西南交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 蔡 焱 賀玉龍 楊立中 代科林

淺談高速鐵路橋梁鉆孔灌注樁施工對(duì)水環(huán)境的影響及防治措施

西南交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 蔡 焱 賀玉龍 楊立中 代科林

本文以京滬高速鐵路丹昆特大橋工程為例，探討和研究了該工程在跨水源保護(hù)區(qū)（即陽(yáng)澄湖）時(shí)所采用的水環(huán)境保護(hù)措施，并著重介紹了對(duì)鉆孔灌注樁中泥漿污染物的處理方法。同時(shí)結(jié)合施工實(shí)例，對(duì)泥漿的處理方法提出些合理的建議。

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我國(guó)的高速鐵路建設(shè)也得到了飛速發(fā)展。高速鐵路橋梁是高速鐵路跨越河流、湖泊、海峽、山谷或其他障礙物，以及為實(shí)現(xiàn)鐵路線路與鐵路線路或道路的立體交叉而修建的構(gòu)筑物。由于高速鐵路采用全封閉行車模式，線路平縱斷面參數(shù)嚴(yán)格要求軌道高平順性，導(dǎo)致橋梁的比例明顯增大。因此，橋梁比例大，長(zhǎng)橋多是高速鐵路橋梁的主要特征，橋梁已成為高速鐵路土建工程的主要組成部分。

在我國(guó)，高速鐵路多位于東、中部地區(qū)，這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密、水源保護(hù)區(qū)覆蓋面很大，在這些水源地進(jìn)行高速鐵路橋梁建設(shè)，其施工過(guò)程形成的鉆渣、泥漿、施工船舶污水?生活污水以及生活垃圾的流失，必然引起水中懸浮物濃度的增高，甚至形成重金屬離子污染，嚴(yán)重影響水體水質(zhì)，其中尤其以樁基施工中鉆孔灌注樁產(chǎn)生的泥漿對(duì)水源保護(hù)區(qū)的污染最為突出。因此，如何最大程度地降低高速鐵路橋梁鉆孔灌注樁施工對(duì)水環(huán)境的污染更是高速鐵路橋梁建設(shè)環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)內(nèi)容?，F(xiàn)以京滬高速鐵路丹昆特大橋跨陽(yáng)澄湖橋梁段為例，全面分析其鉆孔灌注樁施工對(duì)水環(huán)境的影響，尢其對(duì)其在防治泥漿污染環(huán)境方面所采取的措施進(jìn)行探討，為同類工程提供參考[1]。

一、工程概況

京滬高速鐵路丹昆特大橋縱貫江蘇省東部，起自丹陽(yáng)，終至昆山，全長(zhǎng)164公里。丹昆特大橋陽(yáng)澄湖橋段七次跨越陽(yáng)澄湖，總長(zhǎng)5.9公里。京滬高速鐵路陽(yáng)澄湖橋段主要位于蘇州市，陽(yáng)澄湖特大橋至西向東經(jīng)蘇州市自來(lái)水公司灣里取水口穿越陽(yáng)澄西湖至東陽(yáng)華浜陽(yáng)澄湖碼頭。經(jīng)雙陽(yáng)路。陽(yáng)澄路?陽(yáng)澄東湖。陽(yáng)澄東湖漁家燈火處繼續(xù)向東至上海[4]。

線路經(jīng)過(guò)湖區(qū)總長(zhǎng)5900m，共181個(gè)墩臺(tái)，基礎(chǔ)采用Φ1.0m和Φ1.25m鉆孔灌注樁，樁基1749根，合計(jì)111577米，外運(yùn)棄渣量合計(jì)87600m3，單根樁長(zhǎng)最大80米，最小樁長(zhǎng)45米。

其中在DK1226～DK1263區(qū)間通過(guò)了陽(yáng)澄湖水源保護(hù)區(qū)：線路從DK1266+000(元和塘，又稱常熟塘)進(jìn)入準(zhǔn)保護(hù)區(qū)；在DK1230+700（獲干浜）進(jìn)入二級(jí)保護(hù)區(qū)；在DK1233+570（湖中）進(jìn)入取水口半徑500m區(qū)域的一級(jí)保護(hù)區(qū)，在DK1234+200（湖中）出一級(jí)保護(hù)區(qū)，該段線路距水廠取水口的最近距離約380m；在DK1247+000（燕子窩）出二級(jí)保護(hù)區(qū)；在DK1263+000（青陽(yáng)港，又為昆山市界）出準(zhǔn)保護(hù)區(qū)。

二、橋梁鉆孔灌注樁施工對(duì)水環(huán)境的影響

1. 陽(yáng)澄湖湖區(qū)橋梁基礎(chǔ)施工方案主要施工工序：

施工準(zhǔn)備→圍堰抽水→鉆孔樁施工→承臺(tái)墩柱施工→堰內(nèi)場(chǎng)地清理驗(yàn)收→圍堰拆除六個(gè)階段[6]。

2. 橋梁鉆孔灌注樁主要施工工藝：

埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位→機(jī)械鉆孔→成孔→第一次清孔→安裝鋼筋籠和導(dǎo)管→第二次清孔→澆筑混凝土→鑿樁頭[3]。

