湖南山区高速公路桥梁施工水土流失特点及防治措施探讨——以官新高速为例

张林华，张海涛

（1.湖南省高速公路集团有限公司，湖南 长沙 410026；2.湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司，湖南 长沙 410007）

湖南地貌的基本轮廓是东、南、西三面环山，中部山丘隆起，岗、盆珠串，北部平原、湖泊展布，呈朝北开口的不对称马蹄形盆地，地貌类型多样，以山地、丘陵为主，大体上是“七山二水一分田”，其中山地面积占全省总面积的51.2%，丘陵占15.4%，岗地占13.9%，平原占13.1%，湖泊水面占6.4%。截至2021 年6 月，湖南省全省高速公路通车里程约6 950 km，在建高速公路里程约1 300 km，绝大多数为山区高速公路。

党的十八大以来，在“绿水青山就是金山银山”理念引领下，高速公路建设从规划、设计、施工各阶段以最大限度地保护生态理念出发，全面贯彻“绿水青山就是金山银山”科学发展理念，目前在建高速公路项目总体呈现桥隧比大幅增高的态势。

以官新高速为例，官庄至新化高速公路是G59 呼北高速中的重要组成部分，是国家“十三五”165 项重大工程项目之一，也是国家扶贫重点工程建设项目。该公路分为两段：一段是官庄至安化段，另一段是安化至新化段。主线全长76.581 km，按四车道高速公路标准建设，其中官庄至安化段设计路基宽度为26 m，安化至新化段设计路基宽度为25.5 m，该项目投资总概算为136.53 亿元，项目总工期4 年。涉及安化县、新化县、桃源县、沅陵县，属山区型高速公路，设计时为提高土石方利用率，主线线位较高，主线桥隧比高达70%，涉水桥梁100 余座，同时涉及柘溪水库库区，安化县又为湖南省四大暴雨中心之一，加之山区河流暴涨暴落的特点，是省内建设难度最大的高速公路项目之一。

1 桥梁主要施工工艺

桥梁工程施工主要包括桥梁上部结构和下部结构施工。上部结构也称桥跨结构，主要包括承重结构和桥面结构，用以承受车辆荷载，通过支座将荷载传递至下部结构。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的荷载传递给地基。桥墩设在2 个桥台之间，支撑桥跨结构。

上部结构通常采用预制装配技术施工，即箱梁和盖梁均在施工场地外预制成型后再运输至施工现场安装，相比传统的现场浇筑技术，大幅度减少现场混凝土搅捣作业量，一定程度上减少了上部结构现场浇筑对周边环境的不良影响。

下部结构多采用现场钻孔灌注桩的方式施工，施工过程中往往会产生一定量的废弃泥浆，泥浆处置不当易造成水土流失；同时桥墩基础清表、施工平台搭建、基础钻渣处置、施工场地物料堆放等也是造成水土流失及次生灾害的重要环节。

桥梁基础钻孔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。在施工过程中需泥浆保护钻孔孔壁，悬浮钻渣并携带钻渣出孔，进而保证钻孔作业正常进行。泥浆是钻孔施工中重要的施工材料，泥浆的使用贯穿整个钻孔灌注桩施工过程，起着冷却钻头、平衡井壁压力、悬浮钻渣和保护孔壁等作用。钻孔过程中须去除泥浆中的钻渣以便重复循环使用，目前泥浆处理多采用自然沉淀法。

以旋转钻反循环作业方式为例：钻孔作业前每1～2 个桥墩需开挖沉淀池1 处，一般容积为成孔体积的4～5 倍，深度小于3 m，单个沉淀池面积约30 m2。开钻前在沉淀池中配制泥浆，泥浆自流进钻孔内后，可进行钻孔作业，携带钻渣的泥浆被钻机从钻孔中抽出排入沉淀池。钻渣在沉淀池中沉淀，经沉淀后的泥浆可继续循环使用。沉淀在沉淀池中的钻渣慢慢积累，当沉淀池有效容积减少到影响钻渣的沉淀效果时，采用挖掘机将钻渣自沉淀池中清掏，晾晒后，运至弃渣场；钻孔作业结束后，采取自然沉淀待废弃泥浆脱水干燥后运至指定地点进行填埋或采用泥浆处理车进行无害化处理。

2 山区高速桥梁施工水土流失特点

由于山区大多地形起伏较大，山高坡陡，加之湖南省内水系发达，地形切割强烈，沟谷发育。受地形条件限制，桥墩、桥台往往坐落在山坡、沟谷、河流、溪沟等地段。

通过对官新高速各类桥梁施工现场的调查查勘，受地形条件限制，往往施工场地狭小，根据桥梁基础施工时序，桥梁基础施工过程中引发的水土流失具有以下特点：

1）在桥梁基础清表施工、施工场地建设、施工平台搭建期间，有些施工单位疏于管理，造成清表土顺坡弃渣、侵占河道的现象，见图1。遇降雨极易引发水土流失、泥石流等次生灾害；临近河道的可能会造成弃渣流入河道，危及行洪安全。

