填海造陸工程中建筑廢料的綠色環(huán)保應(yīng)用技術(shù)

周維，鄔俊文，盧勁威

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

目前從建筑廢料中高效篩分合格料用于填海造陸，是建筑廢料綜合治理方面亟須解決的技術(shù)難題[1-2]。本文以香港某大型填海工程[3-4]為例，研究了建筑廢料篩分、海運(yùn)、填海的全流程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大量建筑廢料的高效回收利用，節(jié)約了施工成本，解決了技術(shù)難題，取得了顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

1 研究背景

香港某工程需造陸650 hm2，回填量1 億m3。然而，香港政府出于對環(huán)境保護(hù)的需要，嚴(yán)禁本土開山取石和抽砂回填，加之內(nèi)地政府海砂出口限制，工程急需尋找替代的填海材料。與此同時，香港每日產(chǎn)生近3 萬t 建筑廢料，且現(xiàn)階段缺乏有效的再利用技術(shù)，導(dǎo)致堆填區(qū)容量已近飽和[5]。因此科學(xué)地將建筑廢料應(yīng)用于項(xiàng)目填海，這一思路進(jìn)入了工程視野，給工程設(shè)計(jì)和施工提供了解決方向。

經(jīng)設(shè)計(jì)分析，建筑廢料填海造陸需滿足如下要求。

1.1 填海造陸技術(shù)要求

建筑廢料填海施工的技術(shù)要求：1）非關(guān)鍵區(qū)域回填：南北兩側(cè)臨近海堤的草坪，停機(jī)坪等位置（對沉降要求不高）；2）材料粒度：控制100 mm 以內(nèi)（保證深層水泥攪拌樁和高壓旋噴樁等后續(xù)工藝的順利實(shí)施）；3）回填總量2 000 萬t，日處理量需達(dá)3.5 萬t。

1.2 建筑廢料的高效篩分工藝需求

香港傳統(tǒng)的挖掘機(jī)+簡易篩網(wǎng)分選工藝對場地需求大、效率低（僅200 t/h）、成本高；國外的一體化移動破碎篩分站對建筑廢料進(jìn)行分級破碎篩分，效率低（僅250 t/h），噪音大。2 種建筑廢料篩分方案均不適合項(xiàng)目大規(guī)模填海需求，項(xiàng)目需創(chuàng)新材料分選工藝。

1.3 適合雙限和環(huán)保要求的填海施工設(shè)備需求

項(xiàng)目需考慮合適的工程船機(jī)設(shè)備和回填施工方案，滿足限高、限深和環(huán)保要求。

1）施工期間，機(jī)場原有的雙跑道正常運(yùn)作，飛機(jī)起降落頻繁，施工區(qū)域需滿足機(jī)場限高要求，限高區(qū)域不超過9.5 m。

2）隨著海域回填推進(jìn)，回填船舶滿載吃水不得超過2 m，以最大限度擴(kuò)大水上回填，減小陸上推填作業(yè)（效率低）。

3）建筑廢料含泥量高，回填過程需充分考慮環(huán)保措施，嚴(yán)禁回填過程中泥水混合后的“黃水”擴(kuò)散，造成水體污染違反地區(qū)環(huán)保法規(guī)，延誤施工進(jìn)展。

2 建筑廢料篩分技術(shù)

境內(nèi)外常見涉及篩分工藝的物料僅有石料和煤炭，其物料流動性好，篩分效果顯著。然而，建筑廢料含泥量大、含水率高、黏聚力強(qiáng)、流動性差且物料組成多元，其復(fù)雜的物料特性決定其不可借鑒石料和煤炭篩分工藝。

2.1 建筑廢料篩分難點(diǎn)分析

通過對建筑廢料的物料特性分析，考慮量大、高效、穩(wěn)定運(yùn)行的篩分要求，篩分工藝需解決如下難點(diǎn)：

1）合格物料（100 mm 以內(nèi)）高效篩分問題；

2）黏性物料篩分處理問題；

3）大顆?；炷?、石塊處理問題；

4）鐵器雜質(zhì)對設(shè)備影響問題。

2.2 建筑廢料篩分技術(shù)

1）二級篩分工藝

文獻(xiàn)[1]在設(shè)備費(fèi)、建設(shè)成本、篩分效率等方面對一級和二級篩分方案進(jìn)行了對比分析，論述了二級篩分方案（見圖1）具備物料有效利用率高、篩分效率高、運(yùn)營成本低等優(yōu)點(diǎn)，更適合建筑廢料高效篩分和規(guī)模化回收的需求。

圖1 建筑廢料二級篩分工藝Fig.1 Two-stage screening process for construction waste

圖2 單級與三級臺階式棒條給料機(jī)對比圖Fig.2 Comparison diagram of single pole and three-step grizzly vibrating feeder

2）合格物料高效篩分

100 mm 以內(nèi)合格物料高效篩分難點(diǎn)分析和解決方法如表1 所示。

表1 100 mm 以內(nèi)合格物料高效篩分難點(diǎn)分析和解決方法Table 1 Analysis and solution of difficulties in efficient screening of qualified materials within 100 mm

3）黏性物料處理

黏性物料處理難點(diǎn)分析和解決方法見表2。

表2 黏性物料處理難點(diǎn)分析和解決方法Table 2 Analysis and solution for screening sticky material

4）大粒度混凝土、石塊處理

大粒度混凝土、石塊處理難點(diǎn)分析和解決方法如表3 所示。

表3 大粒度混凝土、石塊處理難點(diǎn)分析和解決方法Table 3 Analysis and solution for difficulties in the treatment of large-particle size concrete and stone

