生態(tài)敏感庫區(qū)深水大跨鐵路橋梁綠色施工技術(shù)研究

田 偉

(中國鐵建大橋工程局集團(tuán)第一工程有限公司 遼寧大連 116033)

1 工程概況

池黃鐵路正線設(shè)計(jì)為雙線350 km/h的高速鐵路，太平湖特大橋?yàn)楸揪€的控制性工程，橋梁全長926.1 m，其中主橋長788 m，采用(48＋118＋2×228＋118＋48)m雙線三塔矮塔斜拉橋形式，橋位位于太平湖東北角，自北向南跨越太平湖，太平湖位于黃山市黃山區(qū)境內(nèi)，是修建陳村水庫形成的高山峽谷型湖泊，為安徽省最大的人工湖，為國家濕地公園和省級風(fēng)景名勝區(qū)，橋址處湖面寬約730 m，最大水深約43 m，4＃～7＃主墩均位于深水區(qū)?；A(chǔ)采用雙壁鋼吊箱深水高樁承臺鉆孔灌注樁形式，樁基設(shè)計(jì)為3 m大直徑深水嵌巖樁，最大樁長45.5 m，水中承臺距離湖底35.5 m，承臺施工采用雙壁鋼吊箱圍堰[1]。

太平湖特大橋穿越重要生態(tài)敏感區(qū)[2]，環(huán)境敏感點(diǎn)多，生態(tài)保護(hù)壓力大，須將施工對生態(tài)環(huán)境的影響控制到最低限度，最大限度地減少對山體和植被的破壞[3]，減少對湖水水質(zhì)的影響。

2 綠色施工技術(shù)總體方案研究

2.1 綠色施工概念

綠色施工是在保證質(zhì)量、安全等基本要求的前提下，通過科學(xué)管理和技術(shù)進(jìn)步，最大限度地節(jié)約資源，減少對環(huán)境的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)?！?節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水、節(jié)地和環(huán)境保護(hù))的建筑工程施工活動[4]。

2.2 綠色施工技術(shù)總體方案

通過對太平湖特大橋施工工序分析可知，對水質(zhì)產(chǎn)生影響主要集中在下部結(jié)構(gòu)施工，特別是位于深水中的基礎(chǔ)施工，需采用綠色施工技術(shù)[5]對敏感水體進(jìn)行有效保護(hù)，通過優(yōu)化施工組織方案、強(qiáng)化綠色施工技術(shù)措施、制定橋梁施工期環(huán)保措施，加強(qiáng)施工過程中的管控，達(dá)到綠色施工的目的，總體方案研究主要為:

(1)總體施工組織方案研究

對太平湖特大橋施工組織方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，由“兩岸組織施工”優(yōu)化為“單側(cè)施工組織”，在大里程側(cè)布設(shè)大臨設(shè)施，避免了對小里程側(cè)生態(tài)環(huán)境的破壞，有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境并節(jié)能減排。

(2)鋼棧橋綠色施工技術(shù)研究

結(jié)合太平湖特大橋特殊的水文地質(zhì)條件，鋼棧橋上部采用鐵建特種桁梁，加大棧橋跨度，快速拉通施工棧橋；鋼棧橋設(shè)計(jì)為一種密閉式橋面，并設(shè)置雨污水處理系統(tǒng)，雨污水經(jīng)處理后外排，實(shí)現(xiàn)施工區(qū)污水零排放的目標(biāo)。

(3)深水淺覆蓋層大直徑嵌巖樁基綠色施工技術(shù)研究

設(shè)計(jì)一種深水大直徑樁基泥漿循環(huán)及廢漿再利用綠色施工方法，將泥漿全部循環(huán)重復(fù)利用，最后廢漿經(jīng)固化后運(yùn)至棄渣場；并考慮合理利用鋼圍堰結(jié)構(gòu)，有效隔離水環(huán)境。

(4)承臺、墩身綠色施工技術(shù)研究

承臺采用雙壁鋼吊箱圍堰進(jìn)行施工，將施工圖設(shè)計(jì)的原位拼裝下放優(yōu)化調(diào)整為整體拼裝浮運(yùn)方案，并合理利用雙壁鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)進(jìn)行承臺結(jié)構(gòu)施工；主墩墩身施工主要采取合理的養(yǎng)護(hù)措施，減少養(yǎng)護(hù)用水對水質(zhì)的影響。

