湖南山區(qū)高速公路橋梁施工水土流失特點及防治措施探討
——以官新高速為例

張林華，張海濤

（1.湖南省高速公路集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410026；2.湖南省水利水電勘測設(shè)計規(guī)劃研究總院有限公司，湖南 長沙 410007）

湖南地貌的基本輪廓是東、南、西三面環(huán)山，中部山丘隆起，崗、盆珠串，北部平原、湖泊展布，呈朝北開口的不對稱馬蹄形盆地，地貌類型多樣，以山地、丘陵為主，大體上是“七山二水一分田”，其中山地面積占全省總面積的51.2%，丘陵占15.4%，崗地占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車?yán)锍碳s6 950 km，在建高速公路里程約1 300 km，絕大多數(shù)為山區(qū)高速公路。

黨的十八大以來，在“綠水青山就是金山銀山”理念引領(lǐng)下，高速公路建設(shè)從規(guī)劃、設(shè)計、施工各階段以最大限度地保護(hù)生態(tài)理念出發(fā)，全面貫徹“綠水青山就是金山銀山”科學(xué)發(fā)展理念，目前在建高速公路項目總體呈現(xiàn)橋隧比大幅增高的態(tài)勢。

以官新高速為例，官莊至新化高速公路是G59 呼北高速中的重要組成部分，是國家“十三五”165 項重大工程項目之一，也是國家扶貧重點工程建設(shè)項目。該公路分為兩段：一段是官莊至安化段，另一段是安化至新化段。主線全長76.581 km，按四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，其中官莊至安化段設(shè)計路基寬度為26 m，安化至新化段設(shè)計路基寬度為25.5 m，該項目投資總概算為136.53 億元，項目總工期4 年。涉及安化縣、新化縣、桃源縣、沅陵縣，屬山區(qū)型高速公路，設(shè)計時為提高土石方利用率，主線線位較高，主線橋隧比高達(dá)70%，涉水橋梁100 余座，同時涉及柘溪水庫庫區(qū)，安化縣又為湖南省四大暴雨中心之一，加之山區(qū)河流暴漲暴落的特點，是省內(nèi)建設(shè)難度最大的高速公路項目之一。

1 橋梁主要施工工藝

橋梁工程施工主要包括橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)施工。上部結(jié)構(gòu)也稱橋跨結(jié)構(gòu)，主要包括承重結(jié)構(gòu)和橋面結(jié)構(gòu)，用以承受車輛荷載，通過支座將荷載傳遞至下部結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)通常由橋墩、橋臺和基礎(chǔ)組成，作用是支撐上部結(jié)構(gòu)，并將結(jié)構(gòu)的重力和車輛的荷載傳遞給地基。橋墩設(shè)在2 個橋臺之間，支撐橋跨結(jié)構(gòu)。

上部結(jié)構(gòu)通常采用預(yù)制裝配技術(shù)施工，即箱梁和蓋梁均在施工場地外預(yù)制成型后再運輸至施工現(xiàn)場安裝，相比傳統(tǒng)的現(xiàn)場澆筑技術(shù)，大幅度減少現(xiàn)場混凝土攪搗作業(yè)量，一定程度上減少了上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)場澆筑對周邊環(huán)境的不良影響。

下部結(jié)構(gòu)多采用現(xiàn)場鉆孔灌注樁的方式施工，施工過程中往往會產(chǎn)生一定量的廢棄泥漿，泥漿處置不當(dāng)易造成水土流失；同時橋墩基礎(chǔ)清表、施工平臺搭建、基礎(chǔ)鉆渣處置、施工場地物料堆放等也是造成水土流失及次生災(zāi)害的重要環(huán)節(jié)。

橋梁基礎(chǔ)鉆孔樁施工工藝一般包括埋設(shè)護(hù)筒、鉆孔、清孔、安裝鋼筋籠和導(dǎo)管及澆筑混凝土等流程。在施工過程中需泥漿保護(hù)鉆孔孔壁，懸浮鉆渣并攜帶鉆渣出孔，進(jìn)而保證鉆孔作業(yè)正常進(jìn)行。泥漿是鉆孔施工中重要的施工材料，泥漿的使用貫穿整個鉆孔灌注樁施工過程，起著冷卻鉆頭、平衡井壁壓力、懸浮鉆渣和保護(hù)孔壁等作用。鉆孔過程中須去除泥漿中的鉆渣以便重復(fù)循環(huán)使用，目前泥漿處理多采用自然沉淀法。

