基于資源節(jié)約理念的山區(qū)高速橋梁預(yù)制場(chǎng)建設(shè)

張 利，張 亮，張國(guó)慶

（1.廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510000；2.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088）

0 引 言

由于過去經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的粗放性，中國(guó)自然資源的消耗增長(zhǎng)迅猛，浪費(fèi)大、污染重，單位GDP能源、原材料和水資源消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均水平，經(jīng)濟(jì)發(fā)展受資源約束日益凸顯，環(huán)境形勢(shì)日益嚴(yán)峻。在此背景下，構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)是從根本上解決資源約束和環(huán)境壓力的有效途徑［1－4］。公路因其基礎(chǔ)設(shè)施功能的重要屬性，是全社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的先決條件，資源節(jié)約、環(huán)境友好型公路是資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會(huì)的重要組成部分。

過去一段時(shí)間，公路建設(shè)往往強(qiáng)調(diào)通過加大資金投入來提高公路建設(shè)的速度和規(guī)模，不重視資源節(jié)約，加上各個(gè)環(huán)節(jié)管理不當(dāng)，造成了資源的浪費(fèi)［5］。如今以人為本、可持續(xù)發(fā)展的建設(shè)理念已經(jīng)不斷得到提升［6］，“品質(zhì)工程”、“綠色公路”等建設(shè)新理念與時(shí)俱進(jìn)，公路建設(shè)更加重視資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)，建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型公路已是社會(huì)共識(shí)。

高速公路的建設(shè)通常包含多方面的內(nèi)容，如路線、路基路面、橋涵、交安、機(jī)電、綠化等，一條高速公路的路基路面量大面廣［7］，而山區(qū)高速具有橋隧比高的典型特點(diǎn)，還需要建設(shè)大量的橋梁預(yù)制場(chǎng)?，F(xiàn)有對(duì)預(yù)制場(chǎng)的研究，大多數(shù)集中在場(chǎng)地選址、場(chǎng)站建設(shè)、施工管理、機(jī)械材料配套、智能噴淋養(yǎng)生系統(tǒng)等［8］，缺少系統(tǒng)性的總結(jié)和研究，離資源節(jié)約型公路的建設(shè)目標(biāo)仍有不小的差距。本文根據(jù)資源節(jié)約型公路“節(jié)地、節(jié)材、節(jié)水、節(jié)能”等指標(biāo)［9－11］，結(jié)合龍連高速預(yù)制梁場(chǎng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，通過統(tǒng)籌規(guī)劃、對(duì)比分析等研究山區(qū)高速建設(shè)預(yù)制梁場(chǎng)資源節(jié)約的方法，從而最大程度地降低建設(shè)成本，最大限度地利用既有資源，避免浪費(fèi)，提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 工程概況

廣東省龍川至懷集公路是國(guó)家高速網(wǎng)汕昆高速（G78）的重要路段，全長(zhǎng)127.467km，雙向四車道，設(shè)計(jì)速度為100km·h－1。全線共設(shè)橋梁153座（含匝道橋），其中特大橋2座，隧道5座，其中特長(zhǎng)隧道2座，橋隧比43.38%，高邊坡200多處，與既有河流、高速、鐵路、國(guó)省道等相交共計(jì)35處，是典型的山區(qū)高速公路。

龍連高速預(yù)制箱梁（20、25、30m）共7 368片，40 m預(yù)制T梁2 630片，全線預(yù)制梁數(shù)量近10 000片。根據(jù)橋位分布情況及工期要求，全線共需設(shè)置24個(gè)預(yù)制梁場(chǎng)，占地總面積約28.5萬m2。

2 基于資源節(jié)約理念的預(yù)制場(chǎng)規(guī)劃

龍連高速橋梁比例高，預(yù)制梁的生產(chǎn)進(jìn)度是橋梁施工進(jìn)度的關(guān)鍵。山區(qū)高速預(yù)制場(chǎng)的常規(guī)做法有：在主線周邊設(shè)置預(yù)制場(chǎng)；在路基上設(shè)置預(yù)制場(chǎng)，路面墊層施工前破除混凝土硬化層，重新整平路基。第1種方法占用額外土地資源，第2種方法中硬化層破除需耗費(fèi)大量的人力、物力，并延長(zhǎng)施工工期。2種方案均存在占用土地資源、不利于環(huán)保的共性問題，且第1種方法需額外占用較多的土地資源用于預(yù)制場(chǎng)建設(shè)及與之配套的便道工程。

