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香港特区行政长官林郑月娥发表的2018年施政报告和2020年施政报告，均提出了填海1,700公顷（17平方公里）造新城市的「明日大屿愿景」。特区政府的初步工程预算耗资高达6千多亿港币、耗时长达14年。高耗资和长耗时是该项计划所面临的两个核心问题，造成这两个问题的主要原因是传统和现有的填海造岛工程方案。填海造陆岛方案必然需要和存在大量在海水面上进行的海水下施工，但是这种方式费用高、时间长，质量难以控制和保证。为此，必须改变和完善填海造陆岛的设计程序和施工步骤，攻克「明日大屿愿景」面临的两个核心难题。建议采取围海造陆岛的新工程方案，实施围海、抽水和固泥三个工程步骤。这套新方法的显著优势就是能大幅度地减少和取消在海水面上进行的水下施工工程，极大地降低工程造价和缩短施工时间，确保低价、快捷、环保、有效和保质地建成「明日大屿愿景」。

岳中琦 I 香港大学土木工程系教授

一、现有填海造岛方案与问题

自1842年开埠以来，香港在沿海岸线附近，将大量砂石填入海水来造陆，获得了7,000公顷（70平方公里）的城市土地，包括维港两岸、荃湾、沙田、屯门、大埔、将军澳，以及位于大屿山西北海岸的东涌和飞机场，这使得填海造陆造岛成为香港传统的、常用的和被广泛接受的方案。

简单地讲，所有这些填海造岛工程方案，就是用大量土石体堆倒填入海水之中，把海水挤走，形成高于海平面5米到7米的陆地或岛屿，如图1和图2所示。主要工程有三项：一是在海水中建造海墙或海堤，二是在海水中处理厚层海泥软土（或淤泥），三是在海水中填入固体砂石填料形成高于海平面的一片陆地。

图 1 ﹙ 2000 年填海建造将军澳新市工程现场﹚

图 2 ﹙ 2016 年到 2020 年填海建造机场第三跑道工程现场﹚

第一，在海水中建造海墙或海堤的方法与问题。海墙的作用有两个：海墙前面需要挡住海水和抵抗破浪冲刷，海墙后面需要挡住和稳定提高原有海床高度的厚层填土。因此，海墙需要有坚固的地基和稳固的墙体本身结构。图3是一种传统的浚挖海泥软土式海墙建造方法。它在浚挖海泥空间内部，再填入海底岩石填料，再放置重型混凝土石块（图4），形成前方抵挡海水、后方稳固填土的墙体。图5是一种新型的非浚挖海泥软土式海墙建造方法。它在海水内部原地处理加固海泥软土，再放置重型混凝土石块（图4），形成前方抵挡海水、后方稳固填土的墙体。图6是一种新型圆筒钢板桩式的海墙。它将钢板插入海水和海泥软土和冲积砂土层中，再在其内部水中原地加固海泥软土，之后再填入填料、排走海水，形成海墙内核。实践表明，使用这些方法在海水中建造海墙或海堤，在海水中填放砂土填料过程中，存在墙或堤向外部海域大变形和滑坡事故的风险。这些海墙和海堤建设一般是不防止陆地地下水向海水流动与渗透的。

第二，海泥软土处理的方法与问题。现在所有的填海造岛方法均需要在海面上对海水下海泥软土进行处理。过去是用船来梳浚挖走海泥软土，再用砂石土来填充被挖空间（图3）。浚挖方式需要清除和运走海泥，在海水中产生悬浮颗粒，会降低附近水质及影响海洋生态，同时需要海上运输倾倒海泥，增加碳排放，工程量大。近年来，香港社会的海洋环境保护意识增强，促使香港放弃了过去浚挖海泥软土式填海方法，采用了不移除海床淤泥方法（即非浚挖海泥软土式）填海造地方法（图2、图5、图6）。特别地，大量使用了深层水泥拌合方法，减低对工程对附近水质及生态环境的影响。深层水泥拌合方法是以搅拌方式将工程船上的水泥注入海泥层。在搅拌时，船上三组搅拌杆会钻入海泥层，于旋转过程中，将水泥浆与松软的海泥混合，加固海泥，成为坚硬的水泥泥土拌合复合柱。一支支水泥拌合柱在海床组合成了厚层水泥拌合土体海床，以承托在其上建造的海墙和铺设的砂土填料。

