“零弃方”理念在喀斯特山区高速公路设计与施工统筹调配的应用实践

2021-01-30

中国公路 2021年1期

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州贵阳 550001）

一、应用背景

黔西南州兴义环城高速公路（简称“兴义环高”）是贵州省高速公路网加密规划项目之一，采用PPP模式，投资101.88亿元，路线全长62.5公里，双向四车道，设计时速80公里，路基宽度24.5米，桥隧比56%。该项目全线地形变化大、跨越地貌单元多、桥隧比高，公路沿线经过贵州龙遗迹、马岭河国家地质公园、万峰林森林公园等国家保护区，生态环境敏感，保护要求高。该项目作为典型的锥形喀斯特地貌，复杂的地形条件和高标准建设要求之间矛盾重重。

二、初步设计土石方情况

项目在初步设计阶段，全线桥隧比为64.5%，桥梁26854.8米/58座，隧道12641米/29座，需挖方1259.7万立方米、填方1227.2万立方米，设有弃土场15个、借土场7个。初步设计土石方量统计表如表1所示。

三、“零弃方”统筹应用

建设之初，兴义环高充分发挥了PPP项目优势，将项目作为整体统筹考虑，分析影响土石方调配的各种控制因素，充分协调各地方政府、各设计单位、各施工标段之间的关系，提炼“零弃方”绿色设计施工理念，编制合理的施工组织设计，统筹部署土石方挖用平衡及合理调配。

表1  初步设计弃、借土场统计表

（一）“零弃方”总体原则

“零弃方”绿色设计与组织施工阶段，需牢牢守住发展和生态两条底线，以质优为前提，遵循安全、因地制宜、经济及环境保护四项原则。

1.安全原则

从“车、路、环境”三位一体的综合协调全面考虑，坚持安全至上理念，保证行驶车辆、道路结构、所处环境安全。

2.因地制宜原则

设计与施工精雕细琢，加强公路工程与沿线关系的紧密互动，满足沿线城乡发展需求，带动地方产业和社会经济；减少对人民生活的干扰，尽量避免由于公路阻隔影响沿线居民的生产生活方式。

3.经济原则

坚持“统筹规划、合理布局，远近结合、综合利用”原则，确保路线安全环保、高质经济。

4.环境保护原则

以“最大程度保护、最小限度破坏、最大力度恢复”为指导，尽量避开风景区、自然保护区等人文环境，保护土地资源，减少对人文环境的影响和破坏。

（二）土石方合理调配方法

该项目综合考虑当地地理环境，提出了土石方调运“四部曲”。

表2  隧道优化为挖方路基成本对比表

表3  填方路基优化为桥梁成本对比表

1.第一次综合调配

根据各施工标段的路基、施工便道、场站建设、隧道洞渣、桩基孔渣等填挖工程数量，完成标段内填挖方综合调配。

2.第二次短距离调配

根据各施工标段借、弃方工程数量，灵活通过互通三角区、桥梁闲置区、房建场坪区、服务区等地调配土石方。

3.第三次长距离调配

综合对比长距离调运成本和设置弃土场、料场成本，若成本相当，或者调运成本较低，则统筹规划施工进度，提前贯通调运通道，统一长距离、跨标段调配土石方。

4.优化结构设计

若综合调配成本大幅增加，则需优化设计，采用“高填方调整为桥梁”“高挖方路段尽量以断隧道形式通过”“调整路线纵坡”“优化坡比”等方式综合调配土石方。

（三）施工图设计优化

设计是山区高速公路建设项目的总纲，该项目因地制宜优化施工图设计，灵活运用技术指标，合理控制路基填挖，科学调配土石方，努力实现“零弃方”，最大限度地保护环境。

1.突出全寿命周期成本理念

将公路运营和维护纳入工程设计系统考虑，突出全寿命周期成本理念；坚持就地取材，综合调配，减少能耗和工程建设成本。

2.推行生态环保优化设计

科学调整路线纵坡和构造物结构形式，推行生态环保与生态防护设计，减少对生态环境的破坏，以及对耕地、良田的穿越和占用。

3.统筹协调优化设计

统筹各方技术力量，综合分析并提高设计的技术经济合理性及深度，确定适当的标准、规模和方案，形成协调、完整的系统工程。

图1  k6+260～k7+947段工可线位和施工图线位比较图及现场照片

（四）施工图设计优化案例

1.案例一

k6+260～k7+947段为灰岩地区，原设计为“560米隧道+路基”，欠方约为20万立方米，料场规划在红线外。为保护生态环境、减少欠方量，将该段落设计施工图调整为“路基+780米桥梁”。调整后的施工及路面料场选址都在项目路基内，既实现了填挖平衡，又减少了对红线外生态的破坏。