基于資源節(jié)約理念的規(guī)劃，在保障項(xiàng)目總體目標(biāo)的前提下，綜合考慮各方面因素，如交通運(yùn)輸條件、土地資源、地質(zhì)條件、環(huán)保性、通信、施工用電用水、周邊社會(huì)環(huán)境等，做出合理的決策，實(shí)現(xiàn)節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)能的目標(biāo)，建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型公路。

2.1 交通運(yùn)輸條件

交通運(yùn)輸條件關(guān)系到材料和梁板的運(yùn)輸，交通不便將導(dǎo)致人員和設(shè)備投入增加，額外征用土地用于施工便道建設(shè)。在總體規(guī)劃階段，應(yīng)充分調(diào)查項(xiàng)目沿線主要交通運(yùn)輸情況，結(jié)合施工便道統(tǒng)籌考慮，優(yōu)先選擇具備既有交通運(yùn)輸條件的區(qū)域；其次要結(jié)合施工便道的布置，實(shí)現(xiàn)資源共享，降低投入。

2.2 土地資源

土地是人類賴以生存和發(fā)展的重要資源和物質(zhì)基礎(chǔ)，其總量是有限的，位置是固定的，土地利用具有可持續(xù)性，經(jīng)濟(jì)供給具有稀缺性，屬于不可再生資源［12］。預(yù)制梁場(chǎng)的建設(shè)需要占用土地資源，采用常規(guī)做法將硬化層破除，棄渣堆放同樣占用土地資源。

為少占用土地資源，山區(qū)高速預(yù)制梁場(chǎng)優(yōu)先考慮設(shè)置在主線路基上，其次選擇在橋下空間較大的位置或者附近，從而避免線外建設(shè)占用額外的土地資源。

2.3 地質(zhì)條件

山區(qū)高速地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，預(yù)制梁場(chǎng)臺(tái)座需要存放梁板，對(duì)地基的不均勻沉降要求高。因此，規(guī)劃階段應(yīng)避開地質(zhì)不良地區(qū)及地質(zhì)災(zāi)害區(qū)，優(yōu)先選擇挖方區(qū)域；根據(jù)制梁和存梁要求對(duì)地基進(jìn)行驗(yàn)算，必要時(shí)做相應(yīng)的地基處理，保障人員安全和生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2.4 其他因素

規(guī)劃階段還應(yīng)充分考慮預(yù)制梁場(chǎng)的環(huán)保性、通信暢通、施工用電用水、周邊社會(huì)環(huán)境等因素。施工用水用電是確保預(yù)制梁正常生產(chǎn)的重要前提；信息的暢通是保障人員安全的重要手段；周邊的社會(huì)因素影響到成本和進(jìn)度；預(yù)制梁場(chǎng)應(yīng)著重避開環(huán)境敏感區(qū)，提高環(huán)保性。

3 基于資源節(jié)約理念的預(yù)制梁場(chǎng)選址

3.1 選址原則

龍連高速地處高山深谷，地勢(shì)崎嶇，相對(duì)平整的地塊較少且多為農(nóng)田，橋梁預(yù)制場(chǎng)的選址受耕種農(nóng)田、運(yùn)輸便道、環(huán)境安全等諸多因素的影響制約。如何合理地選定梁板的預(yù)制場(chǎng)位置，關(guān)系到預(yù)制梁的生產(chǎn)進(jìn)度和運(yùn)輸便利性，是橋梁施工進(jìn)度的關(guān)鍵，與整個(gè)項(xiàng)目的工期、成本和效益息息相關(guān)。對(duì)于預(yù)制梁場(chǎng)位置的選擇，應(yīng)遵循如下幾個(gè)原則。

