中铁二局六公司 四川成都 610083
摘要：在千岛湖库区开展国家一级水源地深水桥梁建设施工，面临的不仅仅是深水区桥梁建设的工艺技术难题，更为重要的是如何处理在一级水源地进行桥梁建设对饮用水源的保护，做到环境友好型桥梁建设。本文将从生活污水处理、生产废水处理、钢结构对水体污染的处理、深水区桥梁桩基础施工泥浆防渗漏、泥浆钻渣分离处理等方面重点探讨深水区桥梁建设水体保护相关技术。
关键词：深水区桥梁建设；钻孔灌注桩；泥浆防渗漏；泥浆分离
0 引言：
构建经济社会交通网络“任督二脉”之一的桥梁建设的不断发展不仅给人们日常出行提供了交通便利，也为城市经济、文化发展做出了巨大贡献。但作为一项开江破土的建设项目，又给建设项目周边水体生态带来一定的影响，如何降低桥梁建设过程中对水生态的影响，是目前乃至今后一段时间内各方建设主体需要着重关注的问题。探索国家一级水源区水体生态型、超低污染型桥梁建设，实现桥梁建设与生态文明建设的协同发展，是社会之需、生态之需，更是桥梁建设的必须。本文结合中铁二局第六工程有限公司承建的杭州至黄山铁路（杭黄铁路）XXX大桥的建设施工过程，展开对一级水源保护区桥梁建设水体保护的技术探索。
1 工程背景
杭黄铁路XXX大桥位于淳安县文昌镇境内新安江水库库区范围，跨越新安江水库（千岛湖支流）。水库位于钱塘江上游新安江主流上，是杭州市面积最大的水体。相当于3000个西湖水体容量的千岛湖，不仅是淳安人民的“母亲湖”，也是下游杭州等城市的重要饮水源地，常年保持一级水源质量。水库周围植被茂盛、地势起伏明显，两岸为山岭，河床横坡陡峭，纵坡平缓。贤溪大桥桥总长359.8米，结构形式为1-24m的简支箱梁（现浇）+3-32m简支箱梁（现浇）+1-（40+2*72+40）m连续梁。下部结构采用群桩基础，桩接承台，其中1号、3号墩桩基按摩擦桩控制设计外，其余的2号墩及连续梁墩4号～7号墩、黄山台按柱桩控制设计，根据不同跨度和地质条件桩基直径分别为1.0m、2m。桥址区水库宽约190m，汛期最大水深约20m。桥址区位于千岛湖风景区内，为国家一级水源保护区，施工环水保要极高。
图1：XXX大桥所在位置
2 一级水源地深水桥梁建设水体保护
XXX大桥建设过程中对千岛湖库区水体的保护主要从以下4方面着力开展：一是对整个项目作业团队日常生活污水的处理，二是工程建设过程中产生的生产废水的处理，三是临时栈桥钢结构对水体影响的保护，四是深水区桥梁桩基施工过程泥浆防渗漏处理。其中尤以深水区桥梁桩基础施工过程中泥浆防渗漏、渣浆分离、泥水浆液处理为重点进行探究。
2.1生活污水的处理
生活污水主要来源于建设项目作业人员生活区排出的废水，主要包括洗漱水、食堂含油污水、厕所冲刷水。所含的污染物主要是有机物及大量微生物、细菌类。存在于生活污水中的有机物极不稳定，容易腐化而产生恶臭，细菌和病原体以生活污水中有机物为营养而大量繁殖，可导致传染病蔓延流行。因此，生活污水排放前必须进行处理。
杭黄铁路站前Ⅶ标针对项目生活污水采用三级处理方式。第一级处理主要通过三级沉淀方法去除水中不溶解的悬浮物固体和漂浮物。经过沉淀处理后污水进入第二级处理池进行生物处理，该过程主要通过自然界中的微生物代谢作用进行物质转化，将污水中油脂等复杂有机物氧化分解。最后进入第三级处理池进行杀菌消毒，杀菌消毒主要通过两种方式，一是利用自然界的紫外线照射，二是对进入三级处理池的水体投放适量次氯酸盐（如Na C lO）溶液，经过上述三级处理后的生活污水达到排放条件引入周边农田进行灌溉。
2.2施工废水的处理
施工废水包括开挖和钻孔产生的泥浆水、混凝土养护水、洗泵管废水、含油污水，其主要污染指标是悬浮物、水体PH值、及悬浮油污。如果不经过处理而直接排入水库，势必会污染库区水体，破坏库区水生态。
施工废水主要采取场内收集外运，场外集中处理。场外处理系统由中间用砂石料隔开的1个过滤池和两个沉淀池组成，废水由大沉淀池沉淀处理后经砂石隔墙过滤，悬浮物基本上被滤过干净；含油废水主要是除油类和泥沙，废水经收集后流入第一个池内，经充分静置，废水中所含泥沙沉淀在池底，石油类则浮在水面上，然后通过控制水位的方法使油类经集油管流入集油池内，而废水通过过滤池流入第二个沉淀池内，最后废水通过水泵抽出排放，油类进行集中收集在化油池，采用熟石灰通过酸碱中和后运至弃渣场深埋处理。如图2所示