5）鐵器雜質(zhì)處理

鐵器雜質(zhì)處理難點(diǎn)分析和解決方法見表4。

表4 鐵器雜質(zhì)處理難點(diǎn)分析和解決方法Table 4 Analysis and solution of difficulties in the treatment of iron impurity

3 建筑廢料海運(yùn)方案

項(xiàng)目為大規(guī)模填海造陸，為保證機(jī)場既有跑道正常運(yùn)營，不得從既有陸域往海域推填施工，從而選擇從海域直接填海造地與既有跑道接駁，必須采用船舶進(jìn)行建筑廢料的海上運(yùn)輸作業(yè)。

本地常規(guī)的非自航船舶，海運(yùn)效率低，運(yùn)輸成本高。項(xiàng)目需制定一種高效的船舶海運(yùn)方案，全方位服務(wù)于建筑廢料的海上運(yùn)輸作業(yè)。

3.1 海運(yùn)船舶分析

香港本地運(yùn)輸船舶主要為2 000 噸級的橫雞躉，內(nèi)地多為4 000 噸級自航皮帶船和平板駁船。各種船型海運(yùn)分析見表5。

表5 不同船型裝料方案對比Table 5 Comparison of loading schemes for different type of vessels

3.2 船舶海運(yùn)方案

通過分析，以上船型均不適合建筑廢料高效運(yùn)輸?shù)囊?。為保證建筑廢料卸載效率及多功能性，考慮4 000 噸級自航平板駁上配置隨船挖掘機(jī)。對該海運(yùn)方案可行性進(jìn)行論證：

1）常規(guī)的4 000 噸級自航平板駁無隨船挖掘機(jī)。帶跳板的平板駁進(jìn)行物料裝卸時，先將跳板搭靠碼頭，挖掘機(jī)通過跳板上下船進(jìn)行物料裝卸作業(yè)。但現(xiàn)場點(diǎn)多面廣，物料卸載點(diǎn)需根據(jù)各個區(qū)塊的施工需求靈活調(diào)配。若每個卸船點(diǎn)均配置2 臺挖掘機(jī)浪費(fèi)作業(yè)成本；若保持2 臺挖掘機(jī)頻繁轉(zhuǎn)場，影響卸載效率。

2）為保證作業(yè)安全，常規(guī)的平板駁在海上轉(zhuǎn)駁及水拋?zhàn)鳂I(yè)時，一般將挖掘機(jī)焊接固定在甲板上，該方案適合小型平板駁船。針對大型平板駁，挖掘機(jī)很難覆蓋整個裝載區(qū)域的物料卸載。況且，固定的挖掘機(jī)占用了甲板裝載區(qū)域，影響平板駁的裝載能力。

3）為保證挖掘機(jī)隨船作業(yè)，全方位、全天候配合平板駁的裝卸作業(yè)，需考慮合適的固定措施，使挖掘機(jī)在船舶航行或作業(yè)時均能快速固定，且固定點(diǎn)能全甲板覆蓋。需專業(yè)設(shè)計(jì)針對平板駁船上固定挖掘機(jī)的裝置。

項(xiàng)目研發(fā)一種自帶挖掘機(jī)的自航運(yùn)輸平板駁船，在甲板上設(shè)置有若干個埋入式快速旋鎖，將錨鏈穿過挖掘機(jī)的履帶后與旋鎖座連接，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)固定在甲板上裝卸料，保證挖掘機(jī)在不利風(fēng)浪影響下亦能夠保持穩(wěn)定，避免發(fā)生側(cè)滑、傾覆的風(fēng)險。

4 建筑廢料回填關(guān)鍵技術(shù)

4.1 地區(qū)常見的水上回填技術(shù)

地區(qū)常見的水上回填主要為泵砂船和橫雞躉施工作業(yè)，2 種作業(yè)方式施工方案對比分析如表6所示。

表6 地區(qū)回填施工方案分析Table 6 Analysis of regional backfill construction plan

4.2 水上回填關(guān)鍵技術(shù)

針對回填造陸嚴(yán)格的限制因素（低凈空、淺吃水和環(huán)保），項(xiàng)目研發(fā)了自帶環(huán)保帷幕的低凈空、淺吃水、環(huán)保型開體駁（圖3）進(jìn)行水上回填，輔以自帶環(huán)保帷幕定位架的自航平板駁船進(jìn)行深水區(qū)域回填，加快回填進(jìn)度。2 種水上回填方案對比見表7。

表7 水上回填技術(shù)方案Table 7 Technical scheme for water backfilling

圖3 自帶電動防污簾的低凈空、淺吃水、環(huán)保型開體駁Fig.3 Environmental split barge with low headroom,shallow draft and adjustable anti-pollution curtain

5 結(jié)語

通過對建筑廢料在填海造陸上的應(yīng)用技術(shù)研究，形成的主要成果為：

1）研發(fā)了建筑廢料從篩分、裝船、海運(yùn)到回填的全流程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑廢料量大、高效篩分和環(huán)保回填的應(yīng)用。

2）研制了三級臺階式低摩擦阻力棒條形的二級篩分給料機(jī)，其具有卡扣式可快速更換篩網(wǎng)、可調(diào)振幅的六邊形篩孔振動篩，解決了建筑廢料篩分的難題，實(shí)現(xiàn)了合格料的高效篩分。

3）研制了自帶隨船挖掘機(jī)的4 000 噸級自航平板駁船，實(shí)現(xiàn)了建筑廢料海運(yùn)、卸載和轉(zhuǎn)駁；研制了新型淺吃水、低凈空、可升降防污簾的環(huán)保型200 m3開體駁船，實(shí)現(xiàn)了限高條件下的水上環(huán)?；靥?；具備良好的施工適應(yīng)性。