業內要聞    l    澳門   <檔案    <快訊    <下一頁 2020年04月10日 內港防潮牆治水項目設計概念的主要挑戰 澳門內港防潮牆治水項目設計概念的主要挑戰     作者：李熙爗（Lee Hay Ip），澳門註冊土木工程師及澳門特區政府城市規劃委員會委員 (2014-2020)   天鴿和山竹水災後政府內港中期治水計劃 澳門在2017及2018年都經歷了兩個十號風球颱風(天鴿及山竹)的災難性破壞。而天鴿帶來的歷史性風瀑潮更奪取了十條生命。天鴿的水，浸範圍大約函蓋了三分一個澳門半島,其中內港最為嚴重。外港及路環舊城區也遭受到不同程度的破壞。水位最高峰時的紀錄在內港超過1.8米水深(約msl+3.8m)1，山竹因雨量較多水浸範圍更廣及退水較慢，包括了大約半個澳門。但風暴潮水深不及天鴿，內港水深大概約在 1.3米 (+3.3米msl)。       澳門政府早於2012年在天鴿之前制定了長期治水的方案。初步概念是在媽閣至灣仔建造泰晤士河活動式擋潮閘。本人對擋潮閘方案頗有保留2, 政府到現時還未有初步可行性報告. 政府也顯示了治水的決心, 在天鴿及山竹之後也定出了一個中期治水方案包括了在媽閣至林茂塘現有海堤一帶, 建造一度1.5米高(即是牆頂最低約 +3.5米msl) 全長 2.2 公里防潮牆 (圖1)。本文討論這個項目設計和施工的主要問題。 （圖 1） 海水入陸三管道 撇開這米半高的防潮牆影響景觀視野，在岸邊興建一堵牆究竟能否防止“水浸澳門”？一般來說，海水進入本澳內陸有三管道3：第一是當海平面高過陸地平面，水流直接進入；第二是透過排水系統，即海水經過出水口、入水口進入陸地，此乃海水倒灌的主要成因；第三，現時的舊海堤並非爲防水而設計，內港是上世紀首二十年填海而成4，海堤用沙、大石而建，疏水度高、滲水能力強，海水可經過海堤進入岩土層，滲出路面。在沿岸建造防潮牆，最多只可以擋得住第一個管道入水. 並且在設計和施工卻會有不少問題。   地質複雜對打樁和灌漿帶來極大挑戰 項目一帶是填海地始於大約100年前 (圖2)。用來填海的物料一般以砂質土為主。但因存在分期分段施工, 海堤亦以不同方式建造而成。再加上這一帶也建造了很多碼頭,木建築物及樁基礎等物料，沿線填土層可能由木頭,大石,散石等組成 (圖3）。故此填土層存在不同大小的不均勻級配 (gap graded sands) 的砂質物料。再加上一般沒有壓實的情況, 形成了這一帶地質複雜，低密度( 鬆軟), 沒有防水土流失的過濾能力 (soil filter design) 及低受沖蝕能力的情況。 （圖 2） （圖 3） 這個地質條件會直接影響沿岸防潮牆設計如下 :  基礎設計 : 一般低承載能力 (low bearing capacity) 地質,雖然牆身垂直苛載較低，但牆要承受較大的側向水力加風浪動力, 估計淺基礎將較難滿足設計要求。然而主要因為地質包括散石及木頭，深基礎, 例如迷你樁等，鑽孔時預料遇到困難之外，亦有可能遇到鑽孔水循環流失的情況。令到在設計及施工都會遇上極大的挑戰。 防滲水設計 : 主要因為這一帶填土層是由低密度不均勻級配(gap graded sands) 沙質土組成，一般水滲透性較高。在天文大潮或風暴潮時, 除了通過排水管倒灌之外,海水也會經過破舊的百年海堤(圖3)及牆底填土沙滲透倒流入內陸。故此牆底一帶亦要防止海水倒入。而其中一個方法就是灌漿。然而, 也因地質滲透系數高，空隙率 (void ratio) 較大，罅隙多。加上破爛的舊海堤，初步估計灌漿會隨著空隙及舊海堤流入內港及地底各處，造成大量的流失和極大環境破壞。同時不均勻級配沙土也應未能滿足由不同大小的粿粒分佈的防過濾的功效(filter criteria), 更加劇了在潮漲潮退時(包括歷史上的風瀑潮) 土壤沖蝕(水土流失)的情況。增加了這一帶地質特性的複雜性及對地基設計和灌漿的難度。   灌漿滲入地下管網 內港一帶新舊地下管線密集, 很多舊管已經殘破及位置資料不足, 以往在內港一帶進行小型灌漿項目和在建造迷你樁，灌漿時也發生過泥漿被壓過管道的裂縫和夾口, 直接進入沙井和屋內, 造成相當大的破壞. 而要在2公里內進行大面積灌漿時, 灌漿工程將會十分浩大, 這個發生的機會會很高及可能造成極大的問題。   設計概念和韌性治水概念背道而馳 建牆其中的一個設計挑戰就是決定設計高度，萬一風暴潮高過一點五米，例如再來一個‘天鴿’，會否有第二道防線，例如臨時蓄洪區、大水池等蓄水？一旦牆的承受力不足，被洶湧的海水沖塌，水流入城的速度將更快、威力更大，比不築牆的破壞可能更大。         