k6+260～k6+820段原设计为560米隧道，隧道开挖土石方约为9.2万立方米。优化为路基挖方后，增加用地34666.67平方米，开挖土石方83.12万立方米，设置路基边坡防护措施；同时，边坡开挖可开采41万立方米石头用于加工砂石料，将料场设置在红线范围内路基上，无需线外开采砂石料。隧道优化为挖方路基成本对比如表2所示，隧道优化为路基节约成本3725万元。

k7+100～k7+947段原设计为填方路基，设计填方23.4万立方米，同时需设置路基边坡防护措施和涵洞工程（两箱涵两盖板）。优化为780米桥梁后，减少用地27333.33平方米。填方路基优化为桥梁成本对比如表3所示，填方路基优化为桥梁增加成本2109万元。

综上，k6+260～k7+947段共计节约成本1616万元。

2.案例二

k13+600～k13+820段原设计为“挖方路基”，挖方数量为93万立方米，边坡采用锚杆、锚索防护，占地2.4万平方米，拆迁房屋5栋。该项目破除“能挖则不隧”理念，结合填挖平衡综合统筹，将高挖方路基优化为“隧道”方案，占用土地1万平方米。挖方路基优化为隧道成本对比如表4所示，挖方路基优化为隧道节约投资927万元。

表4  挖方路基优化为隧道成本对比表

表5  优化施工组织设计前后成本对比表

图2  k13+600～k13+820段高挖方调整为隧道线位比较图及照片

在优化设计中，项目按该方式全线共调整7处构造物结构形式，不仅统筹规划了全线土石方，还保护了土地资源，最大限度降低了对生态环境的破坏。

（五）施工组织设计优化

施工组织的设计是一个复杂的过程，尤其是在地形、地质条件复杂的喀斯特山区。根据项目特点设计总体施工，充分考虑路面、绿化等后期施工单位需求，组织设计、施工单位协调规划，联系实际调配全线土石方。

1.突出绿色施工理念

施工组织设计优化与公路施工中，需贯彻落实环境保护和水土保持的有关要求，最大限度地节约土地资源，减少对环境的干扰，实现“四节一环保”。

2.制订合理的倒排工期计划

以控制性工程为主控，提前合理选择路面料场和场站位置为主源，路面施工为主线、单幅贯通为主导，合理统筹分项工程施工进度。

3.统筹调配土石方

全部土石方均首先考虑就近利用，再考虑材料质量、施工时序、标段划分、运距、运输道路情况等因素，计算各标的土石方清余、缺方量，统筹考虑运距调配利用。

（六）施工组织设计优化案例

该项目马家沟特大桥小桩号段（k51+000～k52+470）路基有弃方18万立方米，弃土场占地6333.33平方米。而洒金互通段（k53+550～k54+470）为填方段落，需线外开挖26.6万立方米路基填筑，借土场占地1.78万平方米。为统筹土石平衡，项目倒排工期，提前贯通了调运通道，并优化了施工组织设计。

1.提前贯通马家沟大桥半幅（k52+470～k53+480），将小桩号岸弃方通过马家沟大桥调运至大桩号岸，平衡了18万立方米借方；

2.提前贯通凹子头大桥半幅（k56+757～k57+027），毛栗坪隧道半幅（k57+030～k58+330）从进口端进洞500米，利用隧道洞渣通过凹子头大桥调运至借方段落，平衡了6万立方米借方；

3.利用桥梁桩基和施工便道开挖石渣，平衡剩余2.6万立方米借方。

设置弃土场、借土场方案与优化施工组织设计成本对比如表5所示，优化施工设计后节约用地48120平方米，并减少了相关的防护、排水、绿化等工程，节约投资769万元。