土方工程施工揚塵空間擴散特征及抑塵措施分析

毋存糧 胡連超 李昊

摘 要：近年來，我國城市化進程迅猛發(fā)展，在城市化建設(shè)過程中，不可避免地會產(chǎn)生揚塵污染。項目管理人員由于對揚塵起源和擴散規(guī)律認識不到位，不能采取有效的應(yīng)對措施降塵，進一步加劇了空氣污染，為人們生活環(huán)境和身體健康帶來巨大威脅。針對此問題，本文從工程實際出發(fā)，對土方施工過程中揚塵起源類型進行全面分析，并通過歸類法探討了不同起源類型揚塵的空間擴散特性，最后根據(jù)不同揚塵空間擴散特點，提出相應(yīng)的抑塵措施，為城市土方工程施工揚塵治理提供參考。

關(guān)鍵詞：土方工程;揚塵;擴散特征

中圖分類號：TU751;X799.1文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）34-0110-03

Analysis on Spatial Diffusion Characteristics and Dust

Suppression Measures of Dust in Earthwork Construction

WU Cunliang1 HU Lianchao1 LI Hao2

（1.China Construction Seventh Engineering Bureau Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000;2.School of Water Conservancy Science and Engineering， Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： In recent years， with the rapid development of urbanization in China， dust pollution will inevitably occur in the process of urbanization construction. Project managers can not take effective measures to reduce dust due to their poor understanding of the origin and diffusion of dust， which further aggravates air pollution and poses a great threat to people's living environment and health. In view of this problem， starting from the engineering practice， this paper comprehensively analyzed the source types of dust in the process of earthwork construction， and discussed the spatial diffusion characteristics of different types of dust by classification method. Finally， according to the spatial diffusion characteristics of different dust， corresponding dust suppression measures are proposed， which provides reference for dust control in urban earthwork construction.

Keywords： earthwork;dust;diffusion characteristics

隨著我國城市化進程不斷推進，房地產(chǎn)及基礎(chǔ)設(shè)施的建造項目數(shù)量呈上升趨勢。一般來說，此類工程施工多屬于開放式露天作業(yè)，在土方工程施工過程中，挖填土方、土方裝卸、運輸和堆放等環(huán)節(jié)都會造成大量的揚塵排放，并且隨著項目體量的增大，揚塵量也會增多。在此過程中，如果降塵措施不到位，揚塵會對城市環(huán)境造成諸多負面影響，如能見度降低、城市出現(xiàn)霧霾，同時揚塵會參與大氣的化學(xué)反應(yīng)，改變空氣成分，對人類的居住生活環(huán)境造成巨大危害。除此之外，揚塵通過呼吸道進入人體后，會導(dǎo)致一系列呼吸道疾病，對人體健康造成巨大危害。因此，鑒于揚塵存在于土方工程施工的各個環(huán)節(jié)，全面分析土方工程中揚塵起源，根據(jù)揚塵起源類型分析其擴散特性，并根據(jù)擴散類型提出有效的降塵措施，以改善城市生活環(huán)境。

1 土方工程揚塵起源分析

1.1 點源型揚塵

1.1.1 土方工程揚塵。土方工程通常包括土方開挖、回填以及運輸?shù)裙ば?。施工揚塵污染的主要來源多集中在土方開挖和回填階段。在土方開挖和回填期間，通常需要挖掘機和運輸車輛的配合，在挖掘機挖掘和回填施工時，挖斗裝卸物料時會產(chǎn)生大量揚塵，成為土方工程揚塵的主要污染源。

1.1.2 建筑物拆除揚塵。隨著我國城市建筑物更新速度不斷加快，大量老舊的建筑物被拆除重建。舊建筑物在拆除過程中時常伴隨著打孔、爆破、粉碎和切割等工序，會有大量的顆粒物產(chǎn)生。其中較大顆粒物在重力作用下形成降塵，較小粒徑的顆粒隨著氣流的運動形成懸浮顆粒物，成為城市揚塵的重要來源。

1.1.3 物料裝卸揚塵。在建筑施工過程中需要大量的建筑材料，也會產(chǎn)生大量建筑廢料，如水泥、砂石、鋼筋、石灰及建筑廢渣等。這些粉質(zhì)粒料在開放式的環(huán)境中裝卸時，受裝卸抬升氣流和自然風(fēng)的影響較大，大量散布在建筑材料和建筑垃圾表面的細小灰塵顆粒在氣流和自然風(fēng)的卷吸下，被迅速抬升并隨風(fēng)擴散，產(chǎn)生物料裝卸揚塵。除此之外，大量物料的傾倒降落會在傾倒區(qū)域產(chǎn)生局部空氣湍流，如果傾倒區(qū)域地面沒有做硬化處理，空氣的湍流運動也會促使地面土壤顆粒卷揚，形成揚塵[2]。

