道路橋梁施工水環(huán)境保護(hù)措施

姚文剛，童 怡

(中海環(huán)境科技(上海)股份有限公司， 上海 200135)

0 引 言

城市化建設(shè)的推進(jìn)離不開(kāi)交通路網(wǎng)系統(tǒng)的服務(wù)和支撐。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，區(qū)域性的交通需求不斷增多，其中建設(shè)聯(lián)系城市各片區(qū)的道路橋梁既是緩解城市地面道路交通壓力、搭建城市路網(wǎng)架構(gòu)和拓展城市發(fā)展空間的核心舉措，又是加快城市建設(shè)步伐、提升城市化水平和推動(dòng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要手段。

同其他建設(shè)項(xiàng)目一樣，城市道路橋梁建設(shè)不可避免地會(huì)對(duì)周?chē)沫h(huán)境產(chǎn)生一定的影響，其中對(duì)周邊區(qū)域水環(huán)境的影響尤為顯著，包括引起水質(zhì)和水位發(fā)生變化等。因此，做好對(duì)城市道路跨河橋梁和隧道施工過(guò)程中采取的地表水環(huán)保措施的分析工作，可為工程施工過(guò)程中的水環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

本文主要針對(duì)典型城市道路橋梁和隧道建設(shè)對(duì)水環(huán)境的影響提出相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施，為工程建設(shè)和環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)，做到既發(fā)展經(jīng)濟(jì)又保護(hù)環(huán)境，進(jìn)而達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的，同時(shí)為城市道路工程施工期的環(huán)境保護(hù)提供相關(guān)技術(shù)和方法，指導(dǎo)施工單位采取有效措施進(jìn)行水污染防治。

1 橋梁施工對(duì)水環(huán)境的影響

1.1 橋梁施工概述

典型的道路橋梁工程施工主要包括橋梁上部結(jié)構(gòu)施工和橋梁下部結(jié)構(gòu)施工等。

1) 上部結(jié)構(gòu)也稱橋跨結(jié)構(gòu)，主要包括承重結(jié)構(gòu)和橋面系(橋面鋪裝、防水排水設(shè)施、伸縮縫、車(chē)行道、人行道、欄桿和燈柱等)，用以承受車(chē)輛和行人荷載，通過(guò)支座將荷載傳遞至下部結(jié)構(gòu)。

2) 下部結(jié)構(gòu)通常由橋墩、橋臺(tái)和基礎(chǔ)組成，作用是支撐上部結(jié)構(gòu)，并將結(jié)構(gòu)的重力和車(chē)輛、行人的荷載傳遞給地基。橋墩設(shè)在2個(gè)橋臺(tái)之間，支撐橋跨結(jié)構(gòu)。

1.2 橋梁施工對(duì)水環(huán)境的影響

目前城市道路橋梁上部結(jié)構(gòu)多采用預(yù)制裝配技術(shù)施工，即蓋梁和箱梁等均在施工場(chǎng)地外預(yù)制成型之后再運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)安裝。相比傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)澆筑技術(shù)，預(yù)制裝配技術(shù)能大幅度減少施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土攪搗作業(yè)量，在一定程度上減少上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)澆筑對(duì)水環(huán)境的影響。橋梁下部結(jié)構(gòu)多采用現(xiàn)場(chǎng)鉆孔灌注樁的方式施工，往往會(huì)產(chǎn)生一定量的廢棄泥漿，這也是橋梁施工過(guò)程中對(duì)區(qū)域水環(huán)境造成污染的主要原因。此外，施工場(chǎng)地和物料堆場(chǎng)的施工材料及部分橋梁施工所需的施工船舶產(chǎn)生的混合油污水也可能對(duì)區(qū)域地表水環(huán)境造成污染，具體如下。

1) 橋梁下部結(jié)構(gòu)施工產(chǎn)生的泥漿(污染物以泥沙為主)對(duì)地表水環(huán)境的影響主要表現(xiàn)為橋位附近水域懸浮物濃度的增加。

2) 橋梁施工場(chǎng)地和物料堆場(chǎng)的施工材料受暴雨沖刷等因素的影響而進(jìn)入水體，引起水體遭受污染。

3) 部分跨航道橋梁施工過(guò)程中需使用打樁船和起重船等。這些施工船的艙底水中含有從管路中漏出的水、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中漏出的潤(rùn)滑油和燃料油等組成的混合油污水。這些油污水若隨意排放，會(huì)對(duì)地表水的水質(zhì)產(chǎn)生影響。

