（貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550001）

一、應(yīng)用背景

黔西南州興義環(huán)城高速公路（簡稱“興義環(huán)高”）是貴州省高速公路網(wǎng)加密規(guī)劃項目之一，采用PPP模式，投資101.88億元，路線全長62.5公里，雙向四車道，設(shè)計時速80公里，路基寬度24.5米，橋隧比56%。該項目全線地形變化大、跨越地貌單元多、橋隧比高，公路沿線經(jīng)過貴州龍遺跡、馬嶺河國家地質(zhì)公園、萬峰林森林公園等國家保護區(qū)，生態(tài)環(huán)境敏感，保護要求高。該項目作為典型的錐形喀斯特地貌，復雜的地形條件和高標準建設(shè)要求之間矛盾重重。

二、初步設(shè)計土石方情況

項目在初步設(shè)計階段，全線橋隧比為64.5%，橋梁26854.8米/58座，隧道12641米/29座，需挖方1259.7萬立方米、填方1227.2萬立方米，設(shè)有棄土場15個、借土場7個。初步設(shè)計土石方量統(tǒng)計表如表1所示。

三、“零棄方”統(tǒng)籌應(yīng)用

建設(shè)之初，興義環(huán)高充分發(fā)揮了PPP項目優(yōu)勢，將項目作為整體統(tǒng)籌考慮，分析影響土石方調(diào)配的各種控制因素，充分協(xié)調(diào)各地方政府、各設(shè)計單位、各施工標段之間的關(guān)系，提煉“零棄方”綠色設(shè)計施工理念，編制合理的施工組織設(shè)計，統(tǒng)籌部署土石方挖用平衡及合理調(diào)配。

表1 ?初步設(shè)計棄、借土場統(tǒng)計表

（一）“零棄方”總體原則

“零棄方”綠色設(shè)計與組織施工階段，需牢牢守住發(fā)展和生態(tài)兩條底線，以質(zhì)優(yōu)為前提，遵循安全、因地制宜、經(jīng)濟及環(huán)境保護四項原則。

1.安全原則

從“車、路、環(huán)境”三位一體的綜合協(xié)調(diào)全面考慮，堅持安全至上理念，保證行駛車輛、道路結(jié)構(gòu)、所處環(huán)境安全。

2.因地制宜原則

設(shè)計與施工精雕細琢，加強公路工程與沿線關(guān)系的緊密互動，滿足沿線城鄉(xiāng)發(fā)展需求，帶動地方產(chǎn)業(yè)和社會經(jīng)濟；減少對人民生活的干擾，盡量避免由于公路阻隔影響沿線居民的生產(chǎn)生活方式。

3.經(jīng)濟原則

堅持“統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布局，遠近結(jié)合、綜合利用”原則，確保路線安全環(huán)保、高質(zhì)經(jīng)濟。

4.環(huán)境保護原則

以“最大程度保護、最小限度破壞、最大力度恢復”為指導，盡量避開風景區(qū)、自然保護區(qū)等人文環(huán)境，保護土地資源，減少對人文環(huán)境的影響和破壞。

（二）土石方合理調(diào)配方法

該項目綜合考慮當?shù)氐乩憝h(huán)境，提出了土石方調(diào)運“四部曲”。

表2 ?隧道優(yōu)化為挖方路基成本對比表

表3 ?填方路基優(yōu)化為橋梁成本對比表

1.第一次綜合調(diào)配

根據(jù)各施工標段的路基、施工便道、場站建設(shè)、隧道洞渣、樁基孔渣等填挖工程數(shù)量，完成標段內(nèi)填挖方綜合調(diào)配。

2.第二次短距離調(diào)配

根據(jù)各施工標段借、棄方工程數(shù)量，靈活通過互通三角區(qū)、橋梁閑置區(qū)、房建場坪區(qū)、服務(wù)區(qū)等地調(diào)配土石方。