1.2 線源型揚塵

1.2.1 車輛運輸施工便道揚塵。施工現(xiàn)場的施工便道大多為非硬化道路。在施工期間，由于車輛運輸材料比較頻繁，車輛經(jīng)過非硬化道路時，輪胎和路面直接接觸并碾壓路面，路面上的顆粒物經(jīng)過長期的碾壓作用，粉塵粒徑變小，當粉塵的粒徑小到一定程度，在車輪和路面產(chǎn)生的摩擦力和剪切力的作用下，會造成粉塵起揚。顆粒物也會隨著轉(zhuǎn)動的輪胎而上升或者下沉，同時路面暴露在強烈的空氣流下，受到其湍流剪切作用，顆粒物將散布到大氣中。

1.2.2 車輛運輸散落物料揚塵。車輛在施工便道上運輸散流物料和粉塵粒料的途中，車身、輪胎以及物料表面都會附著粉塵粒料。在車輛運動過程中，由于車輛的震動、顛簸和氣流沖擊、擾動，使一部分機動車身和車輪攜帶的散流物料和粉塵粒料經(jīng)過一次或者多次揚起后，散落到地面或在空中飛散，從而增加降塵量和懸浮顆粒物含量，產(chǎn)生物料運輸揚塵。

1.3 面源型揚塵

基坑開挖后，根據(jù)土方工程施工原則，為了減少外運，一部分可利用的土方需要就近堆放。對于較大的建筑工程，由于基坑開挖面積大，相應(yīng)的土方堆積面積就會增大，堆積后的土方通常會在相當長的一段時間得不到利用。這些土方經(jīng)過長時間的雨水沖刷和暴曬后，堆積土方表面的大土塊會風(fēng)化成細小的土壤顆粒，在缺少有效防護措施時，細小土壤微粒在風(fēng)載作用下脫離土體束縛，加之風(fēng)速和方向的不穩(wěn)定性，土壤顆粒很容易隨著氣體湍流抬升擴散[3]。此外，如果開挖后的基坑沒有得到有效防護，基坑內(nèi)裸露的土壤也會在風(fēng)力、車輛和其他施工設(shè)備外力作用下形成面源型揚塵污染。

2 揚塵空間污染特征分析

2.1 揚塵的點源型污染特征

點源型揚塵是伴隨物料裝卸和土方施工產(chǎn)生的，其中，土方施工出現(xiàn)高強度揚塵的概率最大。土方施工伴隨有基坑的開挖、回填、切割、鉆井、打孔、爆破以及混凝土的攪拌等工序。這些工序是產(chǎn)生細小顆粒物的源頭。相關(guān)研究表明，建筑施工現(xiàn)場的切割、鉆井及混凝土攪拌過程中，顆粒小于10 μm的總排放量占施工現(xiàn)場揚塵排放總量的52%～64%[4]。此類揚塵產(chǎn)生后會卷揚到大氣中，向周圍擴散，其擴散范圍應(yīng)與風(fēng)速和空氣濕度有關(guān)。由此可見，點源型揚塵產(chǎn)生量巨大，且與風(fēng)速和空氣濕度有關(guān)，是建筑施工中揚塵危害的重要因素之一。

2.2 揚塵的線源型污染特征

在建筑施工的全過程中，都有物料的運輸，因此車輛的運輸貫穿建筑施工的全過程。施工現(xiàn)場大多是一些非硬化路段，其具有不平整、土壤顆粒細小及含水率低等特點，極易因行駛車輛所產(chǎn)生的氣流的影響而形成線源型揚塵污染。影響此類揚塵污染的因素包括路面粉塵含量和行駛速度[1]，如果路面粉塵含量較多且車速較快，會產(chǎn)生沿線揚塵，且在風(fēng)力的作用下，向外擴散。除此之外，在車輛運輸散流物料或粉質(zhì)粒料時，如果物料完全裸露，也會產(chǎn)生線源型揚塵，此類揚塵高度高于路面揚塵，在工程車輛行駛時氣流的帶動下，比路面揚塵擴散的范圍更廣。線源型揚塵受氣象因素影響相對有限，具有發(fā)生周期性短、污染范圍大和污染不易控制等特點。

