姜建梅

【摘要】：本文通過分析跨河橋梁基礎(chǔ)施工中產(chǎn)生懸浮物的環(huán)節(jié)因素，采用河流二維穩(wěn)態(tài)模型，預(yù)測圍堰施工對(duì)河流懸浮物濃度的影響，并利用Surfer 8繪制濃度增量等值線圖。結(jié)果表明：產(chǎn)生高濃度懸浮物的區(qū)域集中在作業(yè)區(qū)周圍，懸浮物濃度變化超過10mg/L區(qū)域可至下游110m，在此水域范圍內(nèi)水體魚類生存環(huán)境受到一定影響。同時(shí)根據(jù)分析結(jié)果提出合理防治措施。

【關(guān)鍵詞】：橋梁基礎(chǔ)；圍堰；懸浮物濃度預(yù)測；防治措施

1、引言

我國已建及在建的高速鐵路與傳統(tǒng)鐵路及國外高速鐵路相比，呈現(xiàn)高架橋多、橋梁比例大的特點(diǎn)。且由于境內(nèi)地形復(fù)雜、氣候多變，水系分布密集，高鐵所經(jīng)區(qū)域常含河流，建設(shè)中必然要以橋梁構(gòu)筑物形式進(jìn)行跨越。高鐵橋梁建設(shè)對(duì)河流水環(huán)境的影響主要集中在水中橋梁基礎(chǔ)施工階段[1]。目前國內(nèi)外大都采用機(jī)械成孔灌注樁工藝，水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要為圍堰事故造成的水環(huán)境污染，污染成分主要為鉆孔泥漿懸浮物。有關(guān)資料顯示，圍堰過程懸浮物釋放量為0.9-1.75kg/s[2]，堰內(nèi)積水抽排出來的水中懸浮物發(fā)生量在0.1-0.5 kg/s。鉆孔泥渣沉淀后上清液懸浮物濃度低于60mg/L以下。泥漿懸浮物會(huì)對(duì)局部水體水質(zhì)產(chǎn)生影響，特別是對(duì)水生生物的生存環(huán)境造成不利影響，因此進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)施工過程懸浮物的環(huán)境影響預(yù)測十分必要。

為有效分析橋梁基礎(chǔ)施工對(duì)河流水質(zhì)的影響，本文以某高速鐵路特大橋?yàn)槔?，采用河流二維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型，模擬預(yù)測某施工期圍堰事故下懸浮物的擴(kuò)散規(guī)律，有針對(duì)性的提出防治管理措施，為跨河橋梁的水環(huán)境保護(hù)提供合理依據(jù)。

2、研究方法

①預(yù)測模型

3、案例分析

3.1工程概況

以某高速鐵路特大橋跨越某河流的影響預(yù)測為例。該河流全長206公里，流域面積3847.5平方公里，特大橋跨越該河流下游，河道位于沖洪積扇上，水流平緩。受大氣降水時(shí)空影響，河流流量季節(jié)性變化很大。本工程跨越水域的橋梁總長約140m，其中水中墩5個(gè)，本橋孔跨布置為簡支梁和連續(xù)箱梁（圖3-1）。

3.2 施工工藝

本工程橋梁水中墩施工采用鋼圍堰法，由河流左岸依次進(jìn)行單墩作業(yè)。由于工程跨越該處河流常年有水，為方便橋梁基礎(chǔ)施工及機(jī)具、材料的運(yùn)輸，首先需在河面上架設(shè)施工便橋。通過已搭建的施工便橋?qū)搰哌\(yùn)抵墩位處下沉就位，抽干圍堰中的水之后拼裝鋼護(hù)筒導(dǎo)向架，采用起吊設(shè)備插打水中墩鋼護(hù)筒就位，安裝鉆機(jī)開始水上鉆孔樁施工，灌注水下混凝土?；炷练獾淄瓿珊?，進(jìn)行鉆孔樁基礎(chǔ)及承臺(tái)墩身施工，施工完畢后將圍堰拆除進(jìn)行架梁施工。水中墩施工流程匯總?cè)缦拢?/p>

搭建施工便橋→鋼圍堰加工制作→鋼圍堰組拼→鋼圍堰下沉→埋設(shè)鋼護(hù)筒→澆筑封底混凝土→搭建施工平臺(tái)→鉆孔成樁→抽水清淤→承臺(tái)施工→墩身施工→拆除圍堰→架梁施工。

由以上分析可知，施工懸浮物的產(chǎn)生主要集中在圍堰下沉、堰內(nèi)積水抽出、機(jī)械鉆孔廢棄泥漿抽出和圍堰拆除環(huán)節(jié)[3]，一旦發(fā)生圍堰事故，泄露懸浮物將對(duì)河流水質(zhì)造成不利影響。

3.3模擬參數(shù)

結(jié)合實(shí)際工況，本工程652號(hào)水中墩位于河流中心，距河流左右兩岸分別為75m、65m。該處施工對(duì)河流擾動(dòng)最大，故以此墩為例，進(jìn)行枯水期施工影響預(yù)測。

根據(jù)收集資料及現(xiàn)場調(diào)查所得數(shù)據(jù)確定河流基本參數(shù)，在此基礎(chǔ)上依據(jù)公式2計(jì)算橫向混合系數(shù)，最終確定模型參數(shù)如表3-1所示。

樁基施工作業(yè)產(chǎn)生的懸浮物源強(qiáng)與施工河流底質(zhì)、施工時(shí)的水動(dòng)力條件以及樁的直徑有關(guān)，類比相關(guān)工程施工資料，假定圍堰事故下懸浮物釋放源強(qiáng)約為1.2kg/s。