图2：生产废水处理系统
2.3钢结构对水体的污染处理
钢结构施工对水质的影响主要是钢结构防锈涂料的使用，常用的金属防锈漆多是油性醇酸防锈漆，其中含有大量有毒有机化合物，对水质会造成严重污染。
为防止防锈漆中有毒化合物对库区水质产生破坏，钢结构施工栈桥全部采用水机防锈漆。按主体基料分类主要以聚醇酸乙烯乳胶、水溶性油为主，聚醋酸乙烯乳胶漆可制成磷化底漆，可在锈面上涂装，附着力强，适用于多种金属基面。
2.4深水区桩基施工防泥浆污染水体
深水区桩基施工无论是采用泥浆护壁钻孔桩式还是采用清水钻孔桩，均会产生大量泥浆，而钻孔桩施工过程泥浆对水体的污染途径主要通过渗漏、外溢、排放三种方式，如何保证桩基施工质量、进度的同时确保水体安全，是在一级水源保护区进行桩基施工需要解决的首要课题
2.4.1深水桩基施工泥浆渗漏问题
山区河流河床起伏较大，冲刷严重，桥址区河床地质多为倾斜岩面和裸露岩石地层，钻孔桩在此类地层中施工难度大，常出现因覆盖层较薄及冲击振动导致护筒位移、穿孔漏浆等技术难题，造成水体污染。
（1）穿孔漏浆问题分析
①裸露岩面或覆盖层较薄时，护筒埋置深度不足，泥浆在水头压力作用下沿护筒底部缝隙渗漏，或冲开覆盖层造成护筒穿孔漏浆污染水体；
②当倾斜岩面覆盖层较厚，护筒有一定的埋置深度，但在钻孔过程中，钻头冲击岩面弹射，撞击护筒，较大的冲击振动扰动覆盖层土体，导致土体不密实松散后向下滑移，从而导致浆液外溢污染水体。如图3所示。
图3：穿孔漏浆后泥浆下降
（2）穿孔渗漏处理方法
穿孔渗漏常见的处理方法有护筒外堆码沙袋或回填土增加覆盖层厚度、大护筒套小护筒、化学浆液渗透固结、引孔增加护筒埋深或采用清水成孔等。当河床覆盖层透水性较好时，堆码沙袋或回填土的止漏效果不佳，且河床倾斜较大时，堆码或回填的数量太大。而采用大护筒套小护筒的方式工序较复杂，当水深较深时不易控制，护筒和护筒之间的混凝土用量较大，不经济。现主要对后3种方法进行研究。
①化学浆液渗透固结：
当河床有一定覆盖层时，冲孔过程中泥浆有可能通过经扰动后的松散体进行渗漏。然而河床覆盖层属于饱和土，直接对覆盖层进行注浆加固效果较差。因此在饱和覆盖层中优先考虑采用水泥砂浆渗透固结方式处理。
a、渗漏发生前，预先在桩孔内加入水泥砂浆，通过钻孔冲击使水泥砂浆通过渗透方式填充覆盖层空隙，停止钻孔静置24小时，待水泥砂浆与覆盖层固结后再行钻孔。
b、泥浆突然渗漏，钻孔过程中要随时注意观察，若发现孔外水体浑浊或孔内泥浆高度突然下降，应采用在孔内回填片石和粘土冲击，使冲碎的片石填补漏浆空隙，再采用水泥砂浆填充静置固结。
②引孔增加护筒埋深：
当河床无覆盖层或护筒刃脚悬空时，采用冲击引孔的方式增加护筒埋深，引孔可在护筒埋设前或埋设后进行。
a、护筒埋设前引孔，采用比护筒直径大20~30cm的钻头进行冲击引孔，引孔产生的钻渣采用掏渣筒或孔底吸渣的方法清除，每引孔30cm左右清渣一次，引孔深度至2~3m后埋设钢护筒，钢护筒定位准确固定后，采用水下混凝土导管法封闭桩孔与护筒之间的空隙，待混凝土达到一定强度后进行正常钻孔。
b、护筒埋设后引孔，可将护筒和钻头同时加大20cm，引孔产生的钻渣采用孔底吸渣吸出，每次引孔深度50cm后跟进钢护筒，待钢护筒埋深满足要求后改用同桩径相同的钻头正常钻进。
③清水成孔
当河床覆盖层或基岩透水性较强，透水路径较深，无法阻止泥浆渗漏时，采用清水成孔的方式减小对水体的污染。
清水成孔利用钻机进行清水冲击钻孔，冲击产生的钻渣通过孔底吸渣的方式吸出，虽然采用清水钻孔，但在钻孔过程中自造浆使孔内水变浑浊，孔底吸渣将抽取大量的水，为减少浑浊水的产生和处理费用，抽出的水采用过滤的方式将钻渣过滤后引入孔桩内形成循环。