浚挖海泥软土和非浚挖深层水泥拌合方法均存在造价高和时间长的问题。现在正在施工的造地130公顷（1.3平方公里）东涌新城市东部填海工程，需要处理440万立方米海泥软土。采用浚挖海泥软土方法，需要浚挖这440万立方米海泥和海上海泥运输17,600船次倾倒。采用非浚挖深层水泥拌合方法，每1立方米海泥软土需要150公斤水泥搅拌混合加固，可能需要66万吨水泥，以每船可运480吨计算，需要海上水泥船运1,375船次。同时，需要高大海上施工装备将水泥送到海床下海泥软土中，与当地海泥软土进行搅拌混合。因此，深层水泥海泥拌合加固方法，在海面上大面积使用的情况下，造价极高，施工时间长，同时海水下使用品质难以保证。

第三，向水中填埋砂土的方法与问题。填海造岛方案需要在加固处理海墙和海床淤泥的同时，在海墙或海堤后面的填海区域，向海水中填倒固体砂土，抬高填海区域地面的高程至海拔5.5米到7.0米以上。以海水深度10米计算，填埋100公顷（1立方公里）海域，所需要的砂土填料大约为1,600万立方米。陆地土体和固体建筑废料一般都含有不少粘土和粉砂，这些细颗粒土体会漂浮在海水中污染海水，也会变成渗透性能低的饱水软土软泥，在外载荷作用下会发生长期大变形。这些废料一般都不用于填埋深部海水海床之上。海砂、河砂或机制砂渗透性能好，没有粘土等细颗粒，可用在深海水中填海，造成的海水污染和环境影响较小。

东涌新城市东部填海工程所需的总固体填料可能有40%为机制砂、60%为建筑废料。海砂、河砂或机制砂需要从外地购买、船运到香港填海区域。近年来，每立方米砂石可能需要200元港币。在2018年到2020年之间，海砂短缺可能是导致香港机场第三条跑道填海造地工程延迟的原因之一。因此，在海水中的填砂和填料工程量巨大，费用极高，时间很长，品质也难以得到完全保证。

第四，其它重要问题。填海造岛的大量工程几乎同时同步地在海面上、海底下施工，是一次性大型投资工程。因此，第四项挑战是填海区的监管和品质管理，这与陆地工程相比，需要投入更多的资源。第五项挑战是填海造陆工程完成后的土地使用问题。这块土地有厚度高达20米的填料土层，土层堆填过程缺乏加固处理，可能变得松散，含水量高，不是良好的地基土层，不能直接作为地基土，道路和地下管道铺设等建筑需要再加固。高层建筑打桩需要穿过这层厚土，地下空间需要再挖掉这层厚土，且需要地下连续墙等水平向支撑，确保能够安全开挖松土。这造成了城市建设费用的增加和时间的延长。同时，松散厚层土的渗透能力强，能够导致地下管道变形断裂、水管漏水、煤气管道漏气、污水管道漏水污染，土层上难以建造天然河流、沟渠和水库水塘，广大填海区域的天然降水也无法收集利用。

 二、新型围海造岛方案与优势

如图7所示，这套新围海造岛方案仅含有三个按照时间有序进行的工程步骤：围海、抽水和固泥。这套新方法的根本优势，就是能够取消大量在海面上进行的海水内部和海床下部高价耗时的施工工程，从而大大减少或避免传统填海造岛方案存在的多种问题。因此，围海造岛方案能够大幅度地降低工程造价、缩短工程时间、减少投资规模、便于监管和保证品质，既可以直接利用深度达20米的地下空间，减少相应的打桩长度，又能有效解决水管漏水、气管漏气等问题，更可建设河道和水塘收集天然雨水。

第一步是在海上建造地下连续隔水海墙围堰。根据海水深度和海底下土层条件，设计和建造位于水中和地下的不透水海墙或海堤的围堰。图1到图6所示的海墙和海堤可渗透水，均需要再进行隔水处理。可采用组装合成式（MiC），建造不透水、隔水的预制钢筋混凝土板地下连续墙围堰。

围堰仅仅需要隔水和抵挡海水压力和冲力，不需要抵挡厚层填料土体。施加在围堰上的作用力远远低于施加在图1到图5中海墙上的作用力。海水对海墙的总静水压力是海水深度平方的5倍，土体对海墙的水平对力可达到土体厚度平方的10倍。因此，8米深的海水对每米长的海墙总水平静水压力是320 KN（千牛顿）。按照8米深海水和填料海拔高度6米设计，14米厚的填料土对海墙的水平推力可达到1,960 KN（千牛顿）。

