试论我国钻孔桩成孔过程的环境保护管理现状

王军瑞

中交集团第一航务工程局，天津 300011

桩基成孔技术概括起来，主要包括钻机、钻具、成孔工艺（又称工法）3大要素。国际上，将旋转钻成孔法用于桥梁基础工程，始于1959年委内瑞拉的马拉开波海湾桥（译Maracaibo桥，1961年建成）,采用PS150钻机钻成1.5m直径，入土深度35m，52.6m深的桩孔，然后用直径1.35m后张预应力钻孔埋入桩作为外护筒，灌注水下混凝土形成实体桩。我国钻孔灌注桩应用于桥梁工程的最初试验始于1954年，大规模应用始于本世纪60年代，因其固有的结构优势和较强的地层适用性，显著的社会经济效益，钻孔灌注桩在基础工程中得到了迅速普及和推广。70年代中期，在河南省郑州黄河大桥首次利用国产BDM（后改型BRM）型气举反循环钻机，刷新了成孔直径达2.0m的桩孔记录：20世纪80年代后，桥梁工程向“长、大跨径、轻型结构、重载”方向的发展，对基础支撑能力需求的大幅增长，构成了大直径桩发展的原动力。随着成孔机械和成桩工艺及配套设施的改进和提高，90年代前期，湖南省湘潭湘江二大桥在总结广东南海九江大桥无承台、变截面大直径桩实践的基础上，率先在90m桥跨，20.5m宽箱连续梁桥中，实现了Φ5.0/Φ3.5m单排无承台变截面大直径双桩双柱结构；90年代末期，江西九江长江大桥提出了双壁钢围堰内加钻孔灌注桩基新结构，取代了早期的混凝土气压沉箱和深水管柱基础，双壁钢围堰成为目前深水、深基基础的主要施工临时结构。接着，安徽铜陵长江大桥、南昌新八一大桥先后按钻孔和沉挖形式成孔完成了Φ4.6/Φ4.0/Φ2.8、Φ4.0m大直径桩。

随着桥梁工程向重载、大型化工程方向的发展，成孔工艺也有了突飞猛进的发展。我国在参照国外先进技术的基础上，也以回旋成孔钻机的产生和发展为标志，逐步形成了以“压气反循环，泥浆护孔，回旋钻机成孔”的常规回旋钻成孔施工方法，即钻削下来的钻屑和劣质粘土，通过泥浆的悬浮作用，飘浮在钻削面上部，必须经循环系统带回地面。带回地面的钻屑和劣质粘土和占主体的泥浆经净化除渣系统处理，并适时地调整好回收泥浆参数后，回灌入原钻孔中，形成一个泥浆循环过程。此过程连续不停地运动，共同完成反循环钻孔桩的成孔过程。加上一些辅助钻孔工艺技术的研制和发展，国内已经完成了向江河湖海的恶劣环境下，各地层的成孔作业，且最大成孔直径已达4.5m，特殊的达7m（以“钻”、“扩”为施工手段的大直径桩成孔）。实体桩长达110余米。

钻孔桩的过程关键就是机钻成孔过程。然而，钻孔桩的应用，泥浆的采用和大型机械的采用，其固有的矛盾也不可避免的得到了放大，这就是“环境污染”。本文主要谈泥浆的污染问题。

泥浆是孔壁的护身符和钻渣的搬运工。泥浆系统周而复始的循环和净化，达到固壁、携渣、护钻和提高成孔效率的目的。成孔过程泥浆的采用，在护孔、保钻、携（排）渣方面，作出了不可磨灭的贡献。

但泥浆是一种非自然的产物，又在施工过程中作为辅助手段而存在。前期的施工过程，由于成孔设备的能力有限，泥浆大多采用填埋方式，即自然处理方法进行，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复土壤的自然特征。

泥浆是一种凝胶状物质，遵循凝胶物质的共同特性，因此可用化学处理剂使泥浆中固相颗粒聚结沉淀，称化学处理方法；泥浆中的固相物质又是悬浮状态存在于凝胶中，因此可以利用其成分密度不同的特点，采用物理处理方法处理。用自然处理方法能处理的泥浆，这是一种应用极为有限的泥浆。绝大多数的泥浆都必须在泥水混合物中加入处理剂，使泥浆本身的性能在适钻、排、脱渣能力上得到加强，从而更有利于成孔技术的完善。加上钻渣和含有水泥成分的泥浆有损害环境的作用，且一般弃置泥浆PH常在10～12之间，对动植物生存的水环境带来严重威胁。成孔完成后，这些泥浆的随意排放，会给人类和与之相依存的动、植物生存环境带来污染，造成“二次公害”。因此，必须经严格的物理-化学处理后才能排出。

然而，过去长期以粗放型管理为基本特点的成孔泥浆管理上，我国绝大多数环境均采用自然处理方法进行，设备处理能力上与实施能力也存在很大的差距，在大直径桩日益广泛应用的今天，这种做法已经严重违背建设“绿色生态”社会的理念，必须彻底的改变。

国外对钻孔桩泥浆的使用与排放有近乎苛刻的法律，包括对泥浆循环净化的配套处理设备的功能的限制、处理实施的强制条件和成分固控分离的物理-化学检验标准，执行过程的监督等，都有严格的实施原则，泥浆的循环净化处理设备成龙配套，已形成了各自的体系，并转化成了承包商的自觉行动，从而取得了良性发展。

