周維,鄔俊文,盧勁威
(中交第四航務工程勘察設計院有限公司,廣東 廣州 510230)
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、填海的全流程技術,實現了大量建筑廢料的高效回收利用,節約了施工成本,解決了技術難題,取得了顯著的社會和經濟效益。
香港某工程需造陸650 hm2,回填量1 億m3。然而,香港政府出于對環境保護的需要,嚴禁本土開山取石和抽砂回填,加之內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,香港每日產生近3 萬t 建筑廢料,且現階段缺乏有效的再利用技術,導致堆填區容量已近飽和[5]。因此科學地將建筑廢料應用于項目填海,這一思路進入了工程視野,給工程設計和施工提供了解決方向。
經設計分析,建筑廢料填海造陸需滿足如下要求。
建筑廢料填海施工的技術要求:1)非關鍵區域回填:南北兩側臨近海堤的草坪,停機坪等位置(對沉降要求不高);2)材料粒度:控制100 mm 以內(保證深層水泥攪拌樁和高壓旋噴樁等后續工藝的順利實施);3)回填總量2 000 萬t,日處理量需達3.5 萬t。
香港傳統的挖掘機+簡易篩網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目大規模填海需求,項目需創新材料分選工藝。
項目需考慮合適的工程船機設備和回填施工方案,滿足限高、限深和環保要求。
1)施工期間,機場原有的雙跑道正常運作,飛機起降落頻繁,施工區域需滿足機場限高要求,限高區域不超過9.5 m。
2)隨著海域回填推進,回填船舶滿載吃水不得超過2 m,以最大限度擴大水上回填,減小陸上推填作業(效率低)。
3)建筑廢料含泥量高,回填過程需充分考慮環保措施,嚴禁回填過程中泥水混合后的“黃水”擴散,造成水體污染違反地區環保法規,延誤施工進展。
境內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、流動性差且物料組成多元,其復雜的物料特性決定其不可借鑒石料和煤炭篩分工藝。
通過對建筑廢料的物料特性分析,考慮量大、高效、穩定運行的篩分要求,篩分工藝需解決如下難點:
1)合格物料(100 mm 以內)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)鐵器雜質對設備影響問題。
1)二級篩分工藝
文獻[1]在設備費、建設成本、篩分效率等方面對一級和二級篩分方案進行了對比分析,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、運營成本低等優點,更適合建筑廢料高效篩分和規?;厥盏男枨?。
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 以內合格物料高效篩分難點分析和解決方法如表1 所示。
表1 100 mm 以內合格物料高效篩分難點分析和解決方法Table 1 Analysis and solution of difficulties in efficient screening of qualified materials within 100 mm
3)黏性物料處理
黏性物料處理難點分析和解決方法見表2。
表2 黏性物料處理難點分析和解決方法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)鐵器雜質處理
鐵器雜質處理難點分析和解決方法見表4。
表4 鐵器雜質處理難點分析和解決方法Table 4 Analysis and solution of difficulties in the treatment of iron impurity
項目為大規模填海造陸,為保證機場既有跑道正常運營,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,必須采用船舶進行建筑廢料的海上運輸作業。
本地常規的非自航船舶,海運效率低,運輸成本高。項目需制定一種高效的船舶海運方案,全方位服務于建筑廢料的海上運輸作業。
香港本地運輸船舶主要為2 000 噸級的橫雞躉,內地多為4 000 噸級自航皮帶船和平板駁船。各種船型海運分析見表5。
表5 不同船型裝料方案對比Table 5 Comparison of loading schemes for different type of vessels
通過分析,以上船型均不適合建筑廢料高效運輸的要求。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。對該海運方案可行性進行論證:
1)常規的4 000 噸級自航平板駁無隨船挖掘機。帶跳板的平板駁進行物料裝卸時,先將跳板搭靠碼頭,挖掘機通過跳板上下船進行物料裝卸作業。但現場點多面廣,物料卸載點需根據各個區塊的施工需求靈活調配。若每個卸船點均配置2 臺挖掘機浪費作業成本;若保持2 臺挖掘機頻繁轉場,影響卸載效率。
2)為保證作業安全,常規的平板駁在海上轉駁及水拋作業時,一般將挖掘機焊接固定在甲板上,該方案適合小型平板駁船。針對大型平板駁,挖掘機很難覆蓋整個裝載區域的物料卸載。況且,固定的挖掘機占用了甲板裝載區域,影響平板駁的裝載能力。
3)為保證挖掘機隨船作業,全方位、全天候配合平板駁的裝卸作業,需考慮合適的固定措施,使挖掘機在船舶航行或作業時均能快速固定,且固定點能全甲板覆蓋。需專業設計針對平板駁船上固定挖掘機的裝置。
項目研發一種自帶挖掘機的自航運輸平板駁船,在甲板上設置有若干個埋入式快速旋鎖,將錨鏈穿過挖掘機的履帶后與旋鎖座連接,實現挖掘機固定在甲板上裝卸料,保證挖掘機在不利風浪影響下亦能夠保持穩定,避免發生側滑、傾覆的風險。
地區常見的水上回填主要為泵砂船和橫雞躉施工作業,2 種作業方式施工方案對比分析如表6所示。
表6 地區回填施工方案分析Table 6 Analysis of regional backfill construction plan
針對回填造陸嚴格的限制因素(低凈空、淺吃水和環保),項目研發了自帶環保帷幕的低凈空、淺吃水、環保型開體駁(圖3)進行水上回填,輔以自帶環保帷幕定位架的自航平板駁船進行深水區域回填,加快回填進度。2 種水上回填方案對比見表7。
表7 水上回填技術方案Table 7 Technical scheme for water backfilling
圖3 自帶電動防污簾的低凈空、淺吃水、環保型開體駁Fig.3 Environmental split barge with low headroom,shallow draft and adjustable anti-pollution curtain
通過對建筑廢料在填海造陸上的應用技術研究,形成的主要成果為:
1)研發了建筑廢料從篩分、裝船、海運到回填的全流程技術,實現建筑廢料量大、高效篩分和環?;靥畹膽?。
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,其具有卡扣式可快速更換篩網、可調振幅的六邊形篩孔振動篩,解決了建筑廢料篩分的難題,實現了合格料的高效篩分。
3)研制了自帶隨船挖掘機的4 000 噸級自航平板駁船,實現了建筑廢料海運、卸載和轉駁;研制了新型淺吃水、低凈空、可升降防污簾的環保型200 m3開體駁船,實現了限高條件下的水上環?;靥?;具備良好的施工適應性。