（1）滿足總體目標(biāo)，保證工期。

（2）避開社會(huì)干擾較多、征拆難度大的位置。

（3）避開地質(zhì)不良區(qū)和地質(zhì)災(zāi)害區(qū)。

（4）避開環(huán)境敏感區(qū)。

（5）優(yōu)先選擇交通便利位置。

（6）優(yōu)先選擇水電供應(yīng)方便區(qū)域。

（7）優(yōu)先設(shè)置在主線路基上。

（8）優(yōu)先選擇可利用面積大的區(qū)域，滿足制梁臺(tái)座擺放及存梁要求。

（9）優(yōu)先選擇在特大橋橋臺(tái)或者若干個(gè)大中橋中間的位置。

山區(qū)高速公路橋梁預(yù)制場(chǎng)的選址一般有如下幾種情況：橋下或者橋位附近處、較遠(yuǎn)距離的集中預(yù)制、主線路基上、填方路基外側(cè)或者開挖路基側(cè)山坡［13］?；谫Y源節(jié)約的理念，橋梁預(yù)制場(chǎng)設(shè)在路基上是最優(yōu)推薦方案，但是該方案對(duì)于工期緊的項(xiàng)目應(yīng)慎重考慮：梁場(chǎng)一旦設(shè)置在路基上，架梁運(yùn)輸、路基施工、路基交驗(yàn)和路面施工就受梁場(chǎng)進(jìn)度的制約，對(duì)項(xiàng)目的管理者要求很高，關(guān)鍵架梁節(jié)點(diǎn)必須按照審定的計(jì)劃完成，否則將影響項(xiàng)目總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，造成更多的額外投入。

3.2 路基設(shè)置預(yù)制梁場(chǎng)的保證措施

路基上設(shè)置預(yù)制梁場(chǎng)縱然有很多的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于工期緊張的項(xiàng)目，存在較大管理上的風(fēng)險(xiǎn)：產(chǎn)梁進(jìn)度滯后、架梁組織不力、運(yùn)梁通道不暢等因素將嚴(yán)重影響后續(xù)路基交驗(yàn)和路面施工，進(jìn)而導(dǎo)致項(xiàng)目目標(biāo)不能按期完成，不僅無法實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約、降本增效、保護(hù)生態(tài)的目的，反而會(huì)造成更嚴(yán)重的后果。龍連高速的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)表明，通過以下措施可以很好地解決路基上設(shè)置梁場(chǎng)存在的問題。

（1）前期路基填筑施工必須加大投入，梁場(chǎng)建設(shè)前必須完成擬建梁場(chǎng)位置和關(guān)鍵線路的路基填筑，優(yōu)先打通架梁通道。

（2）梁場(chǎng)前期規(guī)劃必須倒排工期及生產(chǎn)計(jì)劃，同各參建方集體會(huì)審，確保梁場(chǎng)數(shù)量、臺(tái)座、存梁區(qū)滿足產(chǎn)梁及架梁進(jìn)度要求，且必須在梁場(chǎng)前期建設(shè)時(shí)一次性投入到位。

（3）以“勞動(dòng)競(jìng)賽”和“進(jìn)度周報(bào)”為手段，制定階段性考核目標(biāo)，一旦滯后應(yīng)立刻深度分析查找原因，采取相應(yīng)管理手段，確保關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)按期完成。

通過以上措施，龍連高速路基上設(shè)置預(yù)制梁場(chǎng)取得預(yù)期的效果，不僅加快了工期，確保了項(xiàng)目的順利通車，而且節(jié)約了土地資源，降低了建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)了雙贏。

4 預(yù)制梁場(chǎng)硬化層的再利用

橋梁預(yù)制場(chǎng)的硬化面積至少90%以上，梁板預(yù)制完成之后，按照常規(guī)做法，應(yīng)在路面墊層施工前破除路基上預(yù)制場(chǎng)混凝土的臺(tái)座和混凝土硬化層，然后整平至路基頂層面標(biāo)高，驗(yàn)收合格后再進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層的施工，耗費(fèi)大量的人力、物力及施工工期，造成資源浪費(fèi)，影響路面攤鋪的施工進(jìn)度；同時(shí)破除后的混凝土硬化層屬于建筑垃圾，棄渣堆放占用土地，對(duì)環(huán)境保護(hù)極為不利。

基于資源節(jié)約的理念，將預(yù)制梁場(chǎng)硬化層作為路面墊層和底基層使用，以減少二次破除的投入和棄渣對(duì)土地的占用，減少對(duì)環(huán)境的破壞，加快進(jìn)度，達(dá)到節(jié)約成本、保護(hù)環(huán)境的效果，實(shí)現(xiàn)節(jié)地、節(jié)能和促進(jìn)生態(tài)和諧的目標(biāo)。