2.3 揚塵的面源型污染特征

揚塵的面源擴散大多以風(fēng)蝕為主。在土方和物料長時間堆積的情況下，風(fēng)蝕能將較小的散流物料、粉質(zhì)粒料及土層上較小的顆粒物卷揚到大氣中。一些粒徑較大的顆粒物被卷揚到大氣中之后會迅速沉降，形成積塵，這一類的顆粒物擴散范圍有限，對環(huán)境影響較小。對于較小粒徑的顆粒物，特別是PM10，在陣風(fēng)的影響下，土壤表面的揚塵顆粒能克服重力作用，在大氣上升氣流卷揚下迅速上升，揚塵顆粒被輸送至遠方[4]。由此看來，風(fēng)速對這類揚塵的擴散也有重要的影響作用。阮順領(lǐng)相關(guān)研究表明，隨著風(fēng)速的增大，揚塵地面濃度下降的趨勢明顯，揚塵漂移至更遠距離，污染面積大大增加[5-6]。由此可見，揚塵的面源型污染主要以風(fēng)蝕為主，受季節(jié)性影響明顯，具有揚塵顆粒小、擴散面積大和難以控制的特點。

3 降塵策略分析

3.1 定點追擊法

點源型和線源型揚塵雖然擴散范圍小，但污染源活動性較大，可采用追擊法來扼制點源型和線源性揚塵的擴散，主要措施如下。①對于點源型揚塵的控制，主要采用霧炮機降塵。在土方工程施工中，可在施工地點架設(shè)霧炮機，在揚塵即將形成時，就被霧炮機噴出的水霧與揚塵接觸并且融合，從而形成降塵。②對于線源型揚塵的控制，主要是對運輸車輛采取有效的措施，可采用一種可在自卸汽車自由拆卸的除塵噴淋設(shè)備。在輪胎上面和車斗上下設(shè)置水霧噴頭，在司機駕駛艙設(shè)置控制裝置，人為控制水霧噴頭的開關(guān)，既可以比灑水車節(jié)約水分，又可以在產(chǎn)生揚塵時打開噴頭，將揚塵消滅在源頭。

3.2 “守株待兔法”

面源型揚塵雖然擴散范圍廣，但其源頭易找易控，故可采用“守株待兔法”來扼制面源型揚塵的擴散，具體措施如下。①用防塵網(wǎng)覆蓋施工現(xiàn)場的裸露土地，可有效阻斷揚塵的擴散路徑。在風(fēng)力作用下，裸露土地上的較小顆粒會卷揚到空氣中，防塵網(wǎng)可以在揚塵剛形成時進行阻斷，防止其擴散。防塵網(wǎng)覆蓋法最重要的是實現(xiàn)防塵網(wǎng)的全覆蓋，可以采用防塵網(wǎng)固定裝置，將相鄰的兩個防塵網(wǎng)連接在一起，并且更好地固定，實現(xiàn)防塵網(wǎng)的全覆蓋，更好地阻斷揚塵的擴散。②在土方堆積區(qū)布設(shè)降塵管網(wǎng)和降塵噴頭，并架設(shè)小型氣象站，以監(jiān)測風(fēng)速和揚塵含量的變化。當風(fēng)速較大、揚塵含量較高時，控制系統(tǒng)自動開啟降塵管網(wǎng)閥門，噴淋噴頭開啟，以達到降塵目的。③在施工現(xiàn)場的圍擋上方布設(shè)霧化噴頭和揚塵傳感器，傳感器可接受揚塵信號，在揚塵即將到達圍擋且將要擴散出去時，自動啟動噴頭，讓水霧與揚塵接觸并且融合降落，達到降塵的效果。

4 結(jié)語

①點源型揚塵主要產(chǎn)生在物料拆卸和土方工程期間，揚塵產(chǎn)生量大，其擴散受風(fēng)速和物料含水率影響較大，此類揚塵源頭易控制，可采用霧炮機局部定點降塵方法來抑制揚塵擴散。

②線源型揚塵主要產(chǎn)生于車輛運輸期間，由于車身、底盤和車輪上粘有許多散流物料和粉質(zhì)粒料，車輛行駛到目的地都有可能產(chǎn)生揚塵，此類揚塵擴散范圍相對較廣，源頭移動性強，揚塵發(fā)生周期短。該類型揚塵的抑制方法為在工程車輛上安裝特有的噴淋設(shè)備。

③面源型揚塵主要產(chǎn)生在裸露的地面、堆料場及道路積塵。此類揚塵產(chǎn)生量占比較大，并且一旦發(fā)生、不易控制。對于此類揚塵，可在源頭上進行控制，主要采用防塵網(wǎng)全覆蓋的方法將揚塵阻斷，并在堆積土方上布設(shè)降塵噴頭以實現(xiàn)降塵的目標。

參考文獻：

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