試論我國鉆孔樁成孔過程的環(huán)境保護管理現(xiàn)狀

王軍瑞

中交集團第一航務(wù)工程局，天津 300011

樁基成孔技術(shù)概括起來，主要包括鉆機、鉆具、成孔工藝（又稱工法）3大要素。國際上，將旋轉(zhuǎn)鉆成孔法用于橋梁基礎(chǔ)工程，始于1959年委內(nèi)瑞拉的馬拉開波海灣橋（譯Maracaibo橋，1961年建成）,采用PS150鉆機鉆成1.5m直徑，入土深度35m，52.6m深的樁孔，然后用直徑1.35m后張預(yù)應(yīng)力鉆孔埋入樁作為外護筒，灌注水下混凝土形成實體樁。我國鉆孔灌注樁應(yīng)用于橋梁工程的最初試驗始于1954年，大規(guī)模應(yīng)用始于本世紀(jì)60年代，因其固有的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和較強的地層適用性，顯著的社會經(jīng)濟效益，鉆孔灌注樁在基礎(chǔ)工程中得到了迅速普及和推廣。70年代中期，在河南省鄭州黃河大橋首次利用國產(chǎn)BDM（后改型BRM）型氣舉反循環(huán)鉆機，刷新了成孔直徑達2.0m的樁孔記錄：20世紀(jì)80年代后，橋梁工程向“長、大跨徑、輕型結(jié)構(gòu)、重載”方向的發(fā)展，對基礎(chǔ)支撐能力需求的大幅增長，構(gòu)成了大直徑樁發(fā)展的原動力。隨著成孔機械和成樁工藝及配套設(shè)施的改進和提高，90年代前期，湖南省湘潭湘江二大橋在總結(jié)廣東南海九江大橋無承臺、變截面大直徑樁實踐的基礎(chǔ)上，率先在90m橋跨，20.5m寬箱連續(xù)梁橋中，實現(xiàn)了Φ5.0/Φ3.5m單排無承臺變截面大直徑雙樁雙柱結(jié)構(gòu)；90年代末期，江西九江長江大橋提出了雙壁鋼圍堰內(nèi)加鉆孔灌注樁基新結(jié)構(gòu)，取代了早期的混凝土氣壓沉箱和深水管柱基礎(chǔ)，雙壁鋼圍堰成為目前深水、深基基礎(chǔ)的主要施工臨時結(jié)構(gòu)。接著，安徽銅陵長江大橋、南昌新八一大橋先后按鉆孔和沉挖形式成孔完成了Φ4.6/Φ4.0/Φ2.8、Φ4.0m大直徑樁。

隨著橋梁工程向重載、大型化工程方向的發(fā)展，成孔工藝也有了突飛猛進的發(fā)展。我國在參照國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，也以回旋成孔鉆機的產(chǎn)生和發(fā)展為標(biāo)志，逐步形成了以“壓氣反循環(huán)，泥漿護孔，回旋鉆機成孔”的常規(guī)回旋鉆成孔施工方法，即鉆削下來的鉆屑和劣質(zhì)粘土，通過泥漿的懸浮作用，飄浮在鉆削面上部，必須經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)帶回地面。帶回地面的鉆屑和劣質(zhì)粘土和占主體的泥漿經(jīng)凈化除渣系統(tǒng)處理，并適時地調(diào)整好回收泥漿參數(shù)后，回灌入原鉆孔中，形成一個泥漿循環(huán)過程。此過程連續(xù)不停地運動，共同完成反循環(huán)鉆孔樁的成孔過程。加上一些輔助鉆孔工藝技術(shù)的研制和發(fā)展，國內(nèi)已經(jīng)完成了向江河湖海的惡劣環(huán)境下，各地層的成孔作業(yè)，且最大成孔直徑已達4.5m，特殊的達7m（以“鉆”、“擴”為施工手段的大直徑樁成孔）。實體樁長達110余米。

鉆孔樁的過程關(guān)鍵就是機鉆成孔過程。然而，鉆孔樁的應(yīng)用，泥漿的采用和大型機械的采用，其固有的矛盾也不可避免的得到了放大，這就是“環(huán)境污染”。本文主要談泥漿的污染問題。

泥漿是孔壁的護身符和鉆渣的搬運工。泥漿系統(tǒng)周而復(fù)始的循環(huán)和凈化，達到固壁、攜渣、護鉆和提高成孔效率的目的。成孔過程泥漿的采用，在護孔、保鉆、攜（排）渣方面，作出了不可磨滅的貢獻。