因此，围堰的建造成本和时间会大幅度减少。海墙围堰是线性结构工程，所需钢筋混凝土材料有限，更可分成多段施工，成倍缩短建造时间。香港具有这种隔水海墙的设计和施工实例与经验。2016年，香港3.7公里长中环湾仔绕道和港珠澳大桥海隧人工岛，使用了隔水的地下连续海墙，建设水下和地下隧道。这种隔水的钢筋混凝土地下连续墙围堰，还可以设计和建造成为公路、隧道等交通干道和输送管道。

第二步是用水泵将围墙内海水排出抽干，直接裸露出海泥软土海床，将海床变成新陆地地面。同时，可以将困在围墙内部的各种海洋生物，完全无损地运送到外部海水中。这项工程的成本和时间均极其有限度，工程监管和品质易于控制。

第三步是用各种陆地软土地基处理方法将围堰内部海泥软土原位加固。围堰内部大约有10米厚的海泥软土层。陆地软土地基加固处理方法有很多种，大面积施工造价低，施工时间可设计和控制。它们包括浚挖沟渠让海泥天然排水固结、真空预压、加载预压、超载预压、真空与堆载两合预压，以及深层水泥拌合等方法。主要工程任务是将海泥软土中孔隙水排出土体，使得土体体积收缩固结、密度和抗压强度增大，从而将海泥软土改变为承载能力高、抗压缩变形能力大的超固结、不渗透水的均质优质粘土层地基土。由于海墙围堤内部陆地面积范围大，这些海泥软土的加固处理可以按照时间顺序，分区分块进行，工程监管和品质易于控制。

与以上三项工程同步，进行围堰内部的城市规划建设，以及建筑物、管道、公路、铁路、湖泊、河道、排水系统、地下空间、填土提高地面高程工程等的设计，再按照时间先后，分区、分块和分期的进行施工建造，可达到快捷、低价、安全、保质、环保地围海造岛和建设新城市。

三、填海和围海两种造陆岛方案的对比

在上述两节中，笔者对比了现有填海造岛和新型围海造陆岛两种方案的设计施工方法。对比内容包括：海墙围堰、海水处理、海泥软土处理、填砂填料、环保、建筑桩基础、道路等地基、地下空间的开发与利用，地下水气管道、河沟水库、雨水收集利用的设计和施工。现有填海造陆岛方法都是在水中施工，工序多、工时长、造价高、相对环保、不易保证和检验施工质量，且没有任何可利用的地下空间。相比而言，新型围海造陆岛方法主要工程都是在陆地进行，工序少、工时短、造价低、极其环保、容易保证和检验施工质量，且留有大量可利用的地下空间。

2020年11月28日，特区政府表示，刚刚完成的东涌东填海段每平方米的造价是9千多港币，填海130公顷总造价近120亿港币。由于交椅洲人工岛填海的海域水位比东涌东填海的海域水位深，特区政府估算成本会增加到每平方米1.4万港币。按1,000公顷填海面积计算，填海费用将达到1,400亿港币，占「明日大屿愿景」工程总造价的23%。

以上「明日大屿愿景」工程预算造价，是按照现有的填海造岛施工方案得出的。水上施工需要大型船舶等重型工具，费用极高，时间极长。因此，采用新型围海造陆岛方案，不需要大量在海面上、海水中处理加固海泥软土（如深层水泥拌合海泥加固）的施工费用，不需要购买海砂或机制砂费用，不需要大量在海面上填倒砂料和填料施工费用，主要费用仅仅是大约25公里长的不透水海墙围堰，因此可将1,400亿填海造岛费用大幅度降低到数百亿。进一步地，「明日大屿愿景」工程初步预算中有2,700多亿港币用于公路干道和铁路建设。新型围海海墙是一项线性工程，可以作为公路干道和铁路的一部分，更可减少工程费用。

 四、新型围海造岛的可行性分析 

首先，「明日大屿愿景」能够使用新型围海造陆岛方法的一项重要因素是海水深度浅。这些规划的填海海域的海水深度在0米到8米之间，海水对海墙总水平静水压力是320 kN/m（千牛顿/每米长度）。相对钢筋混凝土板桩墙的抵挡能力，这一水平水压力很小。海水深度浅大大降低了隔水地下连续墙围堰的厚度和埋深等要求。香港积累了大量海浪作用数据和设计计算方法，能为工程施工提供支持。