以旋轉(zhuǎn)鉆反循環(huán)作業(yè)方式為例：鉆孔作業(yè)前每1～2 個橋墩需開挖沉淀池1 處，一般容積為成孔體積的4～5 倍，深度小于3 m，單個沉淀池面積約30 m2。開鉆前在沉淀池中配制泥漿，泥漿自流進(jìn)鉆孔內(nèi)后，可進(jìn)行鉆孔作業(yè)，攜帶鉆渣的泥漿被鉆機(jī)從鉆孔中抽出排入沉淀池。鉆渣在沉淀池中沉淀，經(jīng)沉淀后的泥漿可繼續(xù)循環(huán)使用。沉淀在沉淀池中的鉆渣慢慢積累，當(dāng)沉淀池有效容積減少到影響鉆渣的沉淀效果時，采用挖掘機(jī)將鉆渣自沉淀池中清掏，晾曬后，運至棄渣場；鉆孔作業(yè)結(jié)束后，采取自然沉淀待廢棄泥漿脫水干燥后運至指定地點進(jìn)行填埋或采用泥漿處理車進(jìn)行無害化處理。

2 山區(qū)高速橋梁施工水土流失特點

由于山區(qū)大多地形起伏較大，山高坡陡，加之湖南省內(nèi)水系發(fā)達(dá)，地形切割強(qiáng)烈，溝谷發(fā)育。受地形條件限制，橋墩、橋臺往往坐落在山坡、溝谷、河流、溪溝等地段。

通過對官新高速各類橋梁施工現(xiàn)場的調(diào)查查勘，受地形條件限制，往往施工場地狹小，根據(jù)橋梁基礎(chǔ)施工時序，橋梁基礎(chǔ)施工過程中引發(fā)的水土流失具有以下特點：

1）在橋梁基礎(chǔ)清表施工、施工場地建設(shè)、施工平臺搭建期間，有些施工單位疏于管理，造成清表土順坡棄渣、侵占河道的現(xiàn)象，見圖1。遇降雨極易引發(fā)水土流失、泥石流等次生災(zāi)害；臨近河道的可能會造成棄渣流入河道，危及行洪安全。

圖1 某標(biāo)段高架橋橋墩布置

2）受施工場地限制，在鉆孔灌注樁施工階段，泥漿沉淀池布設(shè)不規(guī)范，或者沉淀池排水不暢，不能很好地起到沉淀鉆渣的作用；鉆渣清掏后，由于含水量高，需進(jìn)行翻曬，方可進(jìn)行運輸，加之施工交通條件差，鉆渣轉(zhuǎn)運不及時，臨時堆放于施工場地周邊，遇降雨造成鉆渣流失，臨近河道的可能造成河道淤塞。

3）鉆孔作業(yè)完成后，泥漿沉淀池未按要求進(jìn)行自然沉淀，廢棄泥漿隨意排放，因泥漿是穩(wěn)定的膠體體系，而且含油污、重金屬等物質(zhì)，溢流至農(nóng)田中會對土壤的透氣性等理化性質(zhì)產(chǎn)生不利影響，造成周邊區(qū)域土壤板結(jié)，土地鹽堿化，使土地喪失原有功能；甚至直接排入河道，引起河道淤積，影響行洪，造成新的水土流失，危及周邊環(huán)境。

4）施工中開挖的沉淀池破壞了原土壤結(jié)構(gòu)，施工結(jié)束后難以恢復(fù)原有的土地功能，嚴(yán)重影響土壤的可恢復(fù)性。部分施工單位在施工結(jié)束后只進(jìn)行簡單處理，甚至不進(jìn)行填埋，未采取綠化措施，雖單個沉淀池可能產(chǎn)生的水土流失量不大，但就項目整體而言，全線沉淀池較多，如不進(jìn)行恢復(fù)治理，水土流失量會相當(dāng)嚴(yán)重。

3 水土流失防治措施探討

3.1 山區(qū)高架橋水土流失防治措施

對于橋墩高度大于40 m，橋墩基礎(chǔ)埋深較深，同時施工條件差的山區(qū)高架橋（見圖2），建議采取以下措施：

圖2 某標(biāo)段高架橋施工場地布置

1）施工中橋墩作業(yè)平臺搭建時，應(yīng)在平臺周邊視情況采取鋼板、竹夾板、木樁、編織袋圍堰等形式完善作業(yè)平臺攔擋措施；作業(yè)平臺內(nèi)的表土及橋墩基礎(chǔ)開挖方，應(yīng)及時清運，嚴(yán)禁隨地棄渣。

