生态敏感库区深水大跨铁路桥梁绿色施工技术研究

2022-08-02田伟

铁道建筑技术 2022年7期

田伟

(中国铁建大桥工程局集团第一工程有限公司辽宁大连 116033)

1 工程概况

池黄铁路正线设计为双线350 km/h的高速铁路，太平湖特大桥为本线的控制性工程，桥梁全长926.1 m，其中主桥长788 m，采用(48＋118＋2×228＋118＋48)m双线三塔矮塔斜拉桥形式，桥位位于太平湖东北角，自北向南跨越太平湖，太平湖位于黄山市黄山区境内，是修建陈村水库形成的高山峡谷型湖泊，为安徽省最大的人工湖，为国家湿地公园和省级风景名胜区，桥址处湖面宽约730 m，最大水深约43 m，4＃～7＃主墩均位于深水区。基础采用双壁钢吊箱深水高桩承台钻孔灌注桩形式，桩基设计为3 m大直径深水嵌岩桩，最大桩长45.5 m，水中承台距离湖底35.5 m，承台施工采用双壁钢吊箱围堰[1]。

太平湖特大桥穿越重要生态敏感区[2]，环境敏感点多，生态保护压力大，须将施工对生态环境的影响控制到最低限度，最大限度地减少对山体和植被的破坏[3]，减少对湖水水质的影响。

2 绿色施工技术总体方案研究

2.1 绿色施工概念

绿色施工是在保证质量、安全等基本要求的前提下，通过科学管理和技术进步，最大限度地节约资源，减少对环境的负面影响，实现“四节一环保”(节能、节材、节水、节地和环境保护)的建筑工程施工活动[4]。

2.2 绿色施工技术总体方案

通过对太平湖特大桥施工工序分析可知，对水质产生影响主要集中在下部结构施工，特别是位于深水中的基础施工，需采用绿色施工技术[5]对敏感水体进行有效保护，通过优化施工组织方案、强化绿色施工技术措施、制定桥梁施工期环保措施，加强施工过程中的管控，达到绿色施工的目的，总体方案研究主要为:

(1)总体施工组织方案研究

对太平湖特大桥施工组织方案进行优化调整，由“两岸组织施工”优化为“单侧施工组织”，在大里程侧布设大临设施，避免了对小里程侧生态环境的破坏，有效保护生态环境并节能减排。

(2)钢栈桥绿色施工技术研究

结合太平湖特大桥特殊的水文地质条件，钢栈桥上部采用铁建特种桁梁，加大栈桥跨度，快速拉通施工栈桥；钢栈桥设计为一种密闭式桥面，并设置雨污水处理系统，雨污水经处理后外排，实现施工区污水零排放的目标。

(3)深水浅覆盖层大直径嵌岩桩基绿色施工技术研究

设计一种深水大直径桩基泥浆循环及废浆再利用绿色施工方法，将泥浆全部循环重复利用，最后废浆经固化后运至弃渣场；并考虑合理利用钢围堰结构，有效隔离水环境。

(4)承台、墩身绿色施工技术研究

承台采用双壁钢吊箱围堰进行施工，将施工图设计的原位拼装下放优化调整为整体拼装浮运方案，并合理利用双壁钢吊箱围堰结构进行承台结构施工；主墩墩身施工主要采取合理的养护措施，减少养护用水对水质的影响。

3 绿色施工关键技术研究

3.1 施工组织方案研究

施工图批复的施工组织方案:太平湖特大桥地理位置特殊，交通条件差、无道路到达桥位处；考虑两岸分别修建便道到达桥位处，后搭设钢栈桥组织水中墩施工，然后进行钢围堰承台、墩身及上部结构施工，以栈桥沟通钻孔平台和陆上及墩台间交通联系，在3＃～5＃、6＃～8＃墩之间修建施工栈桥，5＃～6＃墩之间不设栈桥，可满足通航要求。

鉴于太平湖特大桥的特殊地理位置，且小里程侧为我标段起点位置，结合现场实际踏勘情况，为减少对对太平湖生态环境的影响，对太平湖特大桥施工组织方案进行优化调整，采取大里程单侧进入组织施工，在大里程侧布置建设拌和站及钢筋钢构厂，避免了对小里程侧生态环境的破坏。

调整后的施工组织方案:从既有S103省道修筑便道至大里程桥位处，在太平湖内设置贯通钢栈桥，并在6＃、7＃主墩之间设置通航孔，保证施工期间太平湖内通航，所有机械设备、材料等均由大里程单侧进入，在大里程侧布设大临厂站。

3.2 钢栈桥绿色施工技术研究

钢栈桥作为深水桥梁施工重要的必不可少临时交通设施，沟通陆上与水中墩间交通联系，在建设及使用过程中会对太平湖生态环境造成影响。主要集中以下两方面:

(1)钢栈桥建设过程中会对太平湖湖底土体及水体造成影响。

(2)作为交通运输通道，施工机械跑、冒、滴、漏及露天机械设备被雨水冲刷后产生的油污，也可能对太平湖水质造成污染。

3.2.1 深水大跨钢栈桥结构

太平湖特大桥跨湖钢栈桥承重梁采用新型组合式桁梁(铁建特种桁梁)，节段长度4 m，桁高均为2 m，引入高速铁路工程超深水库区钢栈桥设计中，增大栈桥的跨越能力，有效减少水中钢管桩数量[6]。

