结合人居环境改善土建技术与应用

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引言

改善黑臭水体作为一项市政利民工程，牵涉面甚广。除了给排水、建筑、景观等专业，土建也是不可或缺的一环。考虑到黑臭水体治理的特点，土建方面需做到安全经济，同时耐腐蚀、有较好防水性能；兼顾人居环境的要求，还需考虑景观、人文、可持续等因素，这就需要在设计时进行多方面综合比较与取舍。因此，土建人员需了解工程界各种信息前沿，熟悉各新工艺、新技术、新设备，总结以往工程经验，结合现场实际集思广益，以对现场问题采用针对性的相关措施，做到方案合理、高效快捷、经济环保、耐久持续。

一、土建施工的难点

1．减小施工过程对现有建构筑物的影响

黑臭水体治理需对污水来源进行摸查、截流及改造。污水大都来源于周边建构筑物排放，这些建构筑物可能紧邻河道或直接侵占河道上方。现实工程中有相当部分上述建筑为有一定年代的居民自建房，其中不乏砖混结构，或地基未经处理、未基础刚度较差。鉴于其结构整体性不强，对地基扰动、沉降较为敏感，因此黑臭水体治理需确保施工过程对上述建构筑物影响降至可控制范围。

2．对河涌两侧边坡挡墙进行保护或重建

现有市区河涌两侧都设置有边坡或挡墙。除纳入正式市政或水利工程外，上述边坡或挡墙多为附近居民临时砌筑，未有正式的设计施工及验收流程，质量不能保证。而黑臭水体的治理涉及到清淤开挖埋管等工序，为此如何在确保边坡挡墙不发生较大变形情况下，快速高质量地完成河涌两侧边坡挡墙的保护或重建，同时又能较好兼顾到人居环境，是土建施工的重点与难点，需提前考虑与布局。

3．在有限空间展开作业

由于周边建构筑物、地下管线、上空电线限制，施工设备进出场地或展开工作面都存在较大困难。同时，如何在河涌不断流情况下进行施工也是考验建设者的难题。这种由于施工场地限制导致工程效率降低在市政工程中屡见不鲜，已成为亟需解决的问题。

4．落实绿色环保、可持续发展理念

绿水青山便是金山银山。随着环保理念深入及人民对美好生活的向往，低碳、绿色、环保及可持续发展的施工工艺已逐渐被推广并成为以后发展趋势。以往旧有高消耗高污染的施工工艺将逐步被更新换代。这既是高标准建设工程的需求，也是人居环境得以改善的重要环节。

二、土建相应的措施

针对上述施工存在的难点，结合现实可行、高效快速、经济节能、绿色环保原则，联系市场出现的最新设计理念、施工工艺及设备，提出如下应对措施：

1．加固及微改造技术

为避免施工过程对周边建构筑物造成不可逆的影响，可提前对整体性较差的建构筑物进行加固改造，这样从源头上提高建构筑物整体性能，减小可能出现的伤害。通常，现市场上主流的结构加固技术可分以下几种：

（1）碳纤维加固技术

碳纤维布加固技术是利用碳素纤维片和专用结构胶对建筑构件进行加固处理。其厚度约为2mm，可粘贴在各种形状的结构表面，且能保证碳素纤维片与原构件共同工作（如图1）。根据原料及生产方式的不同，碳纤维产品可分为PAN基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。碳纤维材料与其他加固材料相比，其优点在于：1）高抗拉强度与高弹性模量；2）具有较高的疲劳强度；3）重量轻，约为钢材的五分之一；4）耐久性能好，耐磨损、抗老化。

（2）结构粘钢加固

粘贴钢板加固法是指用胶黏剂将钢板粘贴在构件外部的一种加固方法。该法在建筑市政工程加固、补强、修复中应用较为广泛（如图2）。结构粘钢加固方法与其他加固方法相比，有坚固耐用、施工快速、简洁轻巧、灵活多样等特点。结构粘钢加固适用于对既有建构筑物的竖向构件（墙或柱）的加固，可减小墙柱出现倾斜或倒塌的可能。