3 綠色施工關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 施工組織方案研究

施工圖批復(fù)的施工組織方案:太平湖特大橋地理位置特殊，交通條件差、無道路到達(dá)橋位處；考慮兩岸分別修建便道到達(dá)橋位處，后搭設(shè)鋼棧橋組織水中墩施工，然后進(jìn)行鋼圍堰承臺、墩身及上部結(jié)構(gòu)施工，以棧橋溝通鉆孔平臺和陸上及墩臺間交通聯(lián)系，在3?！?＃、6?！?＃墩之間修建施工棧橋，5＃ ～6＃墩之間不設(shè)棧橋，可滿足通航要求。

鑒于太平湖特大橋的特殊地理位置，且小里程側(cè)為我標(biāo)段起點(diǎn)位置，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際踏勘情況，為減少對對太平湖生態(tài)環(huán)境的影響，對太平湖特大橋施工組織方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，采取大里程單側(cè)進(jìn)入組織施工，在大里程側(cè)布置建設(shè)拌和站及鋼筋鋼構(gòu)廠，避免了對小里程側(cè)生態(tài)環(huán)境的破壞。

調(diào)整后的施工組織方案:從既有S103省道修筑便道至大里程橋位處，在太平湖內(nèi)設(shè)置貫通鋼棧橋，并在6＃、7＃主墩之間設(shè)置通航孔，保證施工期間太平湖內(nèi)通航，所有機(jī)械設(shè)備、材料等均由大里程單側(cè)進(jìn)入，在大里程側(cè)布設(shè)大臨廠站。

3.2 鋼棧橋綠色施工技術(shù)研究

鋼棧橋作為深水橋梁施工重要的必不可少臨時(shí)交通設(shè)施，溝通陸上與水中墩間交通聯(lián)系，在建設(shè)及使用過程中會對太平湖生態(tài)環(huán)境造成影響。主要集中以下兩方面:

(1)鋼棧橋建設(shè)過程中會對太平湖湖底土體及水體造成影響。

(2)作為交通運(yùn)輸通道，施工機(jī)械跑、冒、滴、漏及露天機(jī)械設(shè)備被雨水沖刷后產(chǎn)生的油污，也可能對太平湖水質(zhì)造成污染。

3.2.1 深水大跨鋼棧橋結(jié)構(gòu)

太平湖特大橋跨湖鋼棧橋承重梁采用新型組合式桁梁(鐵建特種桁梁)，節(jié)段長度4 m，桁高均為2 m，引入高速鐵路工程超深水庫區(qū)鋼棧橋設(shè)計(jì)中，增大棧橋的跨越能力，有效減少水中鋼管樁數(shù)量[6]。

鋼棧橋設(shè)置在橋位的上游與大里程側(cè)施工便道連通，全長797.2 m，采用可提升式鋼棧橋[7]。鋼棧橋技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 鋼棧橋技術(shù)參數(shù)

3.2.2 雨污水處理系統(tǒng)

太平湖特大橋鋼棧橋設(shè)置雨污水收集系統(tǒng)，處理達(dá)標(biāo)后外排，為實(shí)現(xiàn)密閉式橋面，橋面板拼縫采用強(qiáng)力丁基防水膠帶進(jìn)行密封，橋面排水通過橫坡匯入上游的縱向排水槽內(nèi)，經(jīng)縱向排水槽將水收集至橋臺附近的污水處理站(水力自動化精濾機(jī))，經(jīng)處理后外排，實(shí)現(xiàn)施工區(qū)污水零排放的目標(biāo)。

為利于收集雨污水，設(shè)計(jì)一種可收集橋面雨污水的鋼棧橋結(jié)構(gòu)，橋面以通航孔處為分界點(diǎn)設(shè)置雙向縱坡(大里程側(cè)為1‰，小里程側(cè)3.4‰)，設(shè)置單向3.5‰橫坡，橋面高程＋120.75 m/＋121.37 m?？墒占瘶蛎嬗晡鬯匿摋蚪Y(jié)構(gòu)橫斷面見圖1。

