填海造陆工程中建筑废料的绿色环保应用技术

周维，邬俊文，卢劲威

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）

0 引言

目前从建筑废料中高效筛分合格料用于填海造陆，是建筑废料综合治理方面亟须解决的技术难题[1-2]。本文以香港某大型填海工程[3-4]为例，研究了建筑废料筛分、海运、填海的全流程技术，实现了大量建筑废料的高效回收利用，节约了施工成本，解决了技术难题，取得了显著的社会和经济效益。

1 研究背景

香港某工程需造陆650 hm2，回填量1 亿m3。然而，香港政府出于对环境保护的需要，严禁本土开山取石和抽砂回填，加之内地政府海砂出口限制，工程急需寻找替代的填海材料。与此同时，香港每日产生近3 万t 建筑废料，且现阶段缺乏有效的再利用技术，导致堆填区容量已近饱和[5]。因此科学地将建筑废料应用于项目填海，这一思路进入了工程视野，给工程设计和施工提供了解决方向。

经设计分析，建筑废料填海造陆需满足如下要求。

1.1 填海造陆技术要求

建筑废料填海施工的技术要求：1）非关键区域回填：南北两侧临近海堤的草坪，停机坪等位置（对沉降要求不高）；2）材料粒度：控制100 mm 以内（保证深层水泥搅拌桩和高压旋喷桩等后续工艺的顺利实施）；3）回填总量2 000 万t，日处理量需达3.5 万t。

1.2 建筑废料的高效筛分工艺需求

香港传统的挖掘机+简易筛网分选工艺对场地需求大、效率低（仅200 t/h）、成本高；国外的一体化移动破碎筛分站对建筑废料进行分级破碎筛分，效率低（仅250 t/h），噪音大。2 种建筑废料筛分方案均不适合项目大规模填海需求，项目需创新材料分选工艺。

1.3 适合双限和环保要求的填海施工设备需求

项目需考虑合适的工程船机设备和回填施工方案，满足限高、限深和环保要求。

1）施工期间，机场原有的双跑道正常运作，飞机起降落频繁，施工区域需满足机场限高要求，限高区域不超过9.5 m。

2）随着海域回填推进，回填船舶满载吃水不得超过2 m，以最大限度扩大水上回填，减小陆上推填作业（效率低）。

3）建筑废料含泥量高，回填过程需充分考虑环保措施，严禁回填过程中泥水混合后的“黄水”扩散，造成水体污染违反地区环保法规，延误施工进展。

2 建筑废料筛分技术

境内外常见涉及筛分工艺的物料仅有石料和煤炭，其物料流动性好，筛分效果显著。然而，建筑废料含泥量大、含水率高、黏聚力强、流动性差且物料组成多元，其复杂的物料特性决定其不可借鉴石料和煤炭筛分工艺。

2.1 建筑废料筛分难点分析

通过对建筑废料的物料特性分析，考虑量大、高效、稳定运行的筛分要求，筛分工艺需解决如下难点：

1）合格物料（100 mm 以内）高效筛分问题；

2）黏性物料筛分处理问题；

3）大颗粒混凝土、石块处理问题；

4）铁器杂质对设备影响问题。

2.2 建筑废料筛分技术

1）二级筛分工艺

文献[1]在设备费、建设成本、筛分效率等方面对一级和二级筛分方案进行了对比分析，论述了二级筛分方案（见图1）具备物料有效利用率高、筛分效率高、运营成本低等优点，更适合建筑废料高效筛分和规模化回收的需求。

图1 建筑废料二级筛分工艺Fig.1 Two-stage screening process for construction waste

图2 单级与三级台阶式棒条给料机对比图Fig.2 Comparison diagram of single pole and three-step grizzly vibrating feeder

2）合格物料高效筛分

100 mm 以内合格物料高效筛分难点分析和解决方法如表1 所示。

表1 100 mm 以内合格物料高效筛分难点分析和解决方法Table 1 Analysis and solution of difficulties in efficient screening of qualified materials within 100 mm

3）黏性物料处理

黏性物料处理难点分析和解决方法见表2。

表2 黏性物料处理难点分析和解决方法Table 2 Analysis and solution for screening sticky material

4）大粒度混凝土、石块处理

大粒度混凝土、石块处理难点分析和解决方法如表3 所示。

表3 大粒度混凝土、石块处理难点分析和解决方法Table 3 Analysis and solution for difficulties in the treatment of large-particle size concrete and stone