（3）微注浆加固

对钢筋混凝土结构由于各种原因产生的裂缝采用环氧树脂类粘合剂及密封剂灌浆加固修补，在不影响生产运营情况下可以达到预期强度，延长结构的适用寿命，施工快捷方便，不需要大型机械作业，加固效果安全可靠。对于后期出现的新裂缝，微注浆加固也可控制其发展趋势，并做到表观恢复到原始状态。

（4）增大截面

增大截面加固法是指在原受弯构件上面或下面浇一层新混凝土并补加相应的钢筋，以提高原构件承载能力。施工时将原构件在新旧混凝土黏合部位表面凿毛，并在原构件浇筑面上每隔一定距离凿槽，以形成剪力键，洗净后，涂覆丙乳水泥浆，加配箍筋及受力钢筋，最后浇混凝土。增大截面加固法应用于既有建构筑物梁柱等构件，可视为对原梁柱的加固或替代。增大截面后原有结构被巧妙隐藏，故外立面较新颖。

2．新型挡墙技术

结合人居环境改善黑臭水体需在结构做法与材料上做出相应调整，以使处理后的效果与周边环境协调，从而实现人居环境改善与提升。

（1）格宾挡墙

为达到人居环境改善目的，一般不再建议使用混凝土挡墙，而是采用更为生态和环保的格宾式挡墙。与混凝土挡墙相比，格宾挡墙最大特点在于支挡部分是在格宾网格里堆装在一起的片石。这样不仅能达到阶梯式护岸的效果，同时也能有效渗水、排水，达到绿色生态的效果（如图3）。格宾是由专用机器编织而成双绞合六边形金属网面构成的箱体结构，是典型重力式柔性支挡结构，可解决传统挡墙不能适应地基不均匀沉降等问题，提高结构稳定性。与传统挡墙相比其优点在于：柔韧性、透水性、协调性、耐久性、便捷性、经济性。

（2）波浪桩

波浪桩适用于水利护岸护坡、景观河道改造、板桩码头等工程（如图4）。它是一种新型预应力混凝土构件，截面呈半圆环形，混凝土强度不小于C80，主筋采用预应力混凝土钢棒，可提供较高抗弯承载力。制作时在混凝土内添加高性能复合材料，使得桩身混凝土耐久性能大大提升。它改变了传统水利工程材料造价高、成型质量不稳定等缺点，具有造型美观、止水效果好、耐久性能好、运用灵活、质量可控、经济效益好、综合性价比高等特点。

（3）预制挡土墙

预制空箱式装配护岸是预制重力式挡土墙的一种，采用空箱式结构，内部填充混凝土、石材、土体、建筑垃圾等，达到挡土支护效果（如图5、图6）。挡墙由多个构件拼装而成，上下构件错缝堆砌，相邻构件之间采用阴阳榫口拼接，可加快施工进度。同时上层箱体内可填土种植植被。其特点在于施工速度快、低碳环保、造价低廉、基槽开挖时间短，立面效果美观、维修方便等特点。

（4）仿木桩

仿木桩是一种新型混凝土预制桩，采用离心成型。其承载力高，抗弯抗剪性能优越。表面作木纹处理，美观环保，可以用于河道治理与支护、栈道架空基础、河道景观治理等。木纹通长采用丙烯酸聚氨酯油漆等环保材料调色，颜色可调。仿木桩桩长在1.5~6m。其特点在于：承载力高、环保美观、安全可靠、生态美观、不易腐蚀风化、抗冲击、不易变形、不易褪色、成本较低、施工成熟等特点（如图7）。

3．生态防护边坡

生态防护边坡即在边坡种上生态植物，在护坡防冲刷同时兼顾景观，做到了安全、美观、环保。一般采用以下方式：

（1）加筋垫

由高性能生态基材与双绞合钢丝网面复合而成的三维防护材料，能够促进植被生长并对表层土壤起到加筋作用。高性能生态基材是精细热熔木纤维、高分子聚合物保水基质、微孔颗粒、生长促进剂等构成的生态配方，与种子混合后，通过专业设备喷播施工，起到保水保温，加速植被发芽和根系发展等作用（如图8）。其用于边坡表层的冲刷防护具有很好的绿化效果，基本无水土流失现象，具有防风抗雨、保水保温、施工高效、质量可控、稳固边坡等特点。