圖1 一種收集雨污水鋼棧橋橫斷面圖

3.2.3 深水大跨鋼棧橋施工

鋼棧橋跨度較大，且單根管樁長度及重量較大，采用常規(guī)釣魚法施工較困難，下部管樁采用浮吊(浮平臺＋85 t履帶吊)＋150振動錘施工，上部結(jié)構(gòu)采用100 t履帶吊吊裝，創(chuàng)新性地采用上下部結(jié)構(gòu)同步平行施工，有效提升了施工進(jìn)度，快速拉通鋼棧橋，降低了施工對太平湖生態(tài)環(huán)境的影響。

3.3 深水淺覆蓋層大直徑嵌巖樁基綠色施工技術(shù)研究

主墩樁基均位于深水中，單樁需漿量達(dá)到550 m3，總計(jì)需2萬m3，泥漿處理困難，對生態(tài)環(huán)境有較大的影響，通過綜合考慮，需采取針對性的泥漿處理措施，達(dá)到泥漿不外流，全部回收利用的目標(biāo)。主要采取以下兩方面措施:

(1)樁基施工采用“鉆孔平臺與承臺圍堰合二為一”快速施工方法，將鋼吊箱圍堰作為鉆孔樁施工平臺[8]，樁基在鋼吊箱圍堰內(nèi)施工，隔絕了與太平湖水體的有效接觸。

(2)設(shè)計(jì)一種深水大直徑樁基泥漿循環(huán)及廢漿再利用綠色施工方法，泥漿全部循環(huán)重復(fù)利用，最后廢漿經(jīng)固化后運(yùn)至棄渣場。

3.3.1 “鉆孔平臺與承臺圍堰合二為一”施工方法

通過對湖中鉆孔鋼平臺、鋼圍堰結(jié)構(gòu)形式及快速施工方法進(jìn)行研究，采用“鉆孔平臺與承臺圍堰合二為一”施工方法，此設(shè)計(jì)方案中雙壁鋼吊箱作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是作為承臺基礎(chǔ)施工的擋水結(jié)構(gòu)并兼做承臺模板；二是頂板支撐體系作為鉆孔平臺[9]。主要生態(tài)保護(hù)體現(xiàn)以下方面:

(1)鋼吊箱圍堰兼作鉆孔平臺，減少材料投入，減少了資源的消耗，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的效果。

(2)有效節(jié)約了下部基礎(chǔ)施工工期，減少長時(shí)間施工對太平湖生態(tài)的影響。

(3)樁基施工在鋼吊箱圍堰內(nèi)施工，有效隔絕與外部水環(huán)境的接觸，達(dá)到物理隔絕效果。

3.3.2 樁基泥漿循環(huán)及廢漿再利用技術(shù)

設(shè)計(jì)一種深水大直徑樁基泥漿循環(huán)及廢漿再利用的綠色施工方法，為充分利用樁基鋼護(hù)筒的空樁(湖水中鋼護(hù)筒長度達(dá)30～40 m，樁基灌注完成后空樁長度達(dá)13 m，可利用作為儲漿池)，采用鋼管連通相鄰鋼護(hù)筒形成泥漿循環(huán)系統(tǒng)[10]，并配以多種泥漿處理工裝設(shè)備，達(dá)到以工裝保工藝，確保樁基泥漿不外流，達(dá)到重復(fù)循環(huán)利用的目標(biāo)。樁基泥漿循環(huán)及廢漿再利用綠色施工方法見圖2。

圖2 樁基泥漿循環(huán)及廢漿再利用綠色施工示意

3.4 墩身、承臺綠色施工技術(shù)研究

3.4.1 高樁承臺施工

主橋5?！?＃墩均位于深水區(qū)，設(shè)計(jì)為高樁承臺，采用雙壁鋼吊箱圍堰進(jìn)行承臺結(jié)構(gòu)的施工。為減少對太平湖水生態(tài)的影響，將施工圖設(shè)計(jì)原位拼裝下放的優(yōu)化調(diào)整為整體拼裝浮運(yùn)方案，在岸上拼裝場整體拼裝，采用氣囊法下水[11－12]，減少在湖中進(jìn)行圍堰拼裝焊接施工對太平湖水質(zhì)的污染；利用鋼圍堰作為承臺模板，減少模板的投入；承臺施工在鋼圍堰內(nèi)進(jìn)行，與湖水隔絕，產(chǎn)生的建筑垃圾及時(shí)清理。

