

缺點是開挖航道成本高，工期長；因為設計納泥區(qū)用海征地問題還未解決，故航道疏浚淤泥無處處理；航道后期恢復處理成本較高。

2.2.4 臨時“筑島”施工方案

優(yōu)點是運砂船只可乘潮對臨時運砂平臺進行儲砂，且可同時采用多艘船只進行儲砂作業(yè)，確保在下次潮水來之前的海砂需求量；因臨時儲砂平臺填筑位于陸域形成區(qū)域內，故“筑島”用砂最后可作為陸域回填砂使用，原地消耗，不需要對原地形進行恢復；海砂流失量小（均在施工區(qū)域）。

缺點是臨時儲砂平臺會隨著砂的壓載造成滑移，導致儲砂平臺的面積加大；臨時運砂便道邊坡受潮水沖刷嚴重。

經(jīng)過方案比選，并結合現(xiàn)場情況，本工程最終選擇第4個方案，即臨時“筑島”施工方案。

3 “筑島”施工工藝原理

“筑島”施工主要是在灘涂海域形成陸域的施工中，以不受海水潮汐以及地質等情況的影響為主要原則，從而控制施工進度及施工成本。

本工程受特殊的地理條件及環(huán)境因素的限制，以常規(guī)砂船運砂及拋砂的施工方法難以將施工效率最大化，因運砂船只滿載吃水深度約4.5 m，而依據(jù)當?shù)爻毕沓彼叱逃嬎?，每次漲潮滿足運砂船需要的高潮水位時間僅約45 min（達到施工條件水位），因此依據(jù)此條件及現(xiàn)場施工情況，工期任務繁重，將難以滿足巨大的海砂回填任務量。

在海砂回填形成陸域的施工工程中，先期在施工范圍的深水區(qū)（高潮水深5 m）處采用吹填法填筑臨時儲砂碼頭的“島嶼”和運砂通道，并通過汽車將海砂運輸至淺海區(qū)陸域。

此施工方法可以用多艘運砂船只乘潮運送海砂并以臨時“筑島”處作為臨時儲砂平臺進行海砂儲備，使陸域工程在退潮的情況下仍可繼續(xù)施工，從而縮短了成陸工期。為防止灘涂海域大面積受潮水、臺風影響，對“筑島”的地基水泥土攪拌樁進行處理，對儲砂碼頭和運砂通道設置臨時防護，保證施工過程中的安全。

4 “筑島”陸域形成施工技術

4.1 施工工藝流程

本工程“筑島”施工工藝流程為：測量放線〔施工前，在陸域形成施工區(qū)域內尋找原地面最低的區(qū)域作為碼頭（臨時儲砂平臺）的位置，漲潮時水位也是最深的〕→吹砂“筑島”→碼頭基礎處理（施工時，在碼頭基礎海側方向進行軟基處理，主要使用水泥攪拌樁進行軟基處理，防止碼頭因海砂堆放而導致滑移）→碼頭施工（碼頭面層施工和碼頭周邊防護）→連接便道施工（便道面層施工和便道周邊防護）→完成并投入使用。

4.2 施工準備

1）測量放樣。根據(jù)工程特點，在施工現(xiàn)場建立平面控制網(wǎng)，控制網(wǎng)的區(qū)域必須大于施工范圍，消除施工時對控制點可能變動的影響。

2）碼頭位置確定。碼頭尺寸定為500 m×100 m，需將碼頭定位于陸域施工區(qū)域原地面高程最低的位置，這樣在潮水位一定時，水深可以達到最大。依據(jù)設計圖紙，碼頭位置選擇原地面高程為－2.2～－1.7 m（高潮水深大于5 m）的區(qū)域進行“筑島”施工，并以柱、竿對碼頭的4個角點定點。

3）標高確定。儲砂平臺及運砂便道高程控制在歷年高潮水位線上50 cm（圖1）。

圖1 總平面布置示意

4.3 吹砂“筑島”設計與施工（儲砂平臺）

4.3.1 設計船型

通過對當?shù)厥┕ご暗恼{研，確定本工程的設計船型為1 500 m3吸砂船，船長60.0 m，船寬13.0 m，滿載吃水深4.0 m。

4.3.2 平臺頂高程計算

根據(jù)JTS 165—2013《海港總體設計規(guī)范》，按上水標準控制卸砂平臺頂高程，計算式如下：

式中：E——碼頭前沿頂高程，m；

LD——設計水位，設計高水位為3.32 m，極端高水位為4.45 m；

Δw——上水標準的富裕高程，m。

經(jīng)計算，Δw為1.00～1.04 m，卸砂平臺設計頂高程計算值為4.32～4.36 m；同時應滿足高于極端高水位0～0.5 m，因此平臺設計高程?。?.50 m（1985國家高程基面）。

4.3.3 平臺前沿設計水深

根據(jù)JTS 165—2013《海港總體設計規(guī)范》，卸砂平臺前沿設計水深D及設計底標高HD可按下列公式確定：

式（2）、（3）中：T——設計船型滿載吃水深度，為4 m；

k——風險系數(shù)，本工程為臨時工程，取k為1.05；

ΔH——潮水位的變化高程，取1 h、70%保證率2.21 m。

經(jīng)計算，卸砂平臺前沿設計底標高計算值為－2.01 m，?。?.0 m（1985國家高程基面）。

4.3.4 平臺的平面尺寸計算

根據(jù)卸砂平臺應滿足25艘船同時作業(yè)的要求，計算卸砂平臺的長度=25B（B為船的寬度）＋15d（d為富裕寬度，取10 m）=475 m，取500 m。