2）對已動工的，應(yīng)在堆渣體下游側(cè)采取有效的攔擋措施，視堆渣體情況，清除不穩(wěn)定渣體，運至周邊合法棄渣場地。

3）對已形成溜渣體的施工平臺，且無清運條件的，應(yīng)采取錨固、噴混、加筋麥克墊等必要措施確保渣體穩(wěn)定，并采取植生毯等措施盡快對渣體進(jìn)行復(fù)綠；溜渣體未施工時應(yīng)采取苫蓋措施。

4）橋墩施工平臺除必要的作業(yè)區(qū)域外，其余裸露地表采取臨時覆蓋措施。

3.2 涉水橋梁水土流失防治措施

對大型涉水橋梁如官新高速馬路口資水特大橋等水下橋墩施工一般采用鋼板樁圍堰施工，施工工藝成熟，一般不會造成水土流失。而其余跨小型河流、溪溝的涉水橋梁，由于橋墩結(jié)構(gòu)相對簡單，基礎(chǔ)施工時間較短，施工單位未加以重視，加之施工現(xiàn)場管理不到位，易產(chǎn)生橋墩基礎(chǔ)開挖料阻塞河道、施工平臺臨河側(cè)堆渣流入河道等較為普遍的水土流失共性問題。針對上述情況，建議采取以下措施：

1）跨水橋墩作業(yè)平臺搭建時，應(yīng)在平臺周邊視情況采取鋼板、鉛絲石籠、竹夾板、木樁等形式完善作業(yè)平臺臨河一側(cè)的攔擋措施；作業(yè)平臺內(nèi)的表土及橋墩基礎(chǔ)開挖方，應(yīng)及時清運，嚴(yán)禁隨地棄渣。

2）對已形成溜渣體，橋墩基礎(chǔ)在建的施工平臺臨河一側(cè)，建議就地取材采取鉛絲石籠攔擋、木樁固定等形式，對沿河側(cè)進(jìn)行攔擋，避免水流沖淘溜渣體。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)將坡面堆渣體進(jìn)行清運。

3）涉及飲用水源保護(hù)區(qū)、濕地公園等的河道、水庫（陸域）范圍內(nèi)的施工平臺，應(yīng)采取鋼板樁進(jìn)行攔擋；嚴(yán)禁沿河兩側(cè)棄渣，棄渣應(yīng)全部清運。

4）涉水橋墩施工應(yīng)盡可能避開汛期施工，無法避免的，應(yīng)在施工平臺附近堆置防汛物資，避免出現(xiàn)洪水沖刷施工平臺，導(dǎo)致水土流失。

5）加強(qiáng)施工人員水土保持、環(huán)境保護(hù)培訓(xùn)，加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理，優(yōu)化施工工藝，盡可能縮短涉水橋墩基礎(chǔ)施工工期。

6）施工完成后，施工區(qū)域應(yīng)進(jìn)行平整處理，河道范圍內(nèi)的采取壓實措施，陸域范圍內(nèi)的撒播草籽進(jìn)行植被恢復(fù)。

3.3 丘陵區(qū)高架橋水土流失防治措施

1）橋墩及紅線內(nèi)涉及農(nóng)田的，應(yīng)先完善周邊農(nóng)田灌排渠道，避免橋墩施工對周邊農(nóng)田耕作造成影響。

2）橋墩施工時，周邊應(yīng)設(shè)置圍擋設(shè)施，并完善每座橋墩施工場地的排水設(shè)施，尤其泥漿池應(yīng)做好重點防護(hù)。

3）橋墩施工完成后，及時清除施工跡地范圍內(nèi)的垃圾及其余設(shè)施，平整覆土，撒播草籽恢復(fù)植被。

4 結(jié) 語

高速公路是一個國家基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，也是一個國家實力的最好展示。隨著“綠水青山就是金山銀山”發(fā)展理念的不斷推進(jìn)和深化，湖南省高速公路建設(shè)也逐步走向生態(tài)化、可持續(xù)化。由于山區(qū)高速公路建設(shè)橋隧比高的特殊性，且大型橋梁也屬于重要控制性工程，其建設(shè)引發(fā)的水土流失問題也越來越突出，通過對官新高速橋梁施工現(xiàn)場的查勘調(diào)查，歸納了建設(shè)過程中可能造成水土流失的主要環(huán)節(jié)和水土流失特點，提出了相應(yīng)的防治措施，用于指導(dǎo)橋梁工程施工的水土流失防治工作。