3.4.2 主墩墩身施工

太平湖特大橋主橋均在湖中，混凝土施工完成后均需進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，采用傳統(tǒng)灑水養(yǎng)護(hù)及自動噴淋系統(tǒng)，需要大量的養(yǎng)護(hù)用水，不可避免地流入太平湖中，對湖水造成污染。本橋墩身混凝土養(yǎng)護(hù)采用混凝土節(jié)水保濕養(yǎng)護(hù)膜，與傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)工藝相比，可有效防止微裂痕，從根本上提高養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，節(jié)約人工，節(jié)約能耗，大量減少養(yǎng)護(hù)水量[13]，節(jié)約養(yǎng)護(hù)用水95%以上，減少養(yǎng)護(hù)用水對太平湖湖水的污染。

4 水污染防治專項(xiàng)措施

為防止橋梁施工期對太平湖水體造成污染，特制定以下專項(xiàng)環(huán)水保措施:

(1)鋼棧橋管樁、鋼圍堰等水中鋼構(gòu)件表面進(jìn)行防銹處理。

(2)鋼管樁、鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)等焊接采用CO2氣體保護(hù)焊，避免產(chǎn)生焊渣。

(3)水上施工區(qū)四周用隔油帶圍擋，防止不慎滴落湖水中的油類污染物擴(kuò)散，攔截油污及垃圾，派專人清理。

(4)水上施工作業(yè)平臺設(shè)置移動廁所、垃圾箱等，施工及生活垃圾外運(yùn)處理，禁止排入湖中。

(5)為了控制施工機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)漏油，造成石油類污染物擴(kuò)散，各施工作業(yè)區(qū)域配備吸油棉。一旦發(fā)生油料泄露事件，利用吸油棉及時(shí)清理。

(6)設(shè)置沖洗平臺，對進(jìn)入鋼棧橋上的車輛進(jìn)行清洗后，方可通行。

(7)用于汽車泵的潤泵、清洗的混凝土，需泵送至平臺指定位置，集中外運(yùn)分離處理，禁止流入湖中。

(8)進(jìn)入湖區(qū)內(nèi)的施工機(jī)械在使用前必須進(jìn)行全面檢查，并加強(qiáng)對施工機(jī)械的修理、清潔工作，保證施工機(jī)械具有良好的性能，防止因?yàn)闄C(jī)械故障而出現(xiàn)泄油事故而對湖區(qū)水質(zhì)造成污染。

(9)制定水體污染應(yīng)急預(yù)案，一旦發(fā)生漏油事故，立即報(bào)當(dāng)?shù)睾Ｊ虏块T，并采取以下措施:

①物理處理方法。采用圍油欄、吸油材料等進(jìn)行處理。

②化學(xué)處理方法。如噴灑分散劑、去垢劑、洗滌劑和其他界面活性劑等，把河流表面的浮油分散成極微小的顆粒，使其失去在水中乳化、分散、溶解或沉到河底。

5 結(jié)束語

歷經(jīng)一年時(shí)間，太平湖特大橋深水下部基礎(chǔ)順利施工完成，未發(fā)生一起環(huán)境污染事件，未發(fā)生一起環(huán)水保投訴事件，總結(jié)了深水基礎(chǔ)綠色施工的成功經(jīng)驗(yàn):

(1)適時(shí)優(yōu)化施工組織，由“兩岸組織施工”優(yōu)化為“單側(cè)施工組織”。

(2)采用大管徑＋大跨度的鋼棧橋結(jié)構(gòu)形式，減少對湖底擾動及水生生態(tài)的影響；鋼棧橋設(shè)置雨污水處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)施工區(qū)污水零排放的目標(biāo)。

(3)采用“鉆孔平臺與承臺圍堰合二為一”快速施工方法，減少了材料及能源的投入，且樁基施工有效隔離水環(huán)境；設(shè)計(jì)一種深水大直徑樁基泥漿循環(huán)及廢漿再利用綠色施工方法，將泥漿全部循環(huán)重復(fù)利用。