卸砂平臺寬度考慮由拋砂作業(yè)區(qū)（40～50 m）、卡車作業(yè)區(qū)（約40 m）、拋砂作業(yè)區(qū)與卡車作業(yè)區(qū)之間預留的一定安全距離組成，因此，卸砂平臺寬度取100 m（圖2）。

圖2 儲砂平臺平面示意

4.3.5 儲砂平臺施工方式

儲砂平臺海砂回填施工主要是以運砂船乘潮拋填海砂。

4.4 碼頭軟基處理

儲砂平臺基礎處理主要為水泥攪拌樁，防止平臺堆載海砂后滑移。

4.4.1 結構形式

采用四周袋裝砂棱體＋中間吹填砂形成平臺。

4.4.2 平臺前沿地基處理

采用水泥土攪拌樁進行處理，水泥土攪拌樁樁徑1 m，搭接寬度0.2 m，采用格柵式布置。水泥土攪拌樁固化劑采用32.5級水泥，水泥摻量為15%，水泥土90 d齡期試塊的立方體抗壓強度要求達到2 MPa。水泥土攪拌樁樁底及以下2 m范圍采用壓密注漿進行加固，注漿量為20%。施工方法為：樁機就位→正反向2組葉片鉆進成孔，同時壓漿→鉆至預定深度→關閉漿泵，2組葉片同時反向旋轉，攪拌土體→成樁完畢。

4.4.3 技術措施

1）鉆機采用雙向攪拌鉆機，水泥漿量計量裝置必須經(jīng)有資質部門標定認可。

2）正式施工前，先做不少于6根水泥攪拌樁試樁，試樁施工方法同上，主要是收集水泥漿配比、鉆進速度、提升速度、泵漿壓力等施工技術系數(shù)。

3）用電腦儀控制鉆孔深度，確保停漿面攪拌時間。

4）所有使用的水泥都過篩，水泥漿液須按確定的配合比拌制，制備好的漿液不得離析，泵送必須連續(xù)。水灰比須按確定的施工工藝要求認真控制，可采用泥漿比重計每臺班隨機檢查4次。

5）攪拌頭的直徑應每天檢查一次，其磨損量不得大于10mm，成樁直徑和樁長不得小于設計值。

6）若樁機停止施工或施工間歇時間太長時，應清洗全部管中殘存的水泥漿，直至基本干凈。

4.5 儲砂平臺工作區(qū)域面層硬化

儲砂平臺面層采用山皮石路面，厚度50 cm，由自卸車倒運，鏟車推平。

4.6 儲砂平臺周邊防護

儲砂平臺防護采用充填袋裝砂進行防護，采用階梯式吹砂作業(yè)法：第1段吹填完第1層后，吹填第2段第1層，然后再吹填第1段第2層，依次類推，循環(huán)前進施工。每只充填袋的長度為30～40 m，寬度根據(jù)施工要求進行設置；充填口布置在袋體表面，充填口數(shù)量按10 m2左右布置1個，管口直徑25 cm，充填完成后，必須將袋口系緊。

充填工序按照充填、逬漿、二次充填、袋內砂體厚度滿足設計要求的次序進行，袋體充填飽滿度控制在85%，充填厚度控制在0.5 m左右，保證充砂平整、填實，逐層加高；袋體按平行于防護堤軸線分層鋪設，堆疊整齊，上下袋體錯縫鋪設，同層袋相互擠壓。袋體逐層加高，禁止局部堤段一次性加高2層。

4.7 運砂便道施工

1）便道海砂填筑。便道主要以海砂回填為主，便道頂寬15 m，兩邊坡比為1∶10，頂高程為＋4.50 m（圖3）。

圖3 施工便道斷面示意

2）便道邊坡防護。施工便道防護主要防止浪潮的沖刷，采用土工布覆蓋坡面，以鋼管固定的方式進行邊坡防護（圖4）。

圖4 便道防護結構示意

5 結語

本施工技術對淺海、灘涂等復雜的地質環(huán)境有較強的適應性，改變陸域形成施工對潮水的依賴性（如吹砂泵船、絞吸船等），以施工區(qū)域“筑島”，作為臨時儲砂碼頭，多艘運砂船只可乘潮同時打砂至儲砂碼頭，并以施工便道的形式通往陸域施工區(qū)域，配合自卸車進行二次倒運，不受潮水影響。此“筑島”方法一次可供多艘運砂船只供砂，海砂儲存至臨時儲砂碼頭，滿足退潮期間陸域形成海砂回填的海砂需求量，施工工作面大。施工完成后不需要進行碼頭清除，最后將臨時儲砂碼頭降至陸域設計標高即可，不會造成海砂損失。此方法不受潮汐影響，可24 h不間斷作業(yè)，且二次倒運距離遠小于吹砂泵船的吹填距離，施工速度快，社會可組織資源多，整體投入資金少，節(jié)約成本，比較經(jīng)濟。

本施工技術順利地解決了陸域形成施工受施工環(huán)境及潮水條件的影響嚴重的問題，保證了施工質量，節(jié)約了工期，節(jié)省了成本，得到了當?shù)卣块T及業(yè)主的肯定。同時積累了施工經(jīng)驗，為將來同類項目的施工提供了技術依托。