“零棄方”理念在喀斯特山區高速公路設計與施工統籌調配的應用實踐

（貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550001）

一、應用背景

黔西南州興義環城高速公路（簡稱“興義環高”）是貴州省高速公路網加密規劃項目之一，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，公路沿線經過貴州龍遺跡、馬嶺河國家地質公園、萬峰林森林公園等國家保護區，生態環境敏感，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要求之間矛盾重重。

二、初步設計土石方情況

項目在初步設計階段，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，設有棄土場15個、借土場7個。初步設計土石方量統計表如表1所示。

三、“零棄方”統籌應用

建設之初，興義環高充分發揮了PPP項目優勢，將項目作為整體統籌考慮，分析影響土石方調配的各種控制因素，充分協調各地方政府、各設計單位、各施工標段之間的關系，提煉“零棄方”綠色設計施工理念，編制合理的施工組織設計，統籌部署土石方挖用平衡及合理調配。

表1 ?初步設計棄、借土場統計表

（一）“零棄方”總體原則

“零棄方”綠色設計與組織施工階段，需牢牢守住發展和生態兩條底線，以質優為前提，遵循安全、因地制宜、經濟及環境保護四項原則。

1.安全原則

從“車、路、環境”三位一體的綜合協調全面考慮，堅持安全至上理念，保證行駛車輛、道路結構、所處環境安全。

2.因地制宜原則

設計與施工精雕細琢，加強公路工程與沿線關系的緊密互動，滿足沿線城鄉發展需求，帶動地方產業和社會經濟；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生活方式。

3.經濟原則

堅持“統籌規劃、合理布局，遠近結合、綜合利用”原則，確保路線安全環保、高質經濟。

4.環境保護原則

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、自然保護區等人文環境，保護土地資源，減少對人文環境的影響和破壞。

（二）土石方合理調配方法

該項目綜合考慮當地地理環境，提出了土石方調運“四部曲”。

表2 ?隧道優化為挖方路基成本對比表

表3 ?填方路基優化為橋梁成本對比表

1.第一次綜合調配

根據各施工標段的路基、施工便道、場站建設、隧道洞渣、樁基孔渣等填挖工程數量，完成標段內填挖方綜合調配。

2.第二次短距離調配

根據各施工標段借、棄方工程數量，靈活通過互通三角區、橋梁閑置區、房建場坪區、服務區等地調配土石方。

3.第三次長距離調配

綜合對比長距離調運成本和設置棄土場、料場成本，若成本相當，或者調運成本較低，則統籌規劃施工進度，提前貫通調運通道，統一長距離、跨標段調配土石方。

4.優化結構設計

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

（三）施工圖設計優化

設計是山區高速公路建設項目的總綱，該項目因地制宜優化施工圖設計，靈活運用技術指標，合理控制路基填挖，科學調配土石方，努力實現“零棄方”，最大限度地保護環境。

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計系統考慮，突出全壽命周期成本理念；堅持就地取材，綜合調配，減少能耗和工程建設成本。

2.推行生態環保優化設計

科學調整路線縱坡和構造物結構形式，推行生態環保與生態防護設計，減少對生態環境的破壞，以及對耕地、良田的穿越和占用。

3.統籌協調優化設計

統籌各方技術力量，綜合分析并提高設計的技術經濟合理性及深度，確定適當的標準、規模和方案，形成協調、完整的系統工程。

圖1 ?k6+260～k7+947段工可線位和施工圖線位比較圖及現場照片

（四）施工圖設計優化案例

1.案例一

k6+260～k7+947段為灰巖地區，原設計為“560米隧道+路基”，欠方約為20萬立方米，料場規劃在紅線外。為保護生態環境、減少欠方量，將該段落設計施工圖調整為“路基+780米橋梁”。調整后的施工及路面料場選址都在項目路基內，既實現了填挖平衡，又減少了對紅線外生態的破壞。

k6+260～k6+820段原設計為560米隧道，隧道開挖土石方約為9.2萬立方米。優化為路基挖方后，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，將料場設置在紅線范圍內路基上，無需線外開采砂石料。隧道優化為挖方路基成本對比如表2所示，隧道優化為路基節約成本3725萬元。

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

綜上，k6+260～k7+947段共計節約成本1616萬元。

2.案例二

k13+600～k13+820段原設計為“挖方路基”，挖方數量為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，結合填挖平衡綜合統籌，將高挖方路基優化為“隧道”方案，占用土地1萬平方米。挖方路基優化為隧道成本對比如表4所示，挖方路基優化為隧道節約投資927萬元。

表4 ?挖方路基優化為隧道成本對比表

表5 ?優化施工組織設計前后成本對比表

圖2 ?k13+600～k13+820段高挖方調整為隧道線位比較圖及照片

在優化設計中，項目按該方式全線共調整7處構造物結構形式，不僅統籌規劃了全線土石方，還保護了土地資源，最大限度降低了對生態環境的破壞。

（五）施工組織設計優化

施工組織的設計是一個復雜的過程，尤其是在地形、地質條件復雜的喀斯特山區。根據項目特點設計總體施工，充分考慮路面、綠化等后期施工單位需求，組織設計、施工單位協調規劃，聯系實際調配全線土石方。

1.突出綠色施工理念

施工組織設計優化與公路施工中，需貫徹落實環境保護和水土保持的有關要求，最大限度地節約土地資源，減少對環境的干擾，實現“四節一環保”。

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，合理統籌分項工程施工進度。

3.統籌調配土石方

全部土石方均首先考慮就近利用，再考慮材料質量、施工時序、標段劃分、運距、運輸道路情況等因素，計算各標的土石方清余、缺方量，統籌考慮運距調配利用。

（六）施工組織設計優化案例

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。為統籌土石平衡，項目倒排工期，提前貫通了調運通道，并優化了施工組織設計。

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。

設置棄土場、借土場方案與優化施工組織設計成本對比如表5所示，優化施工設計后節約用地48120平方米，并減少了相關的防護、排水、綠化等工程，節約投資769萬元。

圖3 ?k51+000～k58+330段借、棄方分布圖

四、結語

土石方平衡調配貫穿了整個項目建設周期，該項目提出了喀斯特山區高速公路土石方在施工圖設計與施工組織設計優化中的統籌調配方法，探究了如何合理、高效、經濟地綜合利用工程土石方，最終優化棄土場為3個，基本實現全線57公里“零棄方”，并將全部料場設在紅線范圍內，節約工程投資的同時，又保護了生態環境。