清水成孔适用于地处河流、湖泊，尤其是水体保护高的地带进行桥梁桩基施工。施工时将护筒用振动锤不断激振，直至护筒穿过河床软弱覆盖层，跟进到岩层，此岩层整体性好，在冲击过程中无需泥浆护壁。在此情况下选择YCJF-25型全液压冲击反循环钻机，实现了钻头平稳提升，自由下落，通过配套设备6BS砂石泵与锤头相连，及时将破碎岩屑第一时间排出孔外，通过分离器的过滤，实现清水成孔，保护水体。清水成孔配套设备如图5所示，现场清水成孔配套设备如图4所示。
图4：清水成孔配套设备
2.4.2深水桩基施工泥浆钻渣处理
钻孔和清孔过程中产生大量的泥浆及钻渣需及时进行排放，排放的方式有泥浆船（或泥浆池）、相邻孔位循环利用、泥浆分离处理。前两种属于沉淀排放，第三种则属于过滤排放，三种泥浆处理方法的具体操作情况如下：
（1）采用泥浆处理设备分离
泥浆分离设备工艺流程为：泥浆泵抽泥浆→过滤→泥浆、钻渣分离→清运钻渣至弃土场。
工作原理：桩基钻孔采用冲击反循环钻，抽出的泥浆采用自制泥浆分离器过滤，通过滤网过滤的渣排入沉渣池，沉渣池采用钢板焊接成3m*4m*1.5m渣箱，与泥浆分离器配套施工。沉渣池集满后挖机挖除外运，过滤后的泥浆从分离器底部出浆口回流至孔位中形成循环，使用不同网格的滤网，满足钻孔和清孔需要。每个墩位根据钻机数量配1～2套泥浆分离设备。
图6：泥浆船结构示意图
（3）利用相邻孔循环处理泥浆
采用正循环或反循环钻孔施工，按每个墩布置，每根桩基钢护筒上切割槽口，将相邻孔位的钢护筒通过循浆槽相互连接，桩基钻孔时，钻孔抽出的泥浆排入相邻孔位，经沉淀后的泥浆通过循浆槽回流至钻孔孔位实现泥浆循环。由于深水桩基钢护筒较深，泥浆经相邻孔位钢护筒后产生沉淀，后期施工邻孔桩基时，需对沉淀的钻碴进行清理，清理时需临时租用泥浆船，将抽出的碴装入泥浆船进行处理。
图7：相邻孔泥浆循环槽口
三种施工方案各自的特点如下：
方案一：泥浆分离设备处理
①成本适中；
②施工速度快，能满足反循环钻施工要求，钻碴过滤较彻底，降低了泥浆含砂率，每根桩能有效减少清孔时间3小时左右。
③设备使用工艺简单，占用场地少，施工干扰小。
④泥浆处理过程中不外溢、不渗漏，非常适用于环水保要求高的施工区域。
方案二：泥浆船方案
①泥浆船占用时间长，成本较高；
②施工速度慢适中；
③灵活性强，不占用有限的作业平台。
④施工干扰较大，吊车出碴作业需占用施工通道，影响其他工序作业，起吊、卸碴、安放过滤池工序较多，不易操作。
方案三：利用相邻孔循环泥浆方案
①成本方面最为经济。
②工艺简单施工方便，便于泥浆循环使用
③施工速度较慢，后续相临孔清碴工作将占用大量时间。
以上三种泥浆钻渣分离处理各有优势，在实际施工作业过程中根据现实施工进度、工期及成本需要灵活选用，不仅提高了泥浆钻渣的分离处理效率，改进了技术工艺，更为重要的是确保了在一级水源区进行桥梁桩基施工水体无污染作业的要求。
3 结束语：
在国家一级水源区深水桥梁建设中，各方建设主体只有在工程建设开工前加强理论研究，做到理论加实践经验先行，施工过程中结合现场实际水文、地质、地形地貌及工程特点不断加大工艺改进，强化技术创新，我们必须摒弃过去粗放式、破坏式的建设方式，扔掉过去先破坏后治理、只建设不保护、权利主体与义务主体脱节的旧思路旧做法，真正把水体保护放在深水区桥梁建设工作的首要位置。
参考文献
（1）朱应全.武罐高速公路白龙江大桥深水大桩径钻孔桩基础施工质量控制.建筑设计管理 2010.27（9）-73-76
（2）史欢欢.海大桥浅覆盖层斜岩面深水桩基础施工技术，中国科技纵横2016（1）
（3）余定军.辽河特大桥39#主墩桩基钢护筒施工技术，北方交通2010（1）.-39-42
（4）郭永斌.深海桥梁钻孔平台钢管桩施工技术，铁道建筑技术2015（8）.-26-29
（5）一种钢护筒围堰及应用钢护筒围堰的钢护筒沉放就位方法 CN201610031825.9
论文作者:翁谢军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/12
标签：泥浆论文; 水体论文; 钻孔论文; 桩基论文; 深水论文; 桥梁论文; 河床论文; 《建筑学研究前沿》2018年第35期论文;