张湾特大桥跨库区生态环保施工技术研究＊

岳星辰 史春宇 张卫凡 李刚 杨凡杰

（1.中交隧道工程局有限公司，北京 100102；2.中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北武汉 430071）

0.引言

交通工程对于改善地区间的互联互通与增加经济发展等具有重要作用。桥梁作为交通路线中的咽喉工程，具有节约用地、跨越障碍、改善线路和降低造价等方面的优点，在交通工程建设中占有重要地位。然而，桥梁工程在具有显著优点的同时，其建设过程中也给公路沿线的生态环境造成了一定的压力。尤其是桥梁下部构造的建设会对跨越水体产生不利影响乃至降低水质标准。若桥梁工程建设位于脆弱生态环境或水源保护区时，工程施工期将会给当地生态环境带来较为明显的破坏影响。因此，在交通工程中开展桥梁工程建设时如何减少或避免对工程区生态环境的不利影响，已成为交通工程建设环保工作的重要课题。

桥梁工程建设对生态环境的不利影响主要表现为施工期对跨越水体的污染。跨水域时，桥梁工程下部结构的最常见基础形式为钻孔灌注桩，其施工过程对水体的影响包括水中施工致水位升高、机械设备油料泄露污染水质以及施工固体废弃物污染水体等。随着环保意识的提高，国内对桥梁施工过程中的生态环境保护也提出了更高要求。大量学者也开展了各种应对施工期水污染问题的研究。如张现成[1]针对郑西客专西流湖大桥施工期可能出现的水库污染情况，探讨了郑西客专西流湖大桥的环保施工技术；王树瑞等[2]基于怀化市白岩村舞水特大桥，开展了新型环保泥浆及其在桥梁基础施工中的应用；周光强等[3]基于苏通大桥开展了钻孔优质泥浆的制备技术研究；佘明星[4]基于广东揭阳横江水库特大桥，研究了桥梁施工期的水保环保技术要点与关键措施；李晏文等[5]依托化成寺水库大桥，分析了桥梁施工对工区环境的影响程度，并介绍了相应环保措施；蔡焱等[6]依托京沪高铁丹昆特大桥工程，研究了桥梁施工期的水环境保护措施。由上可知，目前的研究主要依托具体的桥梁工程开展水环境施工保护研究，考虑到不同工程的地质环境也各不相同，在桥梁工程施工期生态环保施工的普适性技术方面还有进一步发展的空间。同时，目前的桥梁桩基工程施工工艺并不能完全避免对水环境的零污染，环境污染事故也时有发生。

渑池至淅川高速公路张湾特大桥全长2920.24m，跨越河南省淅川县老鹳河，其中桥梁的21#～58#桥墩位于老鹳河内，属于丹江口水库饮用水水源保护区保护区范围，施工过程中需要采取措施保护河水免受污染，并减少水土流失，最大可能地降低高速公路建设对水环境的破坏和扰动，实现公路建设与自然的和谐环境和谐、健康、可持续发展。

鉴于此，本文将以张湾特大桥为工程案例，研究了大桥施工期跨库区生态环保的施工技术。首先，详细介绍了张湾特大桥的工程概况和水文地质等情况；其次，在此基础上，通过对比分析，确定了张湾特大桥跨库区桩基施工方法，并基于工程生态环保的要求，提出了环境保护措施；最后，评价了张湾特大桥跨库区工程生态环保施工后的实施效果。

1.张湾特大桥工程概况

1.1 工程概况

渑池至淅川高速公路西峡至淅川段主体工程施工XXTJ-3标段里程范围为K27+008～K40+423，标段线路全长：14.145km。其中，张湾特大桥里程为：K34+178.88～K37+099.12。该桥梁结构形式为 ：63×40+6×30+（56.12+100+56.12）；桥梁上部结构采用30m、40m简支转连续T梁、现浇预应力砼连续箱梁，下部采用双柱式墩、方柱式墩、肋板式桥台，基础采用桩基础，桩径为1.8m。张湾特大桥共有72号桥墩，其中21号墩至58号墩横跨丹江口水库上游老灌河河道。张湾特大桥的布置图如图1所示。

图1 张湾特大桥布置图

1.2 水文地质

张湾特大桥位区地表岩性以松散状卵石土为主，散体结构，分选性较差，粒径一般30mm～80mm，成分为花岗岩及花岗片麻岩，表层为细砂砂、卵石及粉质黏土，下层为砂岩、砾岩、灰岩、泥灰岩，钙质胶结，岩性混乱，且较破碎。

工程区属暖温带大陆性半湿润季风气候，年内四季分明。淅川县多年年平均降雨量为817.3mm，年际变化较大，且年内分配不均匀，降雨多集中在7～9月，占全年降雨量的49%，12～2月降水最少，占全年降雨量的5.4%。