2 橋梁施工水環(huán)境保護(hù)措施

通過(guò)上述分析可知，橋梁下部結(jié)構(gòu)的鉆孔灌注樁施工是造成水環(huán)境遭受污染的主要因素，施工物料場(chǎng)地、橋梁施工船和施工機(jī)械產(chǎn)生的油污水若處理不當(dāng)，也會(huì)對(duì)區(qū)域水環(huán)境造成污染。因此，針對(duì)這些污染因素，提出相應(yīng)的水環(huán)境保護(hù)措施。

2.1 鉆孔灌注樁施工水環(huán)境保護(hù)措施

2.1.1 施工工藝

橋梁鉆孔灌注樁施工工藝一般包括埋設(shè)護(hù)筒、鉆孔、清孔、安裝鋼筋籠和導(dǎo)管及澆筑混凝土等流程(見(jiàn)圖1)[1]。

圖1 鉆孔灌注樁主要施工工藝

護(hù)筒埋置深度一般為2～4 m，在特殊情況下增加埋置深度，以保證鉆孔和灌注混凝土順利進(jìn)行。護(hù)壁泥漿由水和黏土(或膨潤(rùn)土)按一定比例配制而成，通過(guò)機(jī)械在泥漿池和鉆孔中攪拌均勻。開(kāi)鉆時(shí)，在一定范圍內(nèi)慢速鉆進(jìn)，待導(dǎo)向部位或鉆頭全部進(jìn)入土層之后加速鉆進(jìn)。在搬運(yùn)、吊裝鋼筋籠和導(dǎo)管時(shí)，安放要對(duì)準(zhǔn)孔位，避免碰撞孔壁，就位之后立即采用鋼絲繩或鋼筋固定，確保在安放導(dǎo)管、清孔和灌注混凝土過(guò)程中不發(fā)生移位。澆筑混凝土一般采用鋼制導(dǎo)管回頂法施工，導(dǎo)管接口之間采用絲扣或法蘭連接，連接時(shí)加墊密封圈或橡膠墊，并上緊絲扣或螺栓。水下混凝土必須具有良好的和易性。

泥漿的使用貫穿整個(gè)鉆孔灌注樁施工過(guò)程，泥漿是鉆孔施工中重要的施工材料，起著冷卻鉆頭、平衡井壁壓力、懸浮鉆渣和保護(hù)孔壁等作用。

2.1.2 主要污染影響

鉆孔灌注樁施工是橋梁施工過(guò)程中對(duì)水環(huán)境造成影響的主要因素。由上述分析可知，由于泥漿的使用貫穿整個(gè)鉆孔灌注樁施工過(guò)程，在冷卻鉆頭、懸浮鉆渣等過(guò)程中起著重要作用，因此在樁基施工過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生廢棄泥漿、鉆機(jī)油和鉆渣等污染物[2]。這些污染物進(jìn)入水體之后對(duì)水環(huán)境的影響主要表現(xiàn)為橋位附近水域懸浮物的濃度升高，特別是水下構(gòu)筑物周?chē)?0～100 m范圍內(nèi)的水體中的懸浮物會(huì)顯著增加。

在道路工程前期的方案設(shè)計(jì)中，一般會(huì)對(duì)涉及橋梁的道路項(xiàng)目進(jìn)行線位比選，盡可能地避開(kāi)生態(tài)保護(hù)區(qū)和水源保護(hù)區(qū)等重要或特殊的環(huán)境敏感區(qū)。但是，作為線性工程的道路項(xiàng)目，其與現(xiàn)有道路的銜接性、經(jīng)濟(jì)可行性和與區(qū)域規(guī)劃的相符性也是工程線位比選考慮的重點(diǎn)。因此，綜合考慮各項(xiàng)因素之后，部分橋梁線位不可避免地會(huì)侵入飲用水水源保護(hù)區(qū)[3]。上述鉆孔灌注樁施工產(chǎn)生的污染物和施工船等施工機(jī)械產(chǎn)生的油污水必然會(huì)引起水中污染物的濃度指標(biāo)升高，對(duì)區(qū)域水體的水質(zhì)產(chǎn)生影響。若項(xiàng)目周邊有水廠，還有可能對(duì)水廠取水構(gòu)成嚴(yán)重威脅，進(jìn)而影響水源的水質(zhì)。