5）铁器杂质处理

铁器杂质处理难点分析和解决方法见表4。

表4 铁器杂质处理难点分析和解决方法Table 4 Analysis and solution of difficulties in the treatment of iron impurity

3 建筑废料海运方案

项目为大规模填海造陆，为保证机场既有跑道正常运营，不得从既有陆域往海域推填施工，从而选择从海域直接填海造地与既有跑道接驳，必须采用船舶进行建筑废料的海上运输作业。

本地常规的非自航船舶，海运效率低，运输成本高。项目需制定一种高效的船舶海运方案，全方位服务于建筑废料的海上运输作业。

3.1 海运船舶分析

香港本地运输船舶主要为2 000 吨级的横鸡趸，内地多为4 000 吨级自航皮带船和平板驳船。各种船型海运分析见表5。

表5 不同船型装料方案对比Table 5 Comparison of loading schemes for different type of vessels

3.2 船舶海运方案

通过分析，以上船型均不适合建筑废料高效运输的要求。为保证建筑废料卸载效率及多功能性，考虑4 000 吨级自航平板驳上配置随船挖掘机。对该海运方案可行性进行论证：

1）常规的4 000 吨级自航平板驳无随船挖掘机。带跳板的平板驳进行物料装卸时，先将跳板搭靠码头，挖掘机通过跳板上下船进行物料装卸作业。但现场点多面广，物料卸载点需根据各个区块的施工需求灵活调配。若每个卸船点均配置2 台挖掘机浪费作业成本；若保持2 台挖掘机频繁转场，影响卸载效率。

2）为保证作业安全，常规的平板驳在海上转驳及水抛作业时，一般将挖掘机焊接固定在甲板上，该方案适合小型平板驳船。针对大型平板驳，挖掘机很难覆盖整个装载区域的物料卸载。况且，固定的挖掘机占用了甲板装载区域，影响平板驳的装载能力。

3）为保证挖掘机随船作业，全方位、全天候配合平板驳的装卸作业，需考虑合适的固定措施，使挖掘机在船舶航行或作业时均能快速固定，且固定点能全甲板覆盖。需专业设计针对平板驳船上固定挖掘机的装置。

项目研发一种自带挖掘机的自航运输平板驳船，在甲板上设置有若干个埋入式快速旋锁，将锚链穿过挖掘机的履带后与旋锁座连接，实现挖掘机固定在甲板上装卸料，保证挖掘机在不利风浪影响下亦能够保持稳定，避免发生侧滑、倾覆的风险。

4 建筑废料回填关键技术

4.1 地区常见的水上回填技术

地区常见的水上回填主要为泵砂船和横鸡趸施工作业，2 种作业方式施工方案对比分析如表6所示。

表6 地区回填施工方案分析Table 6 Analysis of regional backfill construction plan

4.2 水上回填关键技术

针对回填造陆严格的限制因素（低净空、浅吃水和环保），项目研发了自带环保帷幕的低净空、浅吃水、环保型开体驳（图3）进行水上回填，辅以自带环保帷幕定位架的自航平板驳船进行深水区域回填，加快回填进度。2 种水上回填方案对比见表7。

表7 水上回填技术方案Table 7 Technical scheme for water backfilling

图3 自带电动防污帘的低净空、浅吃水、环保型开体驳Fig.3 Environmental split barge with low headroom,shallow draft and adjustable anti-pollution curtain

5 结语

通过对建筑废料在填海造陆上的应用技术研究，形成的主要成果为：

1）研发了建筑废料从筛分、装船、海运到回填的全流程技术，实现建筑废料量大、高效筛分和环保回填的应用。

2）研制了三级台阶式低摩擦阻力棒条形的二级筛分给料机，其具有卡扣式可快速更换筛网、可调振幅的六边形筛孔振动筛，解决了建筑废料筛分的难题，实现了合格料的高效筛分。

3）研制了自带随船挖掘机的4 000 吨级自航平板驳船，实现了建筑废料海运、卸载和转驳；研制了新型浅吃水、低净空、可升降防污帘的环保型200 m3开体驳船，实现了限高条件下的水上环保回填；具备良好的施工适应性。