3.第三次長距離調(diào)配

綜合對比長距離調(diào)運成本和設(shè)置棄土場、料場成本，若成本相當，或者調(diào)運成本較低，則統(tǒng)籌規(guī)劃施工進度，提前貫通調(diào)運通道，統(tǒng)一長距離、跨標段調(diào)配土石方。

4.優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計

若綜合調(diào)配成本大幅增加，則需優(yōu)化設(shè)計，采用“高填方調(diào)整為橋梁”“高挖方路段盡量以斷隧道形式通過”“調(diào)整路線縱坡”“優(yōu)化坡比”等方式綜合調(diào)配土石方。

（三）施工圖設(shè)計優(yōu)化

設(shè)計是山區(qū)高速公路建設(shè)項目的總綱，該項目因地制宜優(yōu)化施工圖設(shè)計，靈活運用技術(shù)指標，合理控制路基填挖，科學調(diào)配土石方，努力實現(xiàn)“零棄方”，最大限度地保護環(huán)境。

1.突出全壽命周期成本理念

將公路運營和維護納入工程設(shè)計系統(tǒng)考慮，突出全壽命周期成本理念；堅持就地取材，綜合調(diào)配，減少能耗和工程建設(shè)成本。

2.推行生態(tài)環(huán)保優(yōu)化設(shè)計

科學調(diào)整路線縱坡和構(gòu)造物結(jié)構(gòu)形式，推行生態(tài)環(huán)保與生態(tài)防護設(shè)計，減少對生態(tài)環(huán)境的破壞，以及對耕地、良田的穿越和占用。

3.統(tǒng)籌協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計

統(tǒng)籌各方技術(shù)力量，綜合分析并提高設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟合理性及深度，確定適當?shù)臉藴?、?guī)模和方案，形成協(xié)調(diào)、完整的系統(tǒng)工程。

圖1 ?k6+260～k7+947段工可線位和施工圖線位比較圖及現(xiàn)場照片

（四）施工圖設(shè)計優(yōu)化案例

1.案例一

k6+260～k7+947段為灰?guī)r地區(qū)，原設(shè)計為“560米隧道+路基”，欠方約為20萬立方米，料場規(guī)劃在紅線外。為保護生態(tài)環(huán)境、減少欠方量，將該段落設(shè)計施工圖調(diào)整為“路基+780米橋梁”。調(diào)整后的施工及路面料場選址都在項目路基內(nèi)，既實現(xiàn)了填挖平衡，又減少了對紅線外生態(tài)的破壞。

k6+260～k6+820段原設(shè)計為560米隧道，隧道開挖土石方約為9.2萬立方米。優(yōu)化為路基挖方后，增加用地34666.67平方米，開挖土石方83.12萬立方米，設(shè)置路基邊坡防護措施；同時，邊坡開挖可開采41萬立方米石頭用于加工砂石料，將料場設(shè)置在紅線范圍內(nèi)路基上，無需線外開采砂石料。隧道優(yōu)化為挖方路基成本對比如表2所示，隧道優(yōu)化為路基節(jié)約成本3725萬元。

k7+100～k7+947段原設(shè)計為填方路基，設(shè)計填方23.4萬立方米，同時需設(shè)置路基邊坡防護措施和涵洞工程（兩箱涵兩蓋板）。優(yōu)化為780米橋梁后，減少用地27333.33平方米。填方路基優(yōu)化為橋梁成本對比如表3所示，填方路基優(yōu)化為橋梁增加成本2109萬元。

綜上，k6+260～k7+947段共計節(jié)約成本1616萬元。

2.案例二

k13+600～k13+820段原設(shè)計為“挖方路基”，挖方數(shù)量為93萬立方米，邊坡采用錨桿、錨索防護，占地2.4萬平方米，拆遷房屋5棟。該項目破除“能挖則不隧”理念，結(jié)合填挖平衡綜合統(tǒng)籌，將高挖方路基優(yōu)化為“隧道”方案，占用土地1萬平方米。挖方路基優(yōu)化為隧道成本對比如表4所示，挖方路基優(yōu)化為隧道節(jié)約投資927萬元。