廣東省已有云浮—羅定高速與連川—懷集高速2條高速公路采用了路基上硬化層再利用方案，結(jié)構(gòu)形式見表1。2條高速通車運(yùn)營(yíng)后，硬化層再利用處的路面狀況良好，由于混凝土硬化層代替路面墊層或者底基層，整體性更好，可有效預(yù)防路面不均勻沉降，提高路面結(jié)構(gòu)層質(zhì)量。目前的主要問題是，這2條高速硬化層的再利用以經(jīng)驗(yàn)為主，缺少深入的研究和計(jì)算分析，同時(shí)未考慮到預(yù)制場(chǎng)梁板預(yù)制及施工時(shí)的超重情況，以及再利用為路面結(jié)構(gòu)層時(shí)對(duì)硬化層的要求。

表1 云羅和連懷高速預(yù)制場(chǎng)再利用情況

4.1 龍連高速預(yù)制場(chǎng)硬化層的再利用

結(jié)合廣東省云羅高速和連懷高速橋梁預(yù)制場(chǎng)硬化層再利用方案及運(yùn)營(yíng)情況，龍連高速提出了4種預(yù)制場(chǎng)再利用方案：方案①，20cm未篩分碎石墊層、20cm C30水泥混凝土底基層；方案②，30cm未篩分碎石墊層、20cm C25水泥混凝土底基層；方案③，20cm未篩分碎石墊層、25cm厚C25水泥混凝土底基層；方案④，20cm未篩分碎石墊層、20cm厚C25水泥混凝土底基層、20cm厚的水泥穩(wěn)定碎石基層。針對(duì)4種方案分別對(duì)硬化層在預(yù)制場(chǎng)使用過程中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果見表2。

計(jì)算結(jié)果表明，方案③和方案④滿足要求，經(jīng)驗(yàn)算2個(gè)方案均能滿足作為路面結(jié)構(gòu)層的要求，現(xiàn)對(duì)方案③和方案④進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選。

表2 四種方案驗(yàn)算結(jié)果

方案③和方案④均減去20cm未篩分碎石墊層、20cm C25水泥混凝土后，方案④的20cm厚水泥穩(wěn)定碎石工程數(shù)量是方案③5cm厚C25水泥混凝土的4倍。C25混凝土每立方米的單價(jià)是500元，20cm厚水泥穩(wěn)定碎石每立方米為230元；由此計(jì)算每延米20cm厚水泥穩(wěn)定碎石造價(jià)為5cm厚C25混凝土的1.84倍。所以，方案④造價(jià)高，且需要增加1層結(jié)構(gòu)層，增加了施工的難度和投入，施工成本也相應(yīng)增加，方案③為龍連高速橋梁預(yù)制場(chǎng)硬化層再利用的推薦方案。

預(yù)制梁場(chǎng)硬化層再利用的具體做法為：混凝土路基回填或開挖至路基頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高以下10cm后，先鋪筑20cm未篩分碎石，再采用25cm厚C25水泥混凝土硬化。預(yù)制場(chǎng)梁體預(yù)制吊裝完成后，拆除臺(tái)座，整平場(chǎng)地，采用20cm未篩分碎石作為路面結(jié)構(gòu)層中的墊層，25cm厚C25水泥混凝土硬化層作為路面結(jié)構(gòu)層的底基層。為保證硬化層被良好利用，特別注意在預(yù)制梁場(chǎng)規(guī)劃時(shí)預(yù)制場(chǎng)地整體縱坡應(yīng)與線路縱坡相同。

4.2 重載情況下預(yù)制場(chǎng)地基承載力的驗(yàn)算

預(yù)制場(chǎng)制梁及存梁時(shí)對(duì)地基的荷載分布方式不同：梁板張拉后中間預(yù)拱，力學(xué)簡(jiǎn)化為2個(gè)集中荷載作用在臺(tái)座；存梁時(shí)一般不超過2層，每層并排存放，此時(shí)簡(jiǎn)化為均布荷載作用在臺(tái)座上。以標(biāo)準(zhǔn)跨徑的25m箱梁為例，計(jì)算張拉和存梁狀態(tài)下臺(tái)座基底的承載力。

龍連高速25m小箱梁制梁臺(tái)座長(zhǎng)26m、寬88cm，為防止張拉時(shí)下沉，對(duì)距兩端2.0m位置的臺(tái)座進(jìn)行加固，采用C25鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深50cm，臺(tái)座面層混凝土標(biāo)號(hào)為C25，以厚度25cm起沿路基縱坡加厚，保持臺(tái)座頂面水平。