3.4結(jié)果分析

懸浮物濃度受流場影響，往上游擴(kuò)散的距離遠(yuǎn)小于下游的遷移距離，因此本評(píng)價(jià)僅對(duì)下游水質(zhì)的影響進(jìn)行預(yù)測分析?；诤恿鞫S穩(wěn)態(tài)模型，預(yù)測圍堰破裂懸浮物在河流中濃度變化。結(jié)果如下表3-2所示。

施工過程中懸浮物在河流中遷移擴(kuò)散，模擬預(yù)測單樁基礎(chǔ)產(chǎn)生懸浮物的縱向遷移（沿河流方向）距離遠(yuǎn)大于橫向遷移長度。采用surfer 8分析預(yù)測單墩作業(yè)時(shí)圍堰破裂產(chǎn)生的懸浮物濃度變化，二維河流水域中懸浮物濃度增量等值線圖如下所示（圖3-2）。

橫坐標(biāo)x=0處為單墩位置，縱坐標(biāo)表示沿河流下游的縱向距離。預(yù)測結(jié)果表明，圍堰破裂產(chǎn)生的懸浮物濃度增值≥50mg/L的水域集中在作業(yè)區(qū)周圍，橫縱向擴(kuò)散距離均在10m以內(nèi)。由于圍堰施工并沒有完全截?cái)嗔鲌觯欣谙♂尵植扛邼舛鹊膽腋∥?。另一方面，由于圍堰阻擋，附近流場產(chǎn)生局部死角區(qū)域，容易產(chǎn)生水流漩渦，導(dǎo)致下游懸浮物濃度未能均勻減少，在河流下游50m處出現(xiàn)小面積集中污染區(qū)域。

懸浮物濃度變化≥10mg/L的橫向擴(kuò)散距離控制在10m以內(nèi)，下游影響距離達(dá)到110m。根據(jù)國家漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，懸浮物人為增加量不得超過10mg/L，本工程施工使水中懸浮物濃度超過10mg/L的水域面積約為1100m2，此區(qū)域?qū)λw魚類生存環(huán)境產(chǎn)生一定影響。懸浮物濃度隨河流沖刷逐漸衰減，其縱向影響距離已超出5000m，橫向影響可至下游100m外的兩岸，但濃度變化很小，影響相對(duì)較小。

3.5 防治措施

基于水域橋梁施工對(duì)河流水質(zhì)的影響結(jié)果分析，提出以下防治措施：

（1）橋梁設(shè)計(jì)盡量采取大跨連續(xù)梁穿越河流水體，橋梁基礎(chǔ)施工應(yīng)選擇在枯水期，避免雨季施工對(duì)水質(zhì)的影響。

（2）橋梁涉水基礎(chǔ)施工中需精確控制鋼護(hù)筒下沉、底口標(biāo)高及入土深度和垂直度。嚴(yán)格遵照圍堰下沉、開挖及封底混凝土澆筑順序，規(guī)范操作圍堰內(nèi)抽水、鋼護(hù)筒割除及樁頭清理等環(huán)節(jié)。

（3）水中墩基礎(chǔ)施工建議使用天然環(huán)保泥漿，并調(diào)整優(yōu)化鉆進(jìn)工藝參數(shù)，控制廢棄泥漿排量。鉆孔施工產(chǎn)生的廢棄泥漿通過罐車運(yùn)輸至岸堤外側(cè)泥漿池沉淀處理以便循環(huán)利用。

（4）水域內(nèi)拆除圍堰、疏通河道時(shí)應(yīng)注意及時(shí)處理廢漿、棄土和廢棄物，避免對(duì)下游造成新的泥沙污染或留下破壞天然水體的永久性建筑垃圾。

（5）做好施工期水質(zhì)監(jiān)測，制定應(yīng)急預(yù)警機(jī)制，如發(fā)生意外事件造成水體污染，及時(shí)上報(bào)環(huán)保相關(guān)部門。施工前要對(duì)施工人員進(jìn)行環(huán)保培訓(xùn)，加強(qiáng)施工人員的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，規(guī)范施工行為。

4 、結(jié)論

采用河流二維穩(wěn)態(tài)模型模擬圍堰事故河流懸浮物濃度變化，可了解污染物擴(kuò)散濃度與擴(kuò)散距離的相互關(guān)系，以及對(duì)水體生態(tài)環(huán)境的影響程度。懸浮物濃度變化超過10mg/L的橫向擴(kuò)散距離在10m以內(nèi)，下游影響距離達(dá)到110m，在此水域范圍內(nèi)水體魚類生存環(huán)境受到一定影響。

水域橋梁基礎(chǔ)施工應(yīng)選擇在枯水期，嚴(yán)格控制施工各環(huán)節(jié)，規(guī)范操作。建議采用天然泥漿，廢棄泥漿沉淀處理后循環(huán)利用，拆堰時(shí)及時(shí)處理廢棄物，加強(qiáng)施工機(jī)械維護(hù)及人員培訓(xùn)。同時(shí)，建議做好施工期水質(zhì)監(jiān)測，制定應(yīng)急預(yù)警機(jī)制，一旦發(fā)生意外事件造成水體污染，及時(shí)上報(bào)環(huán)保相關(guān)部門。

【參考文獻(xiàn)】：

[1] 蔡琰.高速鐵路跨水源保護(hù)區(qū)橋梁基礎(chǔ)施工環(huán)境保護(hù)研究[D].西南交通大學(xué)，2011.

[2] 張樂嫣.青義涪江特大橋施工對(duì)濃度場影響模擬研究[D].西南交通大學(xué)，2012.

[3] 馬新強(qiáng)，付金，王俊嶺.圍堰漏水原因分析及處理措施[J]. 西部交通科技，2012，59（6）：74-77.endprint