表4 ?挖方路基優(yōu)化為隧道成本對比表

表5 ?優(yōu)化施工組織設(shè)計前后成本對比表

圖2 ?k13+600～k13+820段高挖方調(diào)整為隧道線位比較圖及照片

在優(yōu)化設(shè)計中，項目按該方式全線共調(diào)整7處構(gòu)造物結(jié)構(gòu)形式，不僅統(tǒng)籌規(guī)劃了全線土石方，還保護了土地資源，最大限度降低了對生態(tài)環(huán)境的破壞。

（五）施工組織設(shè)計優(yōu)化

施工組織的設(shè)計是一個復雜的過程，尤其是在地形、地質(zhì)條件復雜的喀斯特山區(qū)。根據(jù)項目特點設(shè)計總體施工，充分考慮路面、綠化等后期施工單位需求，組織設(shè)計、施工單位協(xié)調(diào)規(guī)劃，聯(lián)系實際調(diào)配全線土石方。

1.突出綠色施工理念

施工組織設(shè)計優(yōu)化與公路施工中，需貫徹落實環(huán)境保護和水土保持的有關(guān)要求，最大限度地節(jié)約土地資源，減少對環(huán)境的干擾，實現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)保”。

2.制訂合理的倒排工期計劃

以控制性工程為主控，提前合理選擇路面料場和場站位置為主源，路面施工為主線、單幅貫通為主導，合理統(tǒng)籌分項工程施工進度。

3.統(tǒng)籌調(diào)配土石方

全部土石方均首先考慮就近利用，再考慮材料質(zhì)量、施工時序、標段劃分、運距、運輸?shù)缆非闆r等因素，計算各標的土石方清余、缺方量，統(tǒng)籌考慮運距調(diào)配利用。

（六）施工組織設(shè)計優(yōu)化案例

該項目馬家溝特大橋小樁號段（k51+000～k52+470）路基有棄方18萬立方米，棄土場占地6333.33平方米。而灑金互通段（k53+550～k54+470）為填方段落，需線外開挖26.6萬立方米路基填筑，借土場占地1.78萬平方米。為統(tǒng)籌土石平衡，項目倒排工期，提前貫通了調(diào)運通道，并優(yōu)化了施工組織設(shè)計。

1.提前貫通馬家溝大橋半幅（k52+470～k53+480），將小樁號岸棄方通過馬家溝大橋調(diào)運至大樁號岸，平衡了18萬立方米借方；

2.提前貫通凹子頭大橋半幅（k56+757～k57+027），毛栗坪隧道半幅（k57+030～k58+330）從進口端進洞500米，利用隧道洞渣通過凹子頭大橋調(diào)運至借方段落，平衡了6萬立方米借方；

3.利用橋梁樁基和施工便道開挖石渣，平衡剩余2.6萬立方米借方。

設(shè)置棄土場、借土場方案與優(yōu)化施工組織設(shè)計成本對比如表5所示，優(yōu)化施工設(shè)計后節(jié)約用地48120平方米，并減少了相關(guān)的防護、排水、綠化等工程，節(jié)約投資769萬元。

圖3 ?k51+000～k58+330段借、棄方分布圖

四、結(jié)語

土石方平衡調(diào)配貫穿了整個項目建設(shè)周期，該項目提出了喀斯特山區(qū)高速公路土石方在施工圖設(shè)計與施工組織設(shè)計優(yōu)化中的統(tǒng)籌調(diào)配方法，探究了如何合理、高效、經(jīng)濟地綜合利用工程土石方，最終優(yōu)化棄土場為3個，基本實現(xiàn)全線57公里“零棄方”，并將全部料場設(shè)在紅線范圍內(nèi)，節(jié)約工程投資的同時，又保護了生態(tài)環(huán)境。