馬來西亞關丹新深水港6#陸域無圍堰吹填技術

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)

隨著工程技術的發展， 無圍堰吹填施工技術在很多海外工程中得到應用， 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場人工島等工程[1]。 吹填工程先修筑臨時圍堰、然后進行圍堰內吹填的方法比較常見。 在充分考慮吹填料流失及環境保護等問題的前提下， 采用無圍堰吹填技術極大地簡化了修筑臨時圍堰的繁瑣工序， 具有一定的適用性。

本文以馬來西亞關丹新深水港6#陸域吹填工程為例， 介紹無圍堰吹填的施工過程、 質量控制要點及環保效果。

1 工程概況

關丹新深水港位于馬來西亞東海岸關丹市以北格賓工業港區， 是以配合“一帶一路” 重點項目馬中關丹產業園區發展修建的基建港口工程。該項目分2 期建設， 本標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， 取砂區疏浚物吹填至6#區。 根據工前進港航道疏浚區域的地質勘探報告， CH2+000 至CH4+000 段(下稱取砂區)含砂量較高且符合吹填砂質要求。為了綜合利用疏浚土， 將該區段泥沙采用耙吸挖泥船吹填至6#區， 減少后續二期碼頭后方陸域堆場的吹填工程量。 取砂區位于進港航道， 吹填區位于港池西側， 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

根據工前的地質勘探及淺剖文件， 取砂區疏浚至設計高程工程量約為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。 如果采用傳統的吹填施工工藝， 則須先進行臨時圍堰施工再進行圍堰內吹填[2]， 這勢必造成成本增加，導致吹填工期緊張， 存在極大的風險。 考慮到現場已建防波堤的掩護作用， 吹填區海流平緩， 基本無泥沙運動并且與已有陸域銜接， 吹填砂易于堆積不易流失。 同時， 經考察了解到無圍堰施工符合當地法律法規和環評報告的要求[3]， 最終確定可以在無圍堰狀態下進行吹填施工。

無圍堰吹填施工的重點在于防止吹填砂擴散，控制流失率和滿足環保要求。 防污帷幕布設是無圍堰吹填施工的關鍵技術。 因對吹填砂質要求較高， 耙吸挖泥船在取砂區取砂完成后須對裝艙砂源進行粒徑篩分試驗， 合格砂源吹填成陸， 非合格砂源拋至指定區域。 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

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， 將懸浮物擴散區域與受保護區域隔離[4]， 防止懸浮物向外擴散， 保護周圍水域環境免受污染。

在疏浚吹填工程中， 由于疏挖設備施工時對底泥形成擾動， 挖掘設備周圍局部水域污泥細顆粒擴散， 使附著在細顆粒上的污染物也在水體中擴散， 間接影響整個水域生態系統結構和功能的變化， 造成二次污染[5]。 隨著環保要求的提高，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用， 以解決作業中環境污染等問題。

3.2 選址

防污帷幕布設時應充分考慮吹填流量、 漲落潮方向及泥沙沉降效果， 結合吹填區范圍確定防污帷幕長度及圍控范圍。

防污帷幕布設的位置須將吹填坡腳線控制在帷幕范圍之內。 地形條件不同、 回填砂質不同， 吹填施工形成的水下坡比也會不同， 適當增加防污帷幕與吹填區的距離可以有效控制吹填懸浮物擴散的范圍， 達到環保要求。 同時，布設時應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， 在吹填區設計邊線外200 m 處設置長300 m 的防污帷幕。 由于本工程吹填區緊鄰港池疏浚區， 為最大程度地減少對港池疏浚施工的干擾， 防污帷幕根據吹填進度分2 期進行布設， 每期長度為150 m。

3.3 工藝及質量控制

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

圖3 防污帷幕布設流程

盡量選擇雙層纖維網的防污帷幕， 以在攔截懸浮物的同時清潔防污帷幕， 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濟性， 一般取平均低潮位高程與原始海床高程的差值。 結合當地水文情況， 帷幕高度取6 m。 為固定帷幕位置， 防止水流移動帷幕位置， 每隔15 m間距設置配重混凝土塊。 帷幕較長、 潮流影響較大時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生安全事故， 每隔50 m 安裝閃光報警燈， 并定期對防污帷幕進行巡視檢查。 損壞的淤泥幕應修復或更換， 及時清理帷幕上的垃圾及海草， 保證防污效果。

3.4 防污帷幕環保效果

基于馬來西亞環境部海水水質指數對疏浚及吹填過程的環保效果進行監控。 MWQI(海洋水質指數)是一種將海洋水質參數組合成一個客觀值來表示某一特定位置的海洋水質狀態的技術， 見表1。 通過在疏浚及吹填區域外共設置10 個監測點定期收集海水樣本， 即M1～M10， 對海水水質進行監控。

表1 基于MWQI 技術的海洋水質指數

結果表明， 因吹填區位于港池內且周圍為已建防波堤， 區域內水流平緩， 結合雙層防污帷幕的布設， 確保吹填產生的細顆粒懸浮物不擴散至周邊區域。 根據每季度海水水質指數繪制趨勢分析圖(圖4)。 可以看出， 整個監測期間大多數采樣點海洋水質良好， 部分觀測點在個別月份也能滿足中等指數范圍， 符合當地環保要求。

圖4 海水水質指數變化

4 吹填質量控制

4.1 高程控制

防污帷幕鋪設完成后， 耙吸挖泥船可進場吹填作業。 為了易于吹填砂堆積， 吹填施工順序以靠岸側開始， 逐步延伸至向海方向。 吹填過程中，設置吹填高程指示牌， 邊吹填邊測量， 當落點位置成灘后將輸砂管線延伸上灘， 逐點吹填至指定高程， 然后用推土機進行陸域整平。 當第1 個斷面完成之后， 第2 個斷面由海向岸的順序吹填，依次遞進， 見圖5。

圖5 吹填施工

4.2 吹填砂粒徑控制

根據取砂區的地質勘探報告， 按照砂質縱向分布情況合理安排定深取砂。 挖泥船在取砂區取砂完成后， 進行粒徑篩分試驗。 如果試驗結果滿足粒徑小于0.063 μm 的細砂含量不超過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， 從源頭上控制吹填粒徑。 根據張乾等[6]的研究， 粒徑越大， 流失率越小， 在控制吹填料粒徑的同時控制了吹填砂的流失。

4.3 吹填砂流失控制

根據希爾茲曲線理論， 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散器。 由于消能擴散器的作用， 將管口流出的泥沙混合物挑起并擴散成扇形， 降低泥沙的能量， 均勻跌入吹填區。 一方面， 消能泥沙水流流速降低， 沉淀時間縮短， 減少泥沙流失[7]； 另一方面， 防止了水流過量集中， 避免對已成灘區域造成過量沖刷， 提高陸域成型平整度。

由于港區內海流平緩， 吹填區域與岸銜接，泥沙易堆積， 結合防污帷幕的圍擋作用， 工后吹填區域水下地形自然平緩， 吹填范圍外海床高程基本無變化， 吹填區吹填前后高程分布情況見圖6。 根據實測數據計算吹填成陸區域流失率為15.3%， 泥沙流失控制效果好。

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

5 結論

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

2)布設防污帷幕是無圍堰吹填施工的關鍵，防污帷幕易受風浪的影響而發生位置偏移， 施工過程中須加強監督管控， 對移位的帷幕及時進行復位， 保證防污帷幕的圍擋效果。