图1 某标段高架桥桥墩布置

2）受施工场地限制，在钻孔灌注桩施工阶段，泥浆沉淀池布设不规范，或者沉淀池排水不畅，不能很好地起到沉淀钻渣的作用；钻渣清掏后，由于含水量高，需进行翻晒，方可进行运输，加之施工交通条件差，钻渣转运不及时，临时堆放于施工场地周边，遇降雨造成钻渣流失，临近河道的可能造成河道淤塞。

3）钻孔作业完成后，泥浆沉淀池未按要求进行自然沉淀，废弃泥浆随意排放，因泥浆是稳定的胶体体系，而且含油污、重金属等物质，溢流至农田中会对土壤的透气性等理化性质产生不利影响，造成周边区域土壤板结，土地盐碱化，使土地丧失原有功能；甚至直接排入河道，引起河道淤积，影响行洪，造成新的水土流失，危及周边环境。

4）施工中开挖的沉淀池破坏了原土壤结构，施工结束后难以恢复原有的土地功能，严重影响土壤的可恢复性。部分施工单位在施工结束后只进行简单处理，甚至不进行填埋，未采取绿化措施，虽单个沉淀池可能产生的水土流失量不大，但就项目整体而言，全线沉淀池较多，如不进行恢复治理，水土流失量会相当严重。

3 水土流失防治措施探讨

3.1 山区高架桥水土流失防治措施

对于桥墩高度大于40 m，桥墩基础埋深较深，同时施工条件差的山区高架桥（见图2），建议采取以下措施：

图2 某标段高架桥施工场地布置

1）施工中桥墩作业平台搭建时，应在平台周边视情况采取钢板、竹夹板、木桩、编织袋围堰等形式完善作业平台拦挡措施；作业平台内的表土及桥墩基础开挖方，应及时清运，严禁随地弃渣。

2）对已动工的，应在堆渣体下游侧采取有效的拦挡措施，视堆渣体情况，清除不稳定渣体，运至周边合法弃渣场地。

3）对已形成溜渣体的施工平台，且无清运条件的，应采取锚固、喷混、加筋麦克垫等必要措施确保渣体稳定，并采取植生毯等措施尽快对渣体进行复绿；溜渣体未施工时应采取苫盖措施。

4）桥墩施工平台除必要的作业区域外，其余裸露地表采取临时覆盖措施。

3.2 涉水桥梁水土流失防治措施

对大型涉水桥梁如官新高速马路口资水特大桥等水下桥墩施工一般采用钢板桩围堰施工，施工工艺成熟，一般不会造成水土流失。而其余跨小型河流、溪沟的涉水桥梁，由于桥墩结构相对简单，基础施工时间较短，施工单位未加以重视，加之施工现场管理不到位，易产生桥墩基础开挖料阻塞河道、施工平台临河侧堆渣流入河道等较为普遍的水土流失共性问题。针对上述情况，建议采取以下措施：

1）跨水桥墩作业平台搭建时，应在平台周边视情况采取钢板、铅丝石笼、竹夹板、木桩等形式完善作业平台临河一侧的拦挡措施；作业平台内的表土及桥墩基础开挖方，应及时清运，严禁随地弃渣。

2）对已形成溜渣体，桥墩基础在建的施工平台临河一侧，建议就地取材采取铅丝石笼拦挡、木桩固定等形式，对沿河侧进行拦挡，避免水流冲淘溜渣体。在此基础上，应将坡面堆渣体进行清运。

3）涉及饮用水源保护区、湿地公园等的河道、水库（陆域）范围内的施工平台，应采取钢板桩进行拦挡；严禁沿河两侧弃渣，弃渣应全部清运。

4）涉水桥墩施工应尽可能避开汛期施工，无法避免的，应在施工平台附近堆置防汛物资，避免出现洪水冲刷施工平台，导致水土流失。

5）加强施工人员水土保持、环境保护培训，加强施工现场管理，优化施工工艺，尽可能缩短涉水桥墩基础施工工期。

6）施工完成后，施工区域应进行平整处理，河道范围内的采取压实措施，陆域范围内的撒播草籽进行植被恢复。

3.3 丘陵区高架桥水土流失防治措施

1）桥墩及红线内涉及农田的，应先完善周边农田灌排渠道，避免桥墩施工对周边农田耕作造成影响。

2）桥墩施工时，周边应设置围挡设施，并完善每座桥墩施工场地的排水设施，尤其泥浆池应做好重点防护。

3）桥墩施工完成后，及时清除施工迹地范围内的垃圾及其余设施，平整覆土，撒播草籽恢复植被。

4 结 语

高速公路是一个国家基础建设的重要组成部分，也是一个国家实力的最好展示。随着“绿水青山就是金山银山”发展理念的不断推进和深化，湖南省高速公路建设也逐步走向生态化、可持续化。由于山区高速公路建设桥隧比高的特殊性，且大型桥梁也属于重要控制性工程，其建设引发的水土流失问题也越来越突出，通过对官新高速桥梁施工现场的查勘调查，归纳了建设过程中可能造成水土流失的主要环节和水土流失特点，提出了相应的防治措施，用于指导桥梁工程施工的水土流失防治工作。