（2）装配式生态护坡

装配式生态护坡近年来广泛应用在水利工程、生态河道、水库、公园湖泊、路基边坡等，具有生态环保、标准制造、施工快捷、安全性高、整体性好，抗变形性佳等特点。装配式生态护坡主要有以下几种类型：阶梯式生态护岸（如图9）、平铺式生态护岸（如图10）、箱式生态框等。

4．新工艺及先进设备

施工现场空间有限情况见于多数工程。为此，着眼于国内外市场，借鉴区域外的新工艺或先进设备，克服传统施工方法不足，最大程度上确保施工的可行、高效及环保。

（1）微型顶管

当场地条件受限不允许采用明挖施工和常规顶管时，对外径小于800的管道可考虑采用微型顶管工艺。即配合自锁承插接口短管，将传统管道改为拉拖工艺。在末端井下安装管节，利用钻杆穿过管道中心，在管道尾端拉拖管道。掘进头负责掘进扭矩和迎面阻力，设备余力通过机头后分动装置和传力杆传到管体实现拉拖目的。由于采用短管节，所需顶管井体积不大，局部紧张场地也可采用0.5m短管节。一般接收井内径取2.0m，工作井内径取2.5m（如图11），在地质情况较差地方可采用预制钢筋混凝土管或钢套筒下沉，从而减小施工风险，缩短施工周期，同时管道质量好、防渗防震，有时不失为一种好选择。

（2）先进的施工设备

钢板桩应用于围堰工程、防波堤、基坑支护等工程，施工工法主要为电动锤或钩机振动锤。上述施工工法对场地要求高，施工震动大。而静力压桩是以桩机重力作为作用力，克服压桩过程中桩身周围摩擦力和桩尖阻力将桩压入土中，其施工时噪音在40~50分贝，人体较难察觉（如图12）。针对硬塑土层及全、强风化岩层等钢板桩难以压入的地层，可采用水刀并用工法等辅助压桩。即将高压水喷入桩尾部地基，使土粒间间隙水压瞬间变高而使土粒子移动（如图13）。同时，往地面方向涌出的射流水可以润滑钢板桩表面，防止进入接口槽的土石变紧。这样便可减轻贯入抵抗力，用较小压力便可高效率进行压入作业。上述设备优点是无振动、低噪音、作业面小、止水挡土效果佳，缺点是价格偏高。黑臭水体治理不仅体现在新建管道，也可体现在打通、优化现有污水管网，使其发挥潜在的排污功能。污水管随着运营时间变长或多或少存在一定程度变形甚至损坏，如采用明开挖换管或新建管道，不仅费时费力，代价高昂，且对交通环境等产生较大影响。因此，从经济和社会效益角度出发，采用非开挖修复技术对现有破损管进行修复，不仅有助于延长基础设施使用寿命，节约基建投资，还能达到提高城市建设管理水平，节能减排目的，具有显著优越性和可持续性。通常，根据管道结构性缺陷等级和数量可分局部修复和整体修复两大类。局部修复有局部树脂固化法（适用于内径<1m）、不锈钢快速锁法（适用于内径≧1m）及嵌补法（针对点状裂隙）；整体修复有紫外光固化法、牵引内衬和垫衬法等（如图14）。修复前后要做好CCTV检测、封堵、引流、通风、清淤等预处理措施。

三、结论

1．为减小黑臭水体治理施工影响

可提前对施工影响范围内建构筑物进行加固微改造处理；格宾挡墙、波浪桩、预制挡土墙、仿木桩等新型挡墙与能与周边环境较好协调，加筋垫、装配式生态护坡可做到安全快捷、经济美观，上述工艺可在确保安全同时较好地兼顾人居环境方面。

2．场地空间不足

可采用微型顶管、静力压桩机等工艺设备，可减少施工对周边环境影响；管道非开挖技术能最大程度再利用现有管道，减小开挖及重建工作量，从而做到资源再利用及可持续发展。

作者:孙安 李骏飞 单位:广东省建筑设计研究院有限公司