這個防潮牆的設計正正是與水對抗概念。 在世界各地洪水管理的歷史進程中“與水對抗”(包括傳統加高堤防、增設抽水機、防堵水患、與水爭地) 的防洪設計概念往往不能解決問題，反而造成更嚴重的水災。任何防洪設施，例如防洪牆、水壩都有設計極限，但在氣候轉變及人為因素下自然災害的破壞力則是無法估計的。即使經過大量數據及資料分析下建造的防洪牆，依賴過時的治水概念，都有潰堤的可能。2005年8月美國熱帶風暴卡特裡娜（Hurricane Katrina）橫掃東南各州，包括密西西比州及路易士安娜州等，風暴引起海水倒灌，其中新奧爾良市為最嚴重的受災區，防洪堤壩倒塌，約八成市區被水淹沒，死亡人數多於650人，單是新奧爾良市的經濟損失可達1,000億美元。 （圖 4）       筆者在80年代也有參與這度倒塌了新奧爾良市堤壩的地基穏定性分析，而新奧爾良市的防洪牆與本澳政府現時建議的防洪牆設計相似，堤壩均是圍繞河邊建造，而新奧爾良市在築堤後，地層逐年下陷、洪水侵蝕堤防基礎，雖然在設計上的數據被認為是萬無一失，然而人算不如天算，颶風風暴潮及風力都超出建造時的防洪標準，最終釀成堤壩倒塌的悲劇 ( 圖 4 和 5 )，是天災，也或是人禍。至今還是耿耿於懷，所以由經驗所得，一個要依賴精確數據但沒有一個後備緩衝區而設計的防洪工程，難以作為有效的解決的方案，或會造成更大的損害。這是與現時世界各地進行“韌性城市”（resilient cities）及 “與水共存”（working together with water）的概念背道而馳。  （圖 5） 排水管出口加活板蓋的問題 海水倒灌始終難以處理，現在採用在排水管出口加活板蓋的效果一般不理想，因澳門水質含沖積沙量高, 活板蓋屢遭沙石卡住，水流不得進出。長期保持活板蓋有效用也是一個大難題。 興建牆後排水更慢 亦需思量的是興建牆後，伴隨風暴潮的雨水如何排出？防潮牆可能令退潮時排水出海的條件更差。而根據經驗, 如加上單向活閘, 主要因為個活閘前後水壓差數的要求, 一般效果不佳. 有與無閘差別不大。   總結 總括來說，除了水利及水力的考量，估計地質情況和適當的施工方案直接影響防潮牆的效用和施工時周邊環境，而設計都只是理論, 施工經驗才是真正考驗.  這個工程一定要細心批審地基及灌漿施工方案。 尤其是在灌漿方面，施工方案必要盡量減少流失到內港及滲入現有管道的措施. 也要認真考慮灌漿質量和收貨標準。因為項目包括要封密2.2公里的範圍，工程浩大。建議有關部門考慮先進行試段灌漿和基礎工程。從中獲取在施工各方面的資料，之後再作進行優化程式及方案，已達到最佳預期效果。不然,  一不小心的話, 這個防災設施或可能變成一個造成災難的建設。     《 作者: 李熙爗 (Lee Hay Ip) - 2020年4月 》   關於作者 李熙爗在澳門粵華中學畢業後在美國加洲大學柏克來分校 (University of California, Berkeley) 獲取土木工程學士, 碩士, 和博士.  他是澳門註冊土木工程師, 美國加州註冊土木工程師(PE), 美國加州註冊岩土工程師(GE). 自1985年参與多項大小型水壩, 隧道, 輕軌, 填海, 大型屋苑等工程設計, 地質改良, 施工及監理顧問, 他也是澳門特區政府, 城市規劃委員會委員 (2014-2020), 文化遺產委員會委員 (自2017)。 參考資料 李熙爗（2019）”與水對抗或共存? 天鴿風災後澳門治水方向簡談“澳門日報, 蓮花講場，2018年7月11日。 澳門日報”擋潮閘複雜非唯一良方“ 2018年10月18日。 澳門日報”工程界指矮牆抗水效果微“ 2018年2月22日。 李熙爗（2018）”地質條件及岩土工程在澳門治水防災項目的角色“ 澳門岩士工程協會研究會場刊2018年10月。 據〈澳門中世紀風格的形成過程〉一文所附圖改繪，參閱[葡] 巴拉舒：〈澳門中世紀風格的形成過程〉，《文化雜誌》中文版第35期1998年。 馬寧, 吳樹榮(2015), “晚清澳門旅遊業的萌芽, 城市發展與管理的配套”, 澳門史專題研究. 文化雜誌, 中文版第九十六期2015 年秋季刊. 澳門特區政府文化局出版。 其它有關報道 建擋潮閘作為內港治水的主體工程 http://www.macaobuild.net/newsV.asp?id=346 荔枝碗防洪方案包括建堤岸及景觀湖 http://www.macaobuild.net/newsV.asp?id=226   李熙爗（Lee Hay Ip）