第二项重要因素是有利的地下土层。它们包括大约10米厚的海泥软土层、大约5米到20米厚的砂土冲积土层，以及风化花岗岩。钢筋混凝土地下连续围堰墙，从海拔高度5.5米到墙底的总深度，大约在20米到30米之间。具体深度需要进一步设计和计算。同时，10米厚的海泥软土层含有大量粘土。在加固固结后，它们的渗透力极低，是极好的隔水层，既可防止海水从海泥软土渗透到围堰内部，又可防止任何地表水、管道水和管道气的渗漏。

第三项重要因素是海水中建设隔水海墙围堰方法。这里简单介绍一种组装合成式（MiC）预制混凝土板地下连续墙围堰方法。根据设计需要，在工厂预制长方体钢筋混凝土板。板的垂向侧面预留板与板之间的钢筋接合连接方式。如图8所示，用船上或高架上的起重机将每块板吊起，再通过板的自重和板地射出的高压细水流液化板底端土体，将板插入海底土体中，形成一块板桩地下连续墙体。再在现场，用灌注混凝土浆的方法将相邻两块板桩连接固合，形成隔水挡水挡土连续围堰墙。

第四项重要因素是围堰墙结构的稳定性。地下连续围堰墙的主要功能是隔水、挡海水和挡海浪。现有大量相关的计算和分析方法，可以确保围堰墙的稳定。

第五项重要因素是陆地海泥软土加固的处理方法。现有不少快捷、低费、环保、安全和成熟的大面积加固处理海泥软土的施工方法，可确保加固后的海泥粘土具备较高的地基土承载能力和极低渗透水能力。在其内部可以铺设各种管道、道路和沟渠，在其上部可以堆填各种固体填料，以增加地面高程。

第六项重要因素是香港自身足够的固体填料物源。新型围海造陆岛所有填料工程将都在加固了的相对坚硬的粘土陆地上进行，香港陆地施工开挖的固体废料物料都可以作为填料，按照所需步骤和时间程序，分步、分区和分片堆填和压实，完全不需要再从境外购买海砂、河砂或机砂，节省大量费用，同时完全避免这几年建造香港国际机场第三条跑道时曾因缺砂造成的困扰和延期。预制钢筋混凝土长板桩墙所需要的砂石量是极其小量的。

2007年以来，香港特区政府将大量建筑开挖的风化土体，运送到位于香港西部170公里的广东江门台山。据报道，平均每天用船运送3万多吨，到2015年2月，就花费了40多亿港币，在当地填海造陆已经达到6平方公里。因此，《行政长官 2020 年施政报告》第103条指出，「吸纳本港建筑填料而避免了运往境外填海的环境问题。」

第七项重要因素是未来城市建设的地下空间开发和利用。新型围海造陆岛方法不立即使用砂土，填埋原有被海水占据的海床以上空间，因而给未来城市建设提供了高达16米可利用的、在设计填土标高海拔5.5米以下的地下空间。同时，固结了的均质海床粘土层较厚，且承载能力高、渗透水或气能力极低，给河道、沟渠、管线和水塘建设提供了极好的地基基础土体，可汇集和利用天然雨水，也方便处理城市生活污水。

 五、小结和展望

「明日大屿愿景」可以提供大面积方便规划的新土地，是香港未来发展的希望。建议「明日大屿愿景」采用围海造岛的新方案，新方案可以攻克耗资高和耗时长这两个核心问题。新型围海造陆岛方案仅有围海、抽水和固泥三项工程，取消了大量在海水中固泥和填海等高价耗时施工，可确保低价、快捷、环保、有效和保质地实现「明日大屿愿景」。在海岛城市园林立体设计中，可安排部分地区低于海水平面，主要市政和住宅区台面高于海平面5.5米。环形围海墙堤高度大约10到15米，可建成直立城墙式，也可建成缓坡地式。围墙顶部可建成公路和人行道路，打造成海中城市靓丽风景线和旅游景点。连接香港岛和大屿山岛的公路和铁路可以与围墙相连，成为交通通道，连接港岛西部、迪士尼乐园、梅窝等地。

2020年12月5日，香港特区政府立法会通过了「明日大屿愿景」项目前期研究5.5亿港币拨款，正式启动对该项目研究。盼望特区政府继续聆听各方意见，着手研究新型围海造陆岛方案，让「明日大屿愿景」早日实现。

本文发表于《紫荆论坛》2021年3-4月号第56-62页