道路桥梁施工水环境保护措施

姚文刚，童 怡

(中海环境科技(上海)股份有限公司， 上海 200135)

0 引 言

城市化建设的推进离不开交通路网系统的服务和支撑。随着经济的不断发展，区域性的交通需求不断增多，其中建设联系城市各片区的道路桥梁既是缓解城市地面道路交通压力、搭建城市路网架构和拓展城市发展空间的核心举措，又是加快城市建设步伐、提升城市化水平和推动经济快速发展的重要手段。

同其他建设项目一样，城市道路桥梁建设不可避免地会对周围的环境产生一定的影响，其中对周边区域水环境的影响尤为显著，包括引起水质和水位发生变化等。因此，做好对城市道路跨河桥梁和隧道施工过程中采取的地表水环保措施的分析工作，可为工程施工过程中的水环境保护提供科学依据。

本文主要针对典型城市道路桥梁和隧道建设对水环境的影响提出相应的环境保护措施，为工程建设和环境管理提供科学依据，做到既发展经济又保护环境，进而达到可持续发展的目的，同时为城市道路工程施工期的环境保护提供相关技术和方法，指导施工单位采取有效措施进行水污染防治。

1 桥梁施工对水环境的影响

1.1 桥梁施工概述

典型的道路桥梁工程施工主要包括桥梁上部结构施工和桥梁下部结构施工等。

1) 上部结构也称桥跨结构，主要包括承重结构和桥面系(桥面铺装、防水排水设施、伸缩缝、车行道、人行道、栏杆和灯柱等)，用以承受车辆和行人荷载，通过支座将荷载传递至下部结构。

2) 下部结构通常由桥墩、桥台和基础组成，作用是支撑上部结构，并将结构的重力和车辆、行人的荷载传递给地基。桥墩设在2个桥台之间，支撑桥跨结构。

1.2 桥梁施工对水环境的影响

目前城市道路桥梁上部结构多采用预制装配技术施工，即盖梁和箱梁等均在施工场地外预制成型之后再运输至施工现场安装。相比传统的现场浇筑技术，预制装配技术能大幅度减少施工现场混凝土搅捣作业量，在一定程度上减少上部结构现场浇筑对水环境的影响。桥梁下部结构多采用现场钻孔灌注桩的方式施工，往往会产生一定量的废弃泥浆，这也是桥梁施工过程中对区域水环境造成污染的主要原因。此外，施工场地和物料堆场的施工材料及部分桥梁施工所需的施工船舶产生的混合油污水也可能对区域地表水环境造成污染，具体如下。

1) 桥梁下部结构施工产生的泥浆(污染物以泥沙为主)对地表水环境的影响主要表现为桥位附近水域悬浮物浓度的增加。

2) 桥梁施工场地和物料堆场的施工材料受暴雨冲刷等因素的影响而进入水体，引起水体遭受污染。

3) 部分跨航道桥梁施工过程中需使用打桩船和起重船等。这些施工船的舱底水中含有从管路中漏出的水、机器运转中漏出的润滑油和燃料油等组成的混合油污水。这些油污水若随意排放，会对地表水的水质产生影响。

2 桥梁施工水环境保护措施

通过上述分析可知，桥梁下部结构的钻孔灌注桩施工是造成水环境遭受污染的主要因素，施工物料场地、桥梁施工船和施工机械产生的油污水若处理不当，也会对区域水环境造成污染。因此，针对这些污染因素，提出相应的水环境保护措施。

2.1 钻孔灌注桩施工水环境保护措施

2.1.1 施工工艺

桥梁钻孔灌注桩施工工艺一般包括埋设护筒、钻孔、清孔、安装钢筋笼和导管及浇筑混凝土等流程(见图1)[1]。

图1 钻孔灌注桩主要施工工艺

护筒埋置深度一般为2～4 m，在特殊情况下增加埋置深度，以保证钻孔和灌注混凝土顺利进行。护壁泥浆由水和黏土(或膨润土)按一定比例配制而成，通过机械在泥浆池和钻孔中搅拌均匀。开钻时，在一定范围内慢速钻进，待导向部位或钻头全部进入土层之后加速钻进。在搬运、吊装钢筋笼和导管时，安放要对准孔位，避免碰撞孔壁，就位之后立即采用钢丝绳或钢筋固定，确保在安放导管、清孔和灌注混凝土过程中不发生移位。浇筑混凝土一般采用钢制导管回顶法施工，导管接口之间采用丝扣或法兰连接，连接时加垫密封圈或橡胶垫，并上紧丝扣或螺栓。水下混凝土必须具有良好的和易性。

