关于桥梁工程运用环保设计分析

2004年交通部开展了公路勘察设计典型示范工程活动，提出了“安全、环保、舒适、和谐”的设计理念。最新公路工程技术标准也明确提出了公路建设必须贯彻国家的环境保护政策，并做出了相应的规定。桥梁构造物作为公路设计的重要组成部分，分析其在桥梁建设各阶段对环境的作用与影响，以便找出更好的措施减少或杜绝桥梁环境污染，减少桥域生态损失，这是现阶段桥梁建设者和管理者面临的一项长期而紧迫的任务。
一、桥梁建设的环境问题
桥梁是永久性建筑物，在施工建设中需要进行开挖、填筑、钻孔，动用大型动力机械，需采购使用大量水泥、砂、碎石、沥青等建筑材料，建成后，必然会改变所在区域的环境特征。其对环境的影响包括：
1.生态破坏。在河岸两边开挖修建桥台，在河床中采用扩大基础或钻孔桩基础，必然会导致植被的破坏与减少，同时水土流失、拆迁原有建筑物、占用耕地等也会造成生态破坏。
2.引发灾害。由于桥梁的修建减少了河床的过水断面，造成桥前局部壅水，水流速度减慢，泥砂下沉淤积，阻塞河道，从而容易引发洪涝灾害。
3.水污染。施工中泥浆钻渣的排放，以及机械用油的渗漏等，都可能造成河流中的水污染，危及人畜饮水及河流中鱼、虾、蟹、水草等动植物的生存。
4.废气污染。主要来自以汽油、柴油为燃料的汽车开动时产生的废气和施工中基坑开挖、弃方运送、石灰、粉煤灰、水泥、砂石等材料运输产生的固体微粒，废气中含有的水蒸汽、一氧化碳、醛类和铅等污染物，这些污染物排放到大气中，渗透到水、土壤中，并逐渐积累，会使自然环境进一步恶化。
5.固体废弃物污染。主要指建桥过程中的生活垃圾和建筑垃圾，必须要按规定清理，切不可直接丢弃在河道中。
6.视觉障碍。立交桥、人行桥建成后必然改变人们原有的视线范围，设计合理可以增添新的景致，设计施工不合理会给人带来心理上的不和谐、压抑感，甚至阻挡行车视线，导致交通流紊乱。
二、桥梁建设中的环境影响评价
桥梁工程环境保护也应贯彻以防为主、以治为辅、综合治理的原则，将环保设计纳入工程的总体设计，并做好各阶段的环保设计。在可行性研究阶段应介入环境影响评价，在初步设计阶段应拟订环境保护总体设计方案进行论证，在施工图设计阶段应根据审定意见作出环境保护工程设计，在施工阶段应根据环境保护的思想制定利于环境保护的施工方法与措施。1990年交通部发布了《交通建设项目环境保护管理办法》，1996年后又组织编制了《公路建设项目环境影响评价规范（试行）》和《公路环境保护设计规范》等一批促进公路交通环境保护的法规，这些法规是工程项目环保的评价依据。
环境影响评价是环境保护的一项重要工作，它是实施可持续发展战略的一种有效手段和方法。环境影响评价是指对项目建设、开发活动等可能产生的环境影响进行识别、预测和评价，提出合适的清除或减轻不良环境影响的措施和对策，对最终的对策进行环境方面的指导。桥梁工程项目实施环境评价，体现了“环境优先，预防为主”的根本思想。桥梁环境影响评价宜在项目周围300m~500m范围（环境敏感区可适当扩大）内开展，评价内容主要包括：社会环境影响（包括社会、经济、文化等方面），生态环境影响（包括野生动植物及其栖息地、农林牧业、水土保持），环境空气影响，声环境影响和水环境影响等。桥梁项目的评价重点是社会环境影响和生态环境影响两个方面。
三、桥梁建设中的环保设计