但泥漿是一種非自然的產(chǎn)物，又在施工過程中作為輔助手段而存在。前期的施工過程，由于成孔設(shè)備的能力有限，泥漿大多采用填埋方式，即自然處理方法進行，泥水混合物在外在自然能量作用下，自然干燥失水而得以恢復(fù)土壤的自然特征。

泥漿是一種凝膠狀物質(zhì)，遵循凝膠物質(zhì)的共同特性，因此可用化學(xué)處理劑使泥漿中固相顆粒聚結(jié)沉淀，稱化學(xué)處理方法；泥漿中的固相物質(zhì)又是懸浮狀態(tài)存在于凝膠中，因此可以利用其成分密度不同的特點，采用物理處理方法處理。用自然處理方法能處理的泥漿，這是一種應(yīng)用極為有限的泥漿。絕大多數(shù)的泥漿都必須在泥水混合物中加入處理劑，使泥漿本身的性能在適鉆、排、脫渣能力上得到加強，從而更有利于成孔技術(shù)的完善。加上鉆渣和含有水泥成分的泥漿有損害環(huán)境的作用，且一般棄置泥漿PH常在10～12之間，對動植物生存的水環(huán)境帶來嚴(yán)重威脅。成孔完成后，這些泥漿的隨意排放，會給人類和與之相依存的動、植物生存環(huán)境帶來污染，造成“二次公害”。因此，必須經(jīng)嚴(yán)格的物理-化學(xué)處理后才能排出。

然而，過去長期以粗放型管理為基本特點的成孔泥漿管理上，我國絕大多數(shù)環(huán)境均采用自然處理方法進行，設(shè)備處理能力上與實施能力也存在很大的差距，在大直徑樁日益廣泛應(yīng)用的今天，這種做法已經(jīng)嚴(yán)重違背建設(shè)“綠色生態(tài)”社會的理念，必須徹底的改變。

國外對鉆孔樁泥漿的使用與排放有近乎苛刻的法律，包括對泥漿循環(huán)凈化的配套處理設(shè)備的功能的限制、處理實施的強制條件和成分固控分離的物理-化學(xué)檢驗標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行過程的監(jiān)督等，都有嚴(yán)格的實施原則，泥漿的循環(huán)凈化處理設(shè)備成龍配套，已形成了各自的體系，并轉(zhuǎn)化成了承包商的自覺行動，從而取得了良性發(fā)展。

我國的環(huán)保管理體制是以持續(xù)發(fā)展和循環(huán)綠色經(jīng)濟為特征的，必須堅持“末端治理”，（ 即：現(xiàn)場排放點和控點排放量、排放成份質(zhì)的控制），向預(yù)防“二次污染”（ 處理過程污染、堆場環(huán)境的污染）和全程監(jiān)控的轉(zhuǎn)化，在資源的高效利用和循環(huán)使用的前提下，按照“減量化、資源化、再利用”的原則進行調(diào)控。

到目前為止，對循環(huán)泥漿和棄置泥漿的管理，我國仍處于環(huán)保的初級處理階段。大部分強勢施工企業(yè)從工藝改進上加大環(huán)保投入的后勁不足。至于系統(tǒng)的泥漿循環(huán)凈化專業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)和采用，更是相形見絀了。體制的問題，涉及到社會各層面的行為規(guī)范，相信也不是一本或數(shù)本規(guī)定條文之類能解決的問題。包括建設(shè)方短期的投入增大，施工企業(yè)設(shè)備等資源投入的增大，甚至環(huán)境監(jiān)管力度和人員執(zhí)法素質(zhì)的提高，都源于此?？梢哉f，僅以一句“施工單位惡意排放”來搪塞社會自身的職責(zé)是不明智的。

對現(xiàn)有泥漿后處理資源的利用和二次開發(fā)已刻不容緩，加大處理設(shè)備的新科技投入和現(xiàn)有資源和行業(yè)整合的管理已迫在眉睫。國家及相關(guān)主管部門在體制方面的措施有待加強，特別是國產(chǎn)鉆機在泥漿物理-化學(xué)處理能力上的嚴(yán)重脫節(jié)和理念上重視不夠充分，必須給與注意。

國際上，環(huán)保型成樁手段為主要特征的工業(yè)革命，使成樁施工對環(huán)境的影響大大降低。主要表現(xiàn)在各國在摒棄一些對環(huán)境影響大的，即使是非常優(yōu)秀的工藝也得忍痛放棄，轉(zhuǎn)而開發(fā)新的替代型環(huán)保工藝，有如下幾種發(fā)展方向：