泥浆的使用贯穿整个钻孔灌注桩施工过程，泥浆是钻孔施工中重要的施工材料，起着冷却钻头、平衡井壁压力、悬浮钻渣和保护孔壁等作用。

2.1.2 主要污染影响

钻孔灌注桩施工是桥梁施工过程中对水环境造成影响的主要因素。由上述分析可知，由于泥浆的使用贯穿整个钻孔灌注桩施工过程，在冷却钻头、悬浮钻渣等过程中起着重要作用，因此在桩基施工过程中不可避免地会产生废弃泥浆、钻机油和钻渣等污染物[2]。这些污染物进入水体之后对水环境的影响主要表现为桥位附近水域悬浮物的浓度升高，特别是水下构筑物周围50～100 m范围内的水体中的悬浮物会显著增加。

在道路工程前期的方案设计中，一般会对涉及桥梁的道路项目进行线位比选，尽可能地避开生态保护区和水源保护区等重要或特殊的环境敏感区。但是，作为线性工程的道路项目，其与现有道路的衔接性、经济可行性和与区域规划的相符性也是工程线位比选考虑的重点。因此，综合考虑各项因素之后，部分桥梁线位不可避免地会侵入饮用水水源保护区[3]。上述钻孔灌注桩施工产生的污染物和施工船等施工机械产生的油污水必然会引起水中污染物的浓度指标升高，对区域水体的水质产生影响。若项目周边有水厂，还有可能对水厂取水构成严重威胁，进而影响水源的水质。

2.1.3 环保措施

针对上述桥梁桩基施工对周边水环境的影响，需有针对性地采取环保施工方案。本文从源头控制、循环使用和泥浆处置等3个方面进行论述，通过选用环保型泥浆、建立泥浆循环系统和采取相应的泥浆处置措施等，最大程度地减少钻孔灌注桩施工对水环境的污染。

2.1.3.1 源头控制——选用环保型泥浆

在钻孔灌注桩施工过程中，若泥浆选用不当，极易对周边的水环境造成污染，因此在施工过程中应选用环保型泥浆。衡量泥浆环保特性的一个主要指标是马氏漏斗黏度，其值越大,表示泥浆的护壁稳定性能和沉渣净化性能越强。在各类聚合物泥浆中，XN型泥浆和聚丙烯酰胺(PHP)泥浆具有较高的马氏漏斗黏度，具有较强的护壁稳定性能和沉渣净化性能。由于该聚合物泥浆具有较好的环保特性，在钻孔桩基础施工过程中可得到循环往复使用，能从源头上减少桥梁钻孔泥浆的消耗量和废弃量。

2.1.3.2 循环使用——建立泥浆循环系统

为减少废弃泥浆的运输量及其对水环境的污染，同时加快钻孔进度,提高成孔质量,循环利用工程泥浆，进而达到现场文明施工的要求，在进行钻孔灌注桩施工时，建议设置泥浆循环系统。该泥浆循环系统主要由造浆筒、基浆池、新浆筒、循环沉淀池、维浆池、泥浆泵和砂石泵等组成[4]，其主要原理是将钻孔使用过的粗颗粒含量较高的泥浆通过净化、循环、絮凝和稀释等过程，去除其中的大颗粒沉淀，加入PHP含量高的新浆，提高其黏度，减少其失水量，优化其性能指标，使其重新满足钻孔需要。