3. 橋梁鉆孔灌注樁施工對(duì)水環(huán)境影響的主要污染物。

在鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中，產(chǎn)生的主要水污染物有：鉆機(jī)油、鉆渣、泥漿、和在施工中所用船舶污水，以及施工工地的生活污水和生活垃圾的流失。其中以機(jī)械鉆孔、及第一、二次清孔時(shí)所產(chǎn)生的泥漿對(duì)水環(huán)境影響最大，且最難控制。

泥漿是鉆孔施工中的重要施工材料之一，起著平衡井壁壓力、冷卻鉆頭、懸浮鉆渣以及保護(hù)孔壁等作用。在橋梁樁基施工中，不可避免地會(huì)遇到大量的鉆孔廢渣和流淌的泥漿，不但把施工現(xiàn)場(chǎng)弄得亂七八糟，給施工現(xiàn)場(chǎng)管理帶來(lái)麻煩，更重要的是它還嚴(yán)重污染環(huán)境、破壞生態(tài)或淤塞河道[2]。

三、治理措施

1. 對(duì)鉆孔泥漿的處理。

在本工程中，如果隨意排放堰中的底泥和鉆孔出碴，上浮泥沙?懸浮物將影響水體環(huán)境，根據(jù)近年來(lái)眾多橋梁工程施工的經(jīng)驗(yàn)，濁度的提高僅限于施工點(diǎn)周圍50～100m范圍內(nèi)，對(duì)水廠取水基本不構(gòu)成影響。然而事關(guān)大量人群健康的飲用水源安全問(wèn)題，基于“盡可能性小”及經(jīng)濟(jì)適用的原則，對(duì)鉆孔所出泥漿進(jìn)行簡(jiǎn)單的沉淀。過(guò)濾處理，通過(guò)專用船舶承接運(yùn)至岸邊，再用抓斗或泥漿泵轉(zhuǎn)至運(yùn)泥車輛上，運(yùn)至指定的地點(diǎn)堆放。

在本工程中，采用雙排樁筑壩圍堰的施工措施，使鉆孔樁基的水上作業(yè)改為陸地上作業(yè)?橋梁樁基施工在湖區(qū)圍堰內(nèi)要進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的泥漿池，同時(shí)，施工機(jī)械、材料停放與操作區(qū)也應(yīng)有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行具體規(guī)劃，具體控制措施如下：

（1）泥漿池：每墩位間靠近鉆孔樁處設(shè)置泥漿池，泥漿池尺寸最小應(yīng)滿足一根鉆孔樁排漿量的1.5倍，另一側(cè)用建筑垃圾(磚渣或砼塊)硬化場(chǎng)地后作為機(jī)械操作區(qū)和材料堆區(qū)。

同時(shí)注意泥漿池需采用塑料薄膜隔離，防止泥漿滲漏。

泥漿池在每根樁鉆孔完成后要及時(shí)清理漿池， 通過(guò)專用船舶承接運(yùn)至岸邊沉淀， 沉淀后的泥漿不得排入湖中，在岸邊干化后用專用槽車運(yùn)出湖區(qū)外指定地點(diǎn)排放棄，沉淀后的上清液經(jīng)檢驗(yàn)合格達(dá)標(biāo)后排入湖外水體。

（3）鉆孔樁施工完成后對(duì)將廢棄泥漿池進(jìn)行清理，鉆孔位置表面被污染的地面清理挖除，采用湖內(nèi)承臺(tái)開(kāi)挖的土體回填整平泥漿池和場(chǎng)地，棄方由當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門組織運(yùn)輸?

（3）鉆孔樁施工所用的泥漿禁止采用有毒添加劑，以減少對(duì)環(huán)境的污染。

2. 對(duì)其他水污染物的處理。

在橋梁鉆孔灌注樁施工中，除鉆孔泥漿對(duì)水環(huán)境的影響外，還有鉆渣、鉆機(jī)油污、承接船舶的柴油泄漏及施工基地的生活污水、生活垃圾等。

（1）湖區(qū)施工采用市電進(jìn)行鉆孔樁施工，現(xiàn)場(chǎng)每?jī)膳_(tái)機(jī)備用一臺(tái)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)放置場(chǎng)地作特殊的防油污措施和隔音處理?具體做法為:發(fā)電機(jī)及油桶存放區(qū)地面硬化外理，四周磚砌10CM左右高的臺(tái)階形成矩形框，鋪細(xì)砂及棉砂防止油污外泄?并定期清理坑內(nèi)油污?