钢栈桥设置在桥位的上游与大里程侧施工便道连通，全长797.2 m，采用可提升式钢栈桥[7]。钢栈桥技术参数见表1。

表1 钢栈桥技术参数

3.2.2 雨污水处理系统

太平湖特大桥钢栈桥设置雨污水收集系统，处理达标后外排，为实现密闭式桥面，桥面板拼缝采用强力丁基防水胶带进行密封，桥面排水通过横坡汇入上游的纵向排水槽内，经纵向排水槽将水收集至桥台附近的污水处理站(水力自动化精滤机)，经处理后外排，实现施工区污水零排放的目标。

为利于收集雨污水，设计一种可收集桥面雨污水的钢栈桥结构，桥面以通航孔处为分界点设置双向纵坡(大里程侧为1‰，小里程侧3.4‰)，设置单向3.5‰横坡，桥面高程＋120.75 m/＋121.37 m。可收集桥面雨污水的钢栈桥结构横断面见图1。

图1 一种收集雨污水钢栈桥横断面图

3.2.3 深水大跨钢栈桥施工

钢栈桥跨度较大，且单根管桩长度及重量较大，采用常规钓鱼法施工较困难，下部管桩采用浮吊(浮平台＋85 t履带吊)＋150振动锤施工，上部结构采用100 t履带吊吊装，创新性地采用上下部结构同步平行施工，有效提升了施工进度，快速拉通钢栈桥，降低了施工对太平湖生态环境的影响。

3.3 深水浅覆盖层大直径嵌岩桩基绿色施工技术研究

主墩桩基均位于深水中，单桩需浆量达到550 m3，总计需2万m3，泥浆处理困难，对生态环境有较大的影响，通过综合考虑，需采取针对性的泥浆处理措施，达到泥浆不外流，全部回收利用的目标。主要采取以下两方面措施:

(1)桩基施工采用“钻孔平台与承台围堰合二为一”快速施工方法，将钢吊箱围堰作为钻孔桩施工平台[8]，桩基在钢吊箱围堰内施工，隔绝了与太平湖水体的有效接触。

(2)设计一种深水大直径桩基泥浆循环及废浆再利用绿色施工方法，泥浆全部循环重复利用，最后废浆经固化后运至弃渣场。

3.3.1 “钻孔平台与承台围堰合二为一”施工方法

通过对湖中钻孔钢平台、钢围堰结构形式及快速施工方法进行研究，采用“钻孔平台与承台围堰合二为一”施工方法，此设计方案中双壁钢吊箱作用主要体现在两个方面:一是作为承台基础施工的挡水结构并兼做承台模板；二是顶板支撑体系作为钻孔平台[9]。主要生态保护体现以下方面:

(1)钢吊箱围堰兼作钻孔平台，减少材料投入，减少了资源的消耗，达到节能、环保的效果。

(2)有效节约了下部基础施工工期，减少长时间施工对太平湖生态的影响。

(3)桩基施工在钢吊箱围堰内施工，有效隔绝与外部水环境的接触，达到物理隔绝效果。

3.3.2 桩基泥浆循环及废浆再利用技术

设计一种深水大直径桩基泥浆循环及废浆再利用的绿色施工方法，为充分利用桩基钢护筒的空桩(湖水中钢护筒长度达30～40 m，桩基灌注完成后空桩长度达13 m，可利用作为储浆池)，采用钢管连通相邻钢护筒形成泥浆循环系统[10]，并配以多种泥浆处理工装设备，达到以工装保工艺，确保桩基泥浆不外流，达到重复循环利用的目标。桩基泥浆循环及废浆再利用绿色施工方法见图2。

图2 桩基泥浆循环及废浆再利用绿色施工示意

3.4 墩身、承台绿色施工技术研究

3.4.1 高桩承台施工

主桥5＃～7＃墩均位于深水区，设计为高桩承台，采用双壁钢吊箱围堰进行承台结构的施工。为减少对太平湖水生态的影响，将施工图设计原位拼装下放的优化调整为整体拼装浮运方案，在岸上拼装场整体拼装，采用气囊法下水[11－12]，减少在湖中进行围堰拼装焊接施工对太平湖水质的污染；利用钢围堰作为承台模板，减少模板的投入；承台施工在钢围堰内进行，与湖水隔绝，产生的建筑垃圾及时清理。

3.4.2 主墩墩身施工

太平湖特大桥主桥均在湖中，混凝土施工完成后均需进行保湿养护，采用传统洒水养护及自动喷淋系统，需要大量的养护用水，不可避免地流入太平湖中，对湖水造成污染。本桥墩身混凝土养护采用混凝土节水保湿养护膜，与传统养护工艺相比，可有效防止微裂痕，从根本上提高养护质量，节约人工，节约能耗，大量减少养护水量[13]，节约养护用水95%以上，减少养护用水对太平湖湖水的污染。