采用泥浆循环系统之后，可提高施工泥浆的循环利用率，大幅度减少废弃泥浆的产生量和运输量，进而减少废弃泥浆对水环境的污染。泥浆循环系统示意见图2。

图2 泥浆循环系统示意

2.1.3.3 泥浆处置——采取化学絮凝沉淀或化学固化措施

钻孔灌注桩施工作业完成之后会产生一定量的废弃泥浆,目前国内施工单位普遍采取的处理措施是将废弃泥浆沉淀一段时间之后外运至远郊或就地填埋处理。由于泥浆的主要成分属于稳定的胶体体系，很难自然沉淀，因此即使历经很长时间，仍难以做到固液分离，若出现长时间的降雨天气，很容易使泥浆外流,污染周围的水环境，并影响植物的生长。为消除传统泥浆处置方法的弊端，减小泥浆处置对周边环境的不利影响，施工单位可采用化学絮凝沉淀法和化学固化法对废弃泥浆进行处理。

1) 化学絮凝沉淀法：该方法是目前水处理技术中重要的固液分离法之一，在生活用水、循环冷却水和工业用水处理中有着广泛的应用，具有较强的净化处理功能。该方法的原理是利用絮凝剂，在分散颗粒与悬浮物胶体之间施加分子力，在该作用力下胶体与颗粒相互碰撞，进而相互凝聚，不断重复该过程之后，颗粒的尺寸不断变大,质量不断增加，最终形成絮凝体，并在重力的作用下形成固相，最终形成沉淀。水中的悬浮物在絮凝剂的作用下沉淀之后得以清除，从而达到净化处理的效果。在废弃泥浆絮凝沉淀处理中，将聚丙稀酰胺和聚苯乙烯等长链状高聚物用作絮凝剂往往能较为有效地去除泥浆中的废弃物。

2) 化学固化法：絮凝沉淀对颗粒较小且密度较低的废弃泥浆有较好的净化作用，但面对颗粒较大且密度较高的废弃泥浆，絮凝剂施加在分散颗粒与悬浮物胶体之间的分子力不足以达到使二者互相凝聚的效果，几乎无法产生絮凝沉淀，净化效果非常有限。此时需在泥浆中加入类似凝胶或树脂等材料的固化剂[5]，即采用化学固化法将泥浆固化，形成具有一定强度和重量的固体，即可进行沉淀处置。化学固化法对于颗粒较大、密度较高的废弃泥浆而言具有较好的净化处理效果。

2.2 其他水环境保护措施

1) 水下混凝土泵送选用先进的施工工艺和设备实现，保证泵管的刚度、耐磨性和水密性。每水下泵管在次使用完泵管之后，先采用棉花胎和柱状清洗球对其进行清洗，再用压缩空气清孔，重复多次，使整个泵管内的水全部清除。下次使用泵管时，先向其中注入清水，并用清洗球对其进行润滑和清洗，再用砂浆对其进行润滑。

2) 桥梁施工材料堆场内往往有施工所需的物料、油料和化学品等，这些物料在雨季极易受雨水的冲刷而进入附近水体内，因此施工物料堆场需尽可能地远离水体，严禁在水源保护区堆放施工物料或设置施工作业场。在将桥梁施工涉及的粉状物料堆场远离水体布置的同时，需采取严格的遮挡掩盖措施，避免粉状物料落入水体引发水体污染。此外，桥梁建设中用到的各类施工机械、船舶机械等若使用、维护不当，易造成漏油，含油污水进入水体之后易造成区域内的水体受到污染，因此要求施工单位采用工艺先进、运行工况稳定的施工船和施工机械，并定期对施工机械进行维护和检修，尽可能地减少含油污水的产生和跑冒滴漏现象的出现，同时做好残油收集处置工作，避免区域水体受含油污水的污染。

3) 加强施工船管理。舱底水应集中收集，定期运至岸上集中处理，禁止随意排放。施工作业船应及时进行检修和维护，防止船舶燃油泄漏对水体造成污染。

3 结 语

随着我国城市化进程的不断加快，对道路网络进行拓展和完善越来越重要，其中联系片区的道路桥梁建设是拉开城市架构、拓展城市发展空间的重要举措，更是推动我国经济发展和改善人民生活条件的有效方式。同其他建设项目一样，道路桥梁工程建设不可避免地会对周边环境产生不良影响，尤其是对周边水环境造成污染。随着我国各城市对水环境污染的管控越来越严格，在施工过程中应进一步采取更为有效的水环境保护措施，保护受影响的水体，最大程度地减少桥梁施工对周边水体的污染，促进国民经济与社会环境协调发展。