（2）進(jìn)入湖區(qū)圍堰的施工機(jī)械在施工前安排專人對(duì)打樁船?泥漿船?挖掘機(jī)等設(shè)備進(jìn)行審查，設(shè)備必須持有湖區(qū)作業(yè)許可方進(jìn)行施工作業(yè)。并加強(qiáng)對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行的詳細(xì)的檢查與維修?清潔工作，保證機(jī)械具良好的性能。

嚴(yán)防柴油泄漏，污染湖區(qū)，船只用油料必須嚴(yán)格保管，防止泄漏，污染湖水；所有50t以上的施工作業(yè)和運(yùn)輸?shù)拇埃柙O(shè)置油水分離器；為防止施工船只出現(xiàn)漏油造成污染，各作業(yè)船只配備足量吸油氈，一旦發(fā)生漏油事件，要及時(shí)采取措施，將水面上的油污集中到一起，并用吸油氈及時(shí)清理。

（3）鋼筋在湖區(qū)外部的加工場(chǎng)加工成型，采用隨運(yùn)隨用的方式，模板在加工車間加工或采用定型鋼模，鋼筋和模板的除銹工作均在湖區(qū)外部進(jìn)行，模板采用食用油作為脫模劑。

（4）固體垃圾：在湖區(qū)施工段每200米設(shè)置一處垃圾桶，岸邊位置設(shè)置環(huán)保廁所， 將生活垃圾統(tǒng)一收集后由駁船運(yùn)至岸上堆放于陸上指定地點(diǎn)后，請(qǐng)當(dāng)?shù)爻鞘协h(huán)保部門定期進(jìn)行清理，不得將生活垃圾直接傾倒于湖中。

四、結(jié)論與展望

在高速鐵路施工生產(chǎn)中，橋梁基礎(chǔ)大量采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。對(duì)于廢棄泥漿的處理，目前除回收利用一小部分外，絕大部分采用直接排放和自然蒸發(fā)、沉積、干化和就地掩埋等方法進(jìn)行簡(jiǎn)單處理。也有不加處理便直接排放與施工周圍的河道等水體中的個(gè)例存在，這無(wú)疑會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境特別是水環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。為減少高速鐵路橋梁鉆孔灌注樁施工對(duì)水源保護(hù)區(qū)的影響，除了采取文中所用處理措施外，還應(yīng)該考慮以下幾方面：

（1）泥漿選用上：可以使用環(huán)保泥漿，如聚合物泥漿類，如國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的XN，美國(guó)生產(chǎn)的SM，或.聚丙烯酰胺（PHP）泥漿，這些泥漿不僅具有穩(wěn)定的護(hù)壁功能，在控制成孔質(zhì)量以及孔底沉渣等方面都能達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，更重要的是它們還具有非常好的沉渣自凈化性能，這使得鉆孔泥漿能得到循環(huán)使用，從而從源頭上減少橋梁鉆孔泥漿的產(chǎn)生量。

（2）從工藝及管理制度上：貫徹實(shí)施綠色施工原則，即工程建設(shè)中，在保證質(zhì)量、安全等基本要求的前提下，通過(guò)科學(xué)管理和技術(shù)進(jìn)步，最大限度地節(jié)約資源與減少對(duì)環(huán)境負(fù)面影響的施工活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)四節(jié)一環(huán)保(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護(hù))。如：建立良好的泥漿循環(huán)凈化系統(tǒng)、及時(shí)地測(cè)定泥漿的各種指標(biāo)等。

（3）注重施工造成的景觀影響[7]。由于施工廢水引起水質(zhì)渾濁、并引入一些漂浮物，盡管美學(xué)質(zhì)量下降不會(huì)直接影響人們的身體健康，但是會(huì)嚴(yán)重影響水體的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，包括其作為娛樂(lè)用水的欣賞價(jià)值，所以在今后的施工過(guò)程中，應(yīng)考慮到污染造成的景觀影響，以求將施工污染降到最低。

（4）對(duì)泥漿污染物的處理，除了用本工程中的方法外運(yùn)交由當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門外，也可用機(jī)械處理方法，篩選分離出固相成分，再外運(yùn)，以節(jié)約外運(yùn)成本；或用焚燒法或化學(xué)絮凝沉淀法[5]，但這些方法成本較高，對(duì)污染物處理程度不徹底且處理技術(shù)還不夠成熟，亟待進(jìn)一步研究。

[1]孫樹禮.京滬高速鐵路橋梁工程[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(6):1～4

[2]李德強(qiáng)，對(duì)鉆孔灌注樁泥漿作用的再認(rèn)識(shí)[J]，天津市政工程(1)

[3]喬春亮，橋梁水中鉆孔灌注樁施工[J]，山西建筑，2007(9)：0311

[4] 鄭啟浦.京滬高速鐵路與環(huán)境保護(hù)[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，1998(1):12～19

[5] 隆威，李立，彭善民.廢泥漿凈化與固結(jié)方法的試驗(yàn)研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，1994(6):36～38

[6] 鐵路第四勘察設(shè)計(jì)院京滬高速鐵路徐州至上海段環(huán)境影響評(píng)價(jià)[R].武漢，2008

[7] 隧道施工廢水對(duì)水環(huán)境的影響分析及應(yīng)對(duì)措施[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007，44(6)：82～84