2.张湾特大桥跨库区桩基生态环保施工技术

2.1 桩基施工方法

根据张湾特大桥的工程特点，对桥梁下部结构桩基础进行施工时，采用水中桩围堰平台桩基钻孔施工方法。目前水中桩施工成孔的方式主要包括旋挖钻成孔和冲击钻成孔。表1种给出了两种钻孔施工方法的各自特点。

由表1可知，较软地层钻孔施工时，旋挖钻成孔无论是在施工成本还是在环境保护方面均具有一定的优势。故，考虑张湾特大桥25#～36#墩桩基桩底岩石强度高，采用冲击钻成孔；37#～50#墩桩基桩底岩石强度稍低，采用旋挖钻成孔工艺。此外，采用旋挖钻成孔时，若出现成孔困难或塌孔等问题，则可改为冲击钻机开挖成孔。

表1 张湾特大桥水中桩施工两种成孔方式的比选

2.2 生态环保施工措施

张湾特大桥21#墩至58#墩位于丹江口水库上游老灌河主河道内，该河流位于丹江口水库饮用水水源保护区范围内，施工环保工作是本工程的重点与难点工作。通过工程调研，总结出施工期导致水体污染的主要影响为：施工扬尘、固体废弃物和施工土石渣的倾倒、施工泥浆和废水的排放等。

2.2.1 防尘措施

为降低施工现场扬尘发生，施工主要便道及场地，均采用进行路面硬化。同时，对硬化路面安排专人清理，配备专用洒水车，对施工便道和场地及时清理和必要维护，满足雨天不泥泞与晴天不扬尘的环保施工要求。

2.2.2 固体废弃物和施工土石渣的处理

桩基础施工尽量选在枯水期或河流的断流期，并敷设施工围堰进行导流，优先采用旱地施工工艺。钻孔过程产生的钻渣、泥浆及废弃物不得流入水源当中，应在施工现场设置泥浆沉淀池，并在泥浆池底垫上塑料薄膜或其他防渗措施，防止泥浆外泄。施工机械所产生的废油料及润滑油等，必须集中收集处理。生产用油料必须严格保管，防止泄露，污染河水。同时，在钻孔桩钢围堰外围设置拦油带，并采用专业运输车对于施工现场的固体废弃物和施工土石渣进行统一处理。

2.2.3 施工泥浆和废水的处理

张湾特大桥21#墩至58#墩桩基需在老灌河河道内施工。钻孔施工时泥浆制备需在河道内进行，可采取配置泥浆处理机械和统一回收处置的措施来保证河道水源受到污染。施工时，首先根据实测的泥浆指标，由泥浆搅拌机调配泥浆。泥浆调配好以后进入泥浆池，送入钻孔桩内。然后从钻孔内循环出来的带钻渣的泥浆，并通过泥浆分离器进行分离。钻渣排放在废渣池中，优质泥浆回流到钢护筒泥浆池内，循环往复。钻孔桩混凝土浇筑时，通过泥浆泵将泥浆直接泵送至泥浆运渣车内。废弃泥浆由运浆车运送到指定泥浆存放地点处理。同时，施工过程中应通过调整钻进工艺参数，控制钻进泥浆排量，尽量避免地面冒浆。

此外，砂石料冲洗废水，严禁直接排入保护区，施工场地应设置防渗沉淀池和防渗蒸发池，进行回收利用或蒸发处理。基坑废水，应进行酸碱中和和静置沉淀处理。施工场地应设置简单的废水收集系统及隔油池，将含油废水经隔油处理后再进入蒸发池。遗漏在土壤中的机械油料和废油要回收至有资质的单位进行处理。墩台施工期间，导管法灌注水下混凝土、现场浇筑混凝土过程中产生的混凝土浆液应引流至专用沉淀池或采取其他有效措施。混凝土罐车的清洗水及墩台的养护水需设置引流沟槽或采用抽水设备抽排至合适位置进行处理。

3.生态环保施工实施效果

通过对张湾特大桥跨库区桩基实施生态环保施工技术，包括防尘措施、固体废弃物和施工土石渣的处理、施工泥浆和废水的处理等，确保了施工过程中丹江口水库饮用水水源保护区的水体免受污染，落实了地方政府提出的老灌河库区水土保持与环保要求。同时，通过开展张湾特大桥跨库区桩基施工方案的选择及生态环保施工措施等方面的分析，优化了施工工艺，降低了桥梁施工成本。

4.结论

针对库区桥梁施工环境保护难题，本文基于跨库区张湾特大桥，研究了跨库区桩基的施工方案与生态环保施工措施等方面内容，并重点分析了施工期导致水体污染的三大主要影响因素（施工扬尘、固体废弃物和施工土石渣的倾倒、施工泥浆和废水的排放）及对应生态环保施工措施，总结了桥梁工程施工期环保施工经验。本文研究成果可为桥梁工程跨大型水域时的生态环保施工提供参考与借鉴。