1.结构设计。不同的结构体系均有自己的适用范围，桥梁设计时应根据桥位所处地形、地质条件不同，因地制宜，使桥梁与周围自然环境和谐统一，真正实现源于自然、美化自然的设计理念。比如在上跨桥型式的选择上，在视野开阔的平原地区，连续梁和钢构桥能够达到较好的视觉效果；在山区和丘陵地带，则可采用形式各异的拱桥和斜腿钢构桥等；在城镇人口密集的地方，为了体现出宏伟气势，可以考虑采用小型斜拉桥或悬索桥的方案。在结构设计时，要考虑桥梁在整个生命周期内所面临的各处荷载、各种不利的环境因素以及自身承载能力的退化，准确分析结构受力，仔细做好结构计算，进行合理的结构尺寸、配筋及结点等设计，确保桥梁的安全使用。如海上桥梁需考虑风荷载、海水及湿热空气对结构的影响。钢结构桥梁须周密设计防腐措施，为桥梁在使用过程中的健康监测、加固及改建预留条件。下部结构的设计与施工涉及到植被破坏、土方开挖、岩石爆破等多种环境影响因素，因此下部结构的环保设计是实现桥梁环保设计的重要内容。山岭重丘区的桥梁，在坡度相对平缓、岸层变化相对较小的地方，为更好地衔接路基下挡与桥台，宜采用“U”型桥台。当基础的持力层稳定性好、承载力能满足采用扩大基础时，为减少开挖边坡，更好地保护环境，桥台宜设计成不对称的结构形式，纵横向均可采用分级台阶基础。当基础持力层稳定性较差、承载力较低时，为防止大幅开挖引起的边坡垮塌，宜采用部分高桩的承台基础。在横坡较陡的地方宜采用柱式桥台与肋板式桥台相结合的形式，一侧的柱式桥台避免了对山体较大的开挖破坏，另一侧的肋板式桥台保证了高填方桥台的安全性。在纵坡较陡的地方宜采用一字型桥台。这种桥台采用桩基础，承台底面应埋入地面以下，侧墙采用直立式，与路基的路肩墙相接，不设置桥台锥坡，这样既可避免采用扩大基础时为确保基底埋置的安全距离而对山体进行大量开挖，又避免了因坡度较陡而产生的无法溜坡或护坡安全度不高的情况出现。
2.附属设施设计。桥梁附属设备包括伸缩装置、排水系统、照明系统等，这些部位处理不好不仅带来环境污染，影响主体结构的耐久性，甚至引发桥梁安全事故。伸缩缝的选择要与两侧主梁的刚度相协调，不仅要考虑伸缩范围，还要考虑转角大小，避免刚度不协调或转动受限引起过早破坏，造成渗水或者跳车噪声带来的环境污染。排水系统设计应根据当地降水量进行计算，不仅要设置足够数量的排水管，还要将水进行合理疏导，最终引入地面排水沟、污水池等适当位置，必要时还可设置沉淀池等污水处理系统，防止降雨时桥面污水乱流，桥下“水帘洞”现象发生。照明设计是桥梁景观设计的重要组成部分，好的照明系统能丰富桥位环境，增加桥梁的表现力和感染力。照明系统的设计应考虑桥梁的线性与自身的引导作用，选择合适的灯柱和灯具，比如高速公路桥梁越来越多地采用风能、太阳能等高科技灯具等，即节约了成本又实现了环保节能。
3.耐久性设计。桥梁结构漫长的使用寿命期对其耐久性提出了较高的要求。为解决这一问题，在设计阶段就要挑战传统设计理念，一方面应使桥梁结构具有可检性、可修性、可换性、可强性、可控性及可持续性。另一方面桥梁材料的选择、使用和维护等方面应注意与耐久性有关的问题。设计师必须清醒地认识到，整体结构的寿命和各部件的寿命是不等的，如橡胶支座寿命不超过20年，拉索的寿命仅10~40年，拉索的护套寿命不超过20年，钢结构的油漆保护最优为20年等。只有对这些自身寿命期低于结构设计寿命期的部件在构造上保证可查、可修、可换、可加强，对结构在外因变化剧烈情况下的结构的变形要在构造上“可控”，才能够在运营阶段对桥梁进行维修、加固等措施，从而保证结构的耐久性。
目前，在桥梁建设快速发展的同时，也带来了日益严重的环境问题，特别是大型桥梁工程项目的建设对环境的影响是必然的，限制其建设，用阻碍发展经济的办法来保护环境是不现实的。因此，需要桥梁工作者在实践中总结出有效的经验，提出相应的控制措施，实现建设行业的发展与保护环境相协调。