龍連高速25m小箱梁?jiǎn)蝹€(gè)存梁臺(tái)座長(zhǎng)20m，下部擴(kuò)大基礎(chǔ)采用C25混凝土，高度為50cm，寬度為200cm；上部條基采用C25混凝土，高度為60cm，寬度為80cm，按存梁時(shí)1組存梁臺(tái)座放置14片梁（疊加一層）計(jì)算。

25m小箱梁采用C25混凝土，單片25m小箱梁最大混凝土方為30.6方（邊跨邊梁），取容重γ＝26kN·m－3。經(jīng)計(jì)算可得制梁張拉后臺(tái)座兩端地基承載力為115kPa，存滿梁板時(shí)臺(tái)座地基承載力為158.8kPa?？紤]預(yù)制場(chǎng)位置包含挖方路基和填方路基段，按照龍連高速施工圖技術(shù)指標(biāo)要求，地基承載力特征值fak＝180kPa，故2種情況下地基承載能力均滿足要求。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

龍連高速全線24個(gè)預(yù)制梁場(chǎng)建設(shè)面積為285 186.5m2，全部設(shè)置在路基上并采用硬化層再利用技術(shù)，產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益包括：節(jié)約的預(yù)制梁場(chǎng)、棄渣場(chǎng)和運(yùn)梁便道征地費(fèi)用；節(jié)約的硬化層二次破除及清理費(fèi)用；節(jié)約的梁場(chǎng)及便道復(fù)綠費(fèi)用；節(jié)約的路面墊層費(fèi)用。計(jì)算分析結(jié)果見表3，可知節(jié)省直接費(fèi)用近4 000萬元。

除了直接的經(jīng)濟(jì)效益，預(yù)制場(chǎng)設(shè)置在路基上，硬化層再利用還節(jié)約了土地資源，縮短了預(yù)制場(chǎng)清理時(shí)間，加快了工程進(jìn)度，為提前開放交通提供了保障，減少了人力、物力等資源投入，最大限度地保護(hù)了當(dāng)?shù)丨h(huán)境，產(chǎn)生了較大的社會(huì)效益。

表3 直接經(jīng)濟(jì)效益分析

6 結(jié) 語

山區(qū)高速公路橋梁比例高，橋梁預(yù)制場(chǎng)規(guī)模大，建設(shè)好橋梁預(yù)制場(chǎng)是建設(shè)資源節(jié)約型公路的重要內(nèi)容?；谫Y源節(jié)約的理念，結(jié)合龍連高速公路的建設(shè)情況，對(duì)山區(qū)高速橋梁預(yù)制場(chǎng)的前期規(guī)劃、選址、硬化層再利用、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益等方面進(jìn)行了分析，得到如下結(jié)論。

（1）節(jié)約資源（節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材等）是建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型公路的重要途徑，橋梁預(yù)制場(chǎng)總體規(guī)劃應(yīng)以最小化占用土地、最大化利用既有交通運(yùn)輸條件為目標(biāo)。

（2）預(yù)制梁場(chǎng)的選址優(yōu)先考慮設(shè)置在主線路基上。設(shè)置在路基上后，項(xiàng)目的管理者尤其要重視各道工序（如架梁運(yùn)輸、路基施工、路基交驗(yàn)）和路面施工的銜接，確保節(jié)點(diǎn)完成，順利推進(jìn)項(xiàng)目，否則不建議梁場(chǎng)設(shè)置在主線路基上。

（3）橋梁預(yù)制場(chǎng)硬化層采用20cm厚未篩分碎石、25cm厚C25水泥混凝土作為路面墊層和底基層，可以滿足路面結(jié)構(gòu)層的力學(xué)要求，規(guī)劃時(shí)應(yīng)特別注意預(yù)制場(chǎng)地整體縱坡應(yīng)與線路縱坡相同。

（4）橋梁預(yù)制場(chǎng)設(shè)置在路基上并將硬化層作為路面結(jié)構(gòu)層再利用，可以有效節(jié)約土地資源，減少人力、物力的投入，降低建設(shè)成本，加快工期，最大限度地保護(hù)周邊環(huán)境，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。