1）向泥漿最少量的成孔成樁工藝的發(fā)展，這里的特征機型是，以沖抓斗鉆機配全套管跟進為主要手段。如日本研究代表自身特色的貝諾特鉆機成孔，就地灌注樁法（Benoto 工法），且有資料表明，已開始向全套管回轉(zhuǎn)式護孔方向的發(fā)展。我國也在此基礎(chǔ)上引進了“捷程”搖管式全套管鉆機，用于國內(nèi)厚覆蓋層區(qū)域的橋梁工程樁的施工。

2）向單樁承載力提高，而對環(huán)境影響小的成孔成樁工藝發(fā)展。這里的工藝特征主要是以擴底樁和樁身承力環(huán)境的人工處理為標(biāo)志，從而引起了擴底樁和以降低材耗的預(yù)制拼裝大直徑空心樁為手段的基礎(chǔ)形式的飛速發(fā)展。

通過對擴底樁與同樁身直徑的直樁比較，前者極限荷載和單位樁體積的極限荷載均比后者大1.7～7.0倍、1.4～3.0倍。大直徑鉆（挖）孔擴底樁這種等量出土量下，大大提高承載能力的顯著優(yōu)點，在國內(nèi)外得到廣泛運用。

樁身承力環(huán)境的人工改造，主要是圍繞注漿法對樁端壓力注漿樁、樁側(cè)壓力注漿樁及樁端樁側(cè)聯(lián)合注漿樁而展開的。流態(tài)的注漿材料通過滲透、劈裂、置換、填充、壓密及固結(jié)或多種形式的組合作用，在改善地基圍土（圍巖）承力特性的同時，對樁基地層或圍巖、樁底沉淀層及樁端附近的樁周土層物理力學(xué)性能，及樁與巖、土之間的邊界條件的改善，減少成橋后的樁基的沉降量，達到提高樁的承載力的目的。

目前，注漿技術(shù)已成為飛速發(fā)展的大直徑鉆埋空心樁、沉挖空心樁、預(yù)填骨料壓漿混凝土樁（空心樁）的重要施工手段；也是工程事故處理的有力工具，它必將隨著工藝和設(shè)備以及壓注材料的研究的深入，在橋梁深基礎(chǔ)領(lǐng)域取得更大的作用。

3）泥漿設(shè)備的配套，并成就了一門專門的專業(yè)，即泥漿工程。泥漿工程設(shè)備的成龍配套，在固控處理能力上更加科學(xué)化，我國在設(shè)備的研制和投入上也有了明顯的進步。

國外先進國家的泥漿循環(huán)和凈化機械成龍配套，部分機型的功能已達到包括成孔過程的泥漿從除渣凈化到棄置泥漿的物化分離、水土分離，確保形成對環(huán)境無不適影響的濕土團全過程處理的程度，且單機單位時間內(nèi)處理量大，分離完全，機械化程度高。

這方面，我國還是一個新興行業(yè)。目前，雖然有部分泥漿凈化和處理機型投入生產(chǎn)應(yīng)用，但整體上缺乏系列化、停留在物理處理層面上的設(shè)備種類居多，且整機單位時間內(nèi)處理數(shù)量偏小，難于在整體上滿足大型工程大規(guī)模應(yīng)用和目前蓬勃發(fā)展的超大型樁基工程施工的需要。

可喜的是，目前我國在部分環(huán)境敏感地區(qū)的特大型橋梁工程招投標(biāo)過程中，引入“環(huán)境監(jiān)理工程師”對施工過程全程監(jiān)控的制度，如京張線北京官廳湖特大橋（2003 年）等，邁開了我國橋梁建設(shè)環(huán)境管理規(guī)范化的第一步，充分體現(xiàn)了我國在環(huán)保管理上跟國際的認(rèn)同和觀念的發(fā)展，顯示了我國治理環(huán)境的信心和決心，并為今后橋梁施工建設(shè)的環(huán)境管理提供了經(jīng)驗。

我們有理由期待，隨著我國經(jīng)濟改革的進一步深入，建設(shè)工程的各項制度的調(diào)整、完善和社會生產(chǎn)力的發(fā)展，這種國內(nèi)外差距只會進一步縮小和消失的。

[1]交通部一公局.交通部頒《公路施工手冊》之《橋涵》分 冊2000年修訂本《大直徑樁基施工》（暫名），1998.

[2]吳同鰲，上官興，莫建軍.大直徑樁柱工程概述.第四屆全 國大口徑工程井年會論文集，1997.

[3]李滿程，楊斌，莫建軍（執(zhí)筆），吳同鰲.橋梁大直徑樁 施工難點及對策.長沙交通學(xué)院學(xué)報，1999，3.