2.1.3 環(huán)保措施

針對(duì)上述橋梁樁基施工對(duì)周邊水環(huán)境的影響，需有針對(duì)性地采取環(huán)保施工方案。本文從源頭控制、循環(huán)使用和泥漿處置等3個(gè)方面進(jìn)行論述，通過(guò)選用環(huán)保型泥漿、建立泥漿循環(huán)系統(tǒng)和采取相應(yīng)的泥漿處置措施等，最大程度地減少鉆孔灌注樁施工對(duì)水環(huán)境的污染。

2.1.3.1 源頭控制——選用環(huán)保型泥漿

在鉆孔灌注樁施工過(guò)程中，若泥漿選用不當(dāng)，極易對(duì)周邊的水環(huán)境造成污染，因此在施工過(guò)程中應(yīng)選用環(huán)保型泥漿。衡量泥漿環(huán)保特性的一個(gè)主要指標(biāo)是馬氏漏斗黏度，其值越大,表示泥漿的護(hù)壁穩(wěn)定性能和沉渣凈化性能越強(qiáng)。在各類(lèi)聚合物泥漿中，XN型泥漿和聚丙烯酰胺(PHP)泥漿具有較高的馬氏漏斗黏度，具有較強(qiáng)的護(hù)壁穩(wěn)定性能和沉渣凈化性能。由于該聚合物泥漿具有較好的環(huán)保特性，在鉆孔樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中可得到循環(huán)往復(fù)使用，能從源頭上減少橋梁鉆孔泥漿的消耗量和廢棄量。

2.1.3.2 循環(huán)使用——建立泥漿循環(huán)系統(tǒng)

為減少?gòu)U棄泥漿的運(yùn)輸量及其對(duì)水環(huán)境的污染，同時(shí)加快鉆孔進(jìn)度,提高成孔質(zhì)量,循環(huán)利用工程泥漿，進(jìn)而達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)文明施工的要求，在進(jìn)行鉆孔灌注樁施工時(shí)，建議設(shè)置泥漿循環(huán)系統(tǒng)。該泥漿循環(huán)系統(tǒng)主要由造漿筒、基漿池、新漿筒、循環(huán)沉淀池、維漿池、泥漿泵和砂石泵等組成[4]，其主要原理是將鉆孔使用過(guò)的粗顆粒含量較高的泥漿通過(guò)凈化、循環(huán)、絮凝和稀釋等過(guò)程，去除其中的大顆粒沉淀，加入PHP含量高的新漿，提高其黏度，減少其失水量，優(yōu)化其性能指標(biāo)，使其重新滿足鉆孔需要。

采用泥漿循環(huán)系統(tǒng)之后，可提高施工泥漿的循環(huán)利用率，大幅度減少?gòu)U棄泥漿的產(chǎn)生量和運(yùn)輸量，進(jìn)而減少?gòu)U棄泥漿對(duì)水環(huán)境的污染。泥漿循環(huán)系統(tǒng)示意見(jiàn)圖2。

圖2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)示意

2.1.3.3 泥漿處置——采取化學(xué)絮凝沉淀或化學(xué)固化措施

鉆孔灌注樁施工作業(yè)完成之后會(huì)產(chǎn)生一定量的廢棄泥漿,目前國(guó)內(nèi)施工單位普遍采取的處理措施是將廢棄泥漿沉淀一段時(shí)間之后外運(yùn)至遠(yuǎn)郊或就地填埋處理。由于泥漿的主要成分屬于穩(wěn)定的膠體體系，很難自然沉淀，因此即使歷經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間，仍難以做到固液分離，若出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的降雨天氣，很容易使泥漿外流,污染周?chē)乃h(huán)境，并影響植物的生長(zhǎng)。為消除傳統(tǒng)泥漿處置方法的弊端，減小泥漿處置對(duì)周邊環(huán)境的不利影響，施工單位可采用化學(xué)絮凝沉淀法和化學(xué)固化法對(duì)廢棄泥漿進(jìn)行處理。

1) 化學(xué)絮凝沉淀法：該方法是目前水處理技術(shù)中重要的固液分離法之一，在生活用水、循環(huán)冷卻水和工業(yè)用水處理中有著廣泛的應(yīng)用，具有較強(qiáng)的凈化處理功能。該方法的原理是利用絮凝劑，在分散顆粒與懸浮物膠體之間施加分子力，在該作用力下膠體與顆粒相互碰撞，進(jìn)而相互凝聚，不斷重復(fù)該過(guò)程之后，顆粒的尺寸不斷變大,質(zhì)量不斷增加，最終形成絮凝體，并在重力的作用下形成固相，最終形成沉淀。水中的懸浮物在絮凝劑的作用下沉淀之后得以清除，從而達(dá)到凈化處理的效果。在廢棄泥漿絮凝沉淀處理中，將聚丙稀酰胺和聚苯乙烯等長(zhǎng)鏈狀高聚物用作絮凝劑往往能較為有效地去除泥漿中的廢棄物。