我国的环保管理体制是以持续发展和循环绿色经济为特征的，必须坚持“末端治理”，（ 即：现场排放点和控点排放量、排放成份质的控制），向预防“二次污染”（ 处理过程污染、堆场环境的污染）和全程监控的转化，在资源的高效利用和循环使用的前提下，按照“减量化、资源化、再利用”的原则进行调控。

到目前为止，对循环泥浆和弃置泥浆的管理，我国仍处于环保的初级处理阶段。大部分强势施工企业从工艺改进上加大环保投入的后劲不足。至于系统的泥浆循环净化专业设备的生产和采用，更是相形见绌了。体制的问题，涉及到社会各层面的行为规范，相信也不是一本或数本规定条文之类能解决的问题。包括建设方短期的投入增大，施工企业设备等资源投入的增大，甚至环境监管力度和人员执法素质的提高，都源于此。可以说，仅以一句“施工单位恶意排放”来搪塞社会自身的职责是不明智的。

对现有泥浆后处理资源的利用和二次开发已刻不容缓，加大处理设备的新科技投入和现有资源和行业整合的管理已迫在眉睫。国家及相关主管部门在体制方面的措施有待加强，特别是国产钻机在泥浆物理-化学处理能力上的严重脱节和理念上重视不够充分，必须给与注意。

国际上，环保型成桩手段为主要特征的工业革命，使成桩施工对环境的影响大大降低。主要表现在各国在摒弃一些对环境影响大的，即使是非常优秀的工艺也得忍痛放弃，转而开发新的替代型环保工艺，有如下几种发展方向：

1）向泥浆最少量的成孔成桩工艺的发展，这里的特征机型是，以冲抓斗钻机配全套管跟进为主要手段。如日本研究代表自身特色的贝诺特钻机成孔，就地灌注桩法（Benoto 工法），且有资料表明，已开始向全套管回转式护孔方向的发展。我国也在此基础上引进了“捷程”摇管式全套管钻机，用于国内厚覆盖层区域的桥梁工程桩的施工。

2）向单桩承载力提高，而对环境影响小的成孔成桩工艺发展。这里的工艺特征主要是以扩底桩和桩身承力环境的人工处理为标志，从而引起了扩底桩和以降低材耗的预制拼装大直径空心桩为手段的基础形式的飞速发展。

通过对扩底桩与同桩身直径的直桩比较，前者极限荷载和单位桩体积的极限荷载均比后者大1.7～7.0倍、1.4～3.0倍。大直径钻（挖）孔扩底桩这种等量出土量下，大大提高承载能力的显著优点，在国内外得到广泛运用。

桩身承力环境的人工改造，主要是围绕注浆法对桩端压力注浆桩、桩侧压力注浆桩及桩端桩侧联合注浆桩而展开的。流态的注浆材料通过渗透、劈裂、置换、填充、压密及固结或多种形式的组合作用，在改善地基围土（围岩）承力特性的同时，对桩基地层或围岩、桩底沉淀层及桩端附近的桩周土层物理力学性能，及桩与岩、土之间的边界条件的改善，减少成桥后的桩基的沉降量，达到提高桩的承载力的目的。

目前，注浆技术已成为飞速发展的大直径钻埋空心桩、沉挖空心桩、预填骨料压浆混凝土桩（空心桩）的重要施工手段；也是工程事故处理的有力工具，它必将随着工艺和设备以及压注材料的研究的深入，在桥梁深基础领域取得更大的作用。

3）泥浆设备的配套，并成就了一门专门的专业，即泥浆工程。泥浆工程设备的成龙配套，在固控处理能力上更加科学化，我国在设备的研制和投入上也有了明显的进步。

国外先进国家的泥浆循环和净化机械成龙配套，部分机型的功能已达到包括成孔过程的泥浆从除渣净化到弃置泥浆的物化分离、水土分离，确保形成对环境无不适影响的湿土团全过程处理的程度，且单机单位时间内处理量大，分离完全，机械化程度高。

这方面，我国还是一个新兴行业。目前，虽然有部分泥浆净化和处理机型投入生产应用，但整体上缺乏系列化、停留在物理处理层面上的设备种类居多，且整机单位时间内处理数量偏小，难于在整体上满足大型工程大规模应用和目前蓬勃发展的超大型桩基工程施工的需要。

可喜的是，目前我国在部分环境敏感地区的特大型桥梁工程招投标过程中，引入“环境监理工程师”对施工过程全程监控的制度，如京张线北京官厅湖特大桥（2003 年）等，迈开了我国桥梁建设环境管理规范化的第一步，充分体现了我国在环保管理上跟国际的认同和观念的发展，显示了我国治理环境的信心和决心，并为今后桥梁施工建设的环境管理提供了经验。

我们有理由期待，随着我国经济改革的进一步深入，建设工程的各项制度的调整、完善和社会生产力的发展，这种国内外差距只会进一步缩小和消失的。

[1]交通部一公局.交通部颁《公路施工手册》之《桥涵》分 册2000年修订本《大直径桩基施工》（暂名），1998.

[2]吴同鳌，上官兴，莫建军.大直径桩柱工程概述.第四届全 国大口径工程井年会论文集，1997.

[3]李满程，杨斌，莫建军（执笔），吴同鳌.桥梁大直径桩 施工难点及对策.长沙交通学院学报，1999，3.