一、桥梁结构和施工工艺

桥梁结构按照其所处的位置不同分为上部构造、下部构造和基础三大部分。上部结构包括承重结构、桥面铺装等，上部结构施工基本没有涉水施工，对地表水环境质量基本没有影响;下部结构包括桥台和桥墩或索塔，它是支撑桥跨结构并将恒载和车辆等活载传至基础的建筑物。下部结构施工包括绑钢筋、支模板、浇筑混凝土，这些工艺禁止涉水施工，对周围水体环境也没有影响。涉水的基础施工对地表水影响比较大，桥梁基础类型非常多，其中采用最多的施工形式为桩基础，尤其是钻孔灌注桩，高等级公路和高铁绝大部分采用这种基础施工形式。

河道涉水施工时通常采用围堰施工。围堰是指在一些条件适合的浅水域开展钻探工作时，采用构筑堤坝的方法在孔位附近围出一定面积的隔水带，将其中的水排出，使水下地面出露，直接安置设备进行钻探工作，也就是将涉水作业变为陆上干作业。围堰的存在对河道产生比较大的影响。一般根据地形、地质条件，因地制宜地修建围堰，因此，围堰的种类较多，结构也比较复杂。桥梁基础施工中采用的围堰型式有:土石围堰、木质围堰、钢板桩围堰、钢筋混凝土围堰、钢套箱围堰及钢吊箱围堰等。无论何种围堰都要满足以下要求:

（1）围堰的顶高宜高出施工期间最高水位(包括浪高)的50～70cm。

（2）围堰的外形应适应水流排泄，大小不应压缩流水断面过多，以免壅水过高危害围堰安全，以及影响通航、导流等。围堰内形应满足基础施工的要求。堰身断面应保证有足够的强度和稳定性，基础施工期间，围堰不能发生破裂、滑动或倾覆。

（3）应尽量采取措施防止或减少渗漏，对围堰外围边坡的冲刷和修筑围堰后引起对河床的冲刷均应有防护措施。

围堰种类的选择主要考虑水深、水流速度、河床底质等，见表1。此外，还有无围堰施工，即施工期间不设围堰，如筑岛法、采用浮式施工平台、沉井基础施工等。

表1围堰类型及适用条件

二、桥梁基础涉水施工对河流的影响

（一）直接影响

围堰施工时会扰动河床，引起泥沙流失，导致水体悬浮物浓度增加。以桥梁施工中使用最为普及的拉森钢板桩围堰为例，拉森钢板桩适用于各类土质河床，具有重复利用、安全稳定、施工便捷等特点，而且对水体扰动面积比较小，操作简单，在桥梁涉水施工中应用非常广泛，具体施工步骤为:施工准备→测量定位→插打抗滑钢管→插打钢板桩→开挖基坑→逐层进行钢板桩内支撑→排水→浇筑封底混凝土→承台施工→基坑回填→逐步拆除内支撑→墩身施工→基坑回填→钢板桩拔出→抗滑钢管拔出。

在上述过程中，对地表水造成直接影响的施工主要体现在插打抗滑钢管和插打钢板桩2个过程中。在插打的过程中，对河床有扰动，造成泥沙上浮，水体悬浮物增加，水质浑浊，水环境质量明显下降，其直接影响程度与施工持续时间和施工强度相关，在没有发生事故的情境下，水平影响范围为20～50m。但这些影响是暂时并可恢复的，在插打抗滑钢管和插打钢板桩作业结束后，其影响很快就会恢复。其他围堰形式施工也会在某个工艺环节引起周围水体泥沙浓度的增加，如土围堰、土袋围堰、双壁钢围堰等，作业结束后影响也会很快恢复，总体来讲，围堰施工对水体的直接影响有限。

（二）间接影响

间接影响是指围堰的存在压缩了水面宽度，改变了水文情势。根据流体力学，河道压缩之后河流速度会加快。河流速度的计算见公式(1):

V=Q/(L×H)(1)

式中，Q表示河流的流量，m³/s；H表示河流的深度，m；V表示河流的速度，m/s；L表示河道的宽度，m。

在理想状态下，当Q和H不变的情况下，L与V成反比关系，L越大，V越小；反之，L越小，V越大。围堰压缩河道后，河流流速明显增加，压缩越严重，水流速度越快。水文情势的变化对水环境会产生一系列的变化，其间接影响主要体现在以下几个方面:

（1）影响行洪

当过水断面过小、水流比降过大时，会导致洪水汇集、土壤侵蚀或河流淤塞等后果，如果遇到暴雨，由于河道阻塞，可能造成更大的危害。

（2）影响鱼类洄游

例如，生活在我国黑龙江和图们江流域的大马哈鱼，每年的9～11月是其洄游上溯期，假如此时段在上溯河流某一河段上进行桥梁基础施工，采用围堰法，水流速度加快，鱼类上溯需要付出更大的体力，体力消耗量增加，部分身体弱的个体可能会完不成洄游。此外，施工噪声、振动等也会对鱼类的洄游活动造成不利的影响。根据曹广华等的研究，大桥施工期基础施工产生的噪声，可能对鱼类的洄游行为造成影响。根据相关资料，鱼类对声音非常敏感，当声音达到一定程度时，鱼类会产生趋避效应，当声音达到20dB时，鲤鱼就会向远离声源的方向游动，如果被迫接受噪声影响，其生理机能会产生对其不利的变化。