2) 化學(xué)固化法：絮凝沉淀對(duì)顆粒較小且密度較低的廢棄泥漿有較好的凈化作用，但面對(duì)顆粒較大且密度較高的廢棄泥漿，絮凝劑施加在分散顆粒與懸浮物膠體之間的分子力不足以達(dá)到使二者互相凝聚的效果，幾乎無(wú)法產(chǎn)生絮凝沉淀，凈化效果非常有限。此時(shí)需在泥漿中加入類(lèi)似凝膠或樹(shù)脂等材料的固化劑[5]，即采用化學(xué)固化法將泥漿固化，形成具有一定強(qiáng)度和重量的固體，即可進(jìn)行沉淀處置。化學(xué)固化法對(duì)于顆粒較大、密度較高的廢棄泥漿而言具有較好的凈化處理效果。

2.2 其他水環(huán)境保護(hù)措施

1) 水下混凝土泵送選用先進(jìn)的施工工藝和設(shè)備實(shí)現(xiàn)，保證泵管的剛度、耐磨性和水密性。每水下泵管在次使用完泵管之后，先采用棉花胎和柱狀清洗球?qū)ζ溥M(jìn)行清洗，再用壓縮空氣清孔，重復(fù)多次，使整個(gè)泵管內(nèi)的水全部清除。下次使用泵管時(shí)，先向其中注入清水，并用清洗球?qū)ζ溥M(jìn)行潤(rùn)滑和清洗，再用砂漿對(duì)其進(jìn)行潤(rùn)滑。

2) 橋梁施工材料堆場(chǎng)內(nèi)往往有施工所需的物料、油料和化學(xué)品等，這些物料在雨季極易受雨水的沖刷而進(jìn)入附近水體內(nèi)，因此施工物料堆場(chǎng)需盡可能地遠(yuǎn)離水體，嚴(yán)禁在水源保護(hù)區(qū)堆放施工物料或設(shè)置施工作業(yè)場(chǎng)。在將橋梁施工涉及的粉狀物料堆場(chǎng)遠(yuǎn)離水體布置的同時(shí)，需采取嚴(yán)格的遮擋掩蓋措施，避免粉狀物料落入水體引發(fā)水體污染。此外，橋梁建設(shè)中用到的各類(lèi)施工機(jī)械、船舶機(jī)械等若使用、維護(hù)不當(dāng)，易造成漏油，含油污水進(jìn)入水體之后易造成區(qū)域內(nèi)的水體受到污染，因此要求施工單位采用工藝先進(jìn)、運(yùn)行工況穩(wěn)定的施工船和施工機(jī)械，并定期對(duì)施工機(jī)械進(jìn)行維護(hù)和檢修，盡可能地減少含油污水的產(chǎn)生和跑冒滴漏現(xiàn)象的出現(xiàn)，同時(shí)做好殘油收集處置工作，避免區(qū)域水體受含油污水的污染。

3) 加強(qiáng)施工船管理。艙底水應(yīng)集中收集，定期運(yùn)至岸上集中處理，禁止隨意排放。施工作業(yè)船應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢修和維護(hù)，防止船舶燃油泄漏對(duì)水體造成污染。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，對(duì)道路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓展和完善越來(lái)越重要，其中聯(lián)系片區(qū)的道路橋梁建設(shè)是拉開(kāi)城市架構(gòu)、拓展城市發(fā)展空間的重要舉措，更是推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和改善人民生活條件的有效方式。同其他建設(shè)項(xiàng)目一樣，道路橋梁工程建設(shè)不可避免地會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生不良影響，尤其是對(duì)周邊水環(huán)境造成污染。隨著我國(guó)各城市對(duì)水環(huán)境污染的管控越來(lái)越嚴(yán)格，在施工過(guò)程中應(yīng)進(jìn)一步采取更為有效的水環(huán)境保護(hù)措施，保護(hù)受影響的水體，最大程度地減少橋梁施工對(duì)周邊水體的污染，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。