（3）对鱼类产卵产生影响

鱼类产卵行为还对产卵区域的底质有比较严格的要求，有的需要卵石松散堆积的底质区域，有的需要砂石底质区域作为布卵区域、幼鱼孵化和觅食区域等。如果这些区域的生境条件发生改变，将影响包括鱼类繁殖等在内的正常的生物行为，威胁生物的种群繁衍。围堰的存在压缩了施工河段的宽度，导致围堰段流速增加，流量减少，含沙量增加，河底地貌受围堰阻隔和流速增加的双重影响发生明显变化，如果这些区域的水文动力学条件发生改变超过某一阈值，将影响鱼类的繁殖行为，导致繁殖行为消失或失败。

工程结束后，围堰清除，仅剩桥墩，水文情势变化产生的影响将会大大减少，但剩余的间接影响将长期存在，其影响时间与桥梁的生命周期相同。

三、桥梁涉水施工中的环境保护措施

（一）施工时间

调整桥梁下部基础施工的时间，选择在枯水期施工，减少涉水桥墩的数量，避开水生生物繁殖、洄游等敏感时段，是桥梁施工中一个行之有效的保护措施。2015年，习赤旅游公路曾采取调整下部结构施工时间的措施，减少对赤水河珍稀鱼类的影响，这种措施同样在海南省也行之有效。以海南万洋高速公路跨越的万泉河为例，万泉河是海南岛最重要的河流之一，施工河段位于万泉河的琼海段，每年的平水期为5～6月和9～10月，水面宽110m左右；丰水期为7～8月，水面宽120～130m；枯水期为11月～次年的4月，水面宽80～100m。全桥采用(30m+52.5m+95m+52.5m+30m)连续钢构，主跨为95m。如果在枯水期施工基本属于岸上作业，不用设围堰，如果在平水期或丰水期施工，就需要设钢板桩或土袋围堰。承台厚度为3.5m，平面尺寸为9.1m×9.1m，如果采用拉森钢板桩围堰，在确保有一定操作空间的前提下，围堰面积为11.1m×11.1m，2处围堰将对河道产生明显压缩。由于每年4～7月是万泉河内鱼类主要的繁殖季节，所以选择在枯水期的11月～次年3月进行施工。2016年11月开始基础施工，水面宽77m，主跨东岸的主墩基坑直径为10m，其中涉水宽度为2m，8m位于河岸，主墩施工采用钢板桩围堰的施工方案；西岸没有涉水施工。2017年6月，桩基施工完成，围堰拆除，其间水面最大宽度为87m。根据现场调查，桥梁施工对河道影响轻微，对鱼类的繁殖基本没有影响。

（二）施工工艺

桥基础不同，涉水施工工艺对水环境产生的影响是不同的，所以在制定环境保护措施时必须要了解基础施工采取的工艺。我们经常在环评报告中看到，对涉水桥墩施工提出的环境保护工艺措施是“跨涉水桥墩采用钢围堰施工工艺”。但在生产实践中往往很难落实。因为在施工中是否采用围堰，采用什么型式的围堰主要依据河流的水深、流速和河床的底质类型、经济性和基础施工采取的工艺等因素综合确定。例如，海南省某高速公路环评报告中，针对跨越南渡江大桥基础施工中的水环境保护措施，提出采用钢围堰施工，但根据现场踏勘，枯水期流量很小，分成几小股，水深约50cm，流速较缓，河槽大部分裸露，可见大量卵石出露。钢围堰属于深基坑，是在水流比较急时常采用的围堰形式。在这种情况下依据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50—2020)，采用钢围堰显然是不合适的，为了不影响基础施工，同时也不能对水体造成污染，环境监理对河流进行了详细踏勘，同时也确定本河道不存在珍稀保护鱼类和其他需要特殊保护的水生生物，经过测算不会影响行洪，在实际操作中，改变原来2处涉水桥墩同时作业的顺序，先完成一处作业后再进行另一处作业。通过沙袋和开挖临时水沟对水流方向进行调整，将水流引到作业区范围外，将涉水作业变为陆上作业，工程结束后清除沙袋，恢复河道原貌。整个工程施工期间，工程对水体的影响很小，达到了保护环境的目的。由此可见，在涉水施工时，必须考虑桥梁基础的施工工艺，提出有针对性的环境保护措施。

（三）成桩工艺

成桩工艺有很多种，每一种都有其使用的范围，产生的振动噪声也各不相同，选择成桩工艺时，不仅要考虑成桩质量和速度，也要考虑施工噪声对声敏感点和水生生物的影响。在浅水区一般采用筑岛法，在深水区多采用钢管桩施工平台、双壁钢围堰平台等固定式平台。钻孔方法有3种，分别是正循环钻、反循环钻、冲击钻。前两种产生的噪声最小，冲击钻施工噪声最大，但是适应性最广，设备也比较简单。尤其是公路施工，一般远离人群聚集的村镇，所以冲击钻几乎是标配，其他钻孔设备很少见到。根据现场测定，距离冲击钻7.5m时，其产生的噪声值为85～100dB，50m处的噪声值为75dB，100m处仍达到63dB，这样的噪声值会对周围100m范围内的水生生物造成影响，如果施工期正值重要鱼类的洄游和产卵期，这种影响将很难弥补。所以，如果施工区域附近水生动物比较丰富，且存在重要保护动物时，优先采用正、反循环钻机，减少噪声对水生生物的不利影响。

四、结语

桥梁施工是一个复杂的系统工程，涉及多种施工工艺，技术非常复杂。涉水施工对水环境和水生生物造成明显影响，当河道内存在多处围堰同时施工时，影响尤为强烈。桥梁施工工艺不同、河流不同、施工季节不同以及采取的环保措施不同，其造成的破坏程度也不同。在施工设计时，将桥梁基础施工安排在枯水期，减少涉水作业；同时，要充分了解河流生态，当河流存在保护性水生生物时，要避开其繁殖季；靠近声敏感目标时还要考虑施工噪声对敏感目标的影响，采用低噪声施工工艺和设备。

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