東北大風(fēng)干燥地區(qū)高速公路綠色科技施工技術(shù)研究

張坤，趙鵬飛，常哲 ，趙寶凱，劉瀟，宋滿榮

（1.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230000；2.中鐵四局集團(tuán)路橋工程有限公司，吉林 長春 130000）

1 引言

隨著國家對基礎(chǔ)建設(shè)的重視，一級公路及二級公路的通車?yán)锍桃搽S之快速增長。公路建設(shè)是一項(xiàng)惠及社會民生的工程，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的意義，開展公路建設(shè)不僅可以促進(jìn)道路沿線區(qū)域的社會發(fā)展，也顯著改善當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钯|(zhì)量。公路建設(shè)雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在一些缺陷，首先，施工過程很容易對周邊生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，其次，工程建設(shè)過程中對資源和能源的利用水平較低，如何克服這些缺陷已成為困擾施工人員的一道難題。根據(jù)文獻(xiàn)，綠色施工在國內(nèi)外已經(jīng)受到了極大的重視。在全球環(huán)境問題日益凸顯的今天，習(xí)近平同志在“十九大報(bào)告”中提出堅(jiān)持人與自然和諧共生，必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，要加快生態(tài)文明的體制改革，建設(shè)美麗中國，推進(jìn)綠色發(fā)展。2018年國務(wù)院提出了打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，是加快京津冀周邊、長三角地區(qū)為了改善環(huán)境而做出的政策，黨的十八屆五中全會提出創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享發(fā)展理念，也是希望我國在發(fā)展過程中秉承綠色可持續(xù)的發(fā)展中長期路徑。因此，綠色施工將成為未來發(fā)展的趨勢，而與之相關(guān)的綠色施工評價(jià)是將規(guī)劃轉(zhuǎn)化為實(shí)體的重要環(huán)節(jié)。國內(nèi)外綠色施工及其評價(jià)體系針對的主要對象是大型居住建筑以及公共建筑。對于特殊地區(qū)特殊氣候的高速公路綠色施工評價(jià)較少，并且大多數(shù)綠色施工評價(jià)多為運(yùn)營階段評價(jià)，少見施工階段綠色施工評價(jià)體系研究。

雙洮高速公路工程ST01標(biāo)段項(xiàng)目所在地位于東北大風(fēng)干燥的平原地區(qū)，地表植被較少，并且品種較少，當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境較脆弱，如果在施工過程中不注意綠色施工，出現(xiàn)環(huán)境污染、廢棄物亂排等現(xiàn)象將對周圍環(huán)境造成較大影響。所以通過對嚴(yán)寒大風(fēng)干燥地區(qū)高速公路綠色施工評價(jià)體系的研究，將在施工全過程通過各種方式減少對周圍環(huán)境的影響，提高項(xiàng)目綠色施工質(zhì)量。

2 項(xiàng)目情況

2.1 工程簡介

雙洮高速公路是國家高速公路網(wǎng)中大慶至廣州高速公路（G45）雙遼至嫩江聯(lián)絡(luò)線（G4512）的一部分，自雙遼市開始，主要經(jīng)過雙遼市、長嶺縣、通榆縣最終到洮南市。項(xiàng)目主線全長187.203km，連接線13.289km，總投資110.74億元。雙洮高速公路工程ST01標(biāo)段項(xiàng)目所在地位于東北大風(fēng)干燥的平原地區(qū)，地表植被較少，并且品種較少，當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境較脆弱，如果在施工過程中不注意綠色施工，出現(xiàn)環(huán)境污染、廢棄物亂排等現(xiàn)象將對周圍環(huán)境造成較大影響。所以通過對嚴(yán)寒大風(fēng)干燥地區(qū)高速公路綠色施工評價(jià)體系的研究，將在施工全過程通過各種方式減少對周圍環(huán)境的影響，提高項(xiàng)目綠色施工質(zhì)量。

2.2 環(huán)境特征

工程所在區(qū)域?yàn)闁|北沙丘覆蓋沖積平原，主要由一級階地組成，此外還包括一些平緩低臺地、泛濫平原和沖積湖積平原，區(qū)內(nèi)地勢平緩，土質(zhì)變化不大。表層為種植土、腐殖土、淤泥質(zhì)土，下層為粉砂土、粉質(zhì)土、粉質(zhì)粘土及粉砂，總體來說工程地質(zhì)條件較簡單。

工程所在區(qū)域?yàn)檫|河水系與嫩江水系，沿線河流為平原區(qū)河流，流量隨季節(jié)變化，河流多受降水影響，另外，沿線存在多處湖泡，均為碟狀鹽堿泡，其補(bǔ)給方式主要是地表徑流水，水位不穩(wěn)，季節(jié)差異較大，6～9月份為豐水期，9～2月份為枯水期，3～5月份為平水期。

路線所經(jīng)過地區(qū)水文地質(zhì)條件較好，地下水以潛水和上層滯水為主，地下水位一般3.0～20.0m不等，局部較淺1.0m左右，其主要補(bǔ)給方式為大氣降水補(bǔ)給，排泄方式為水平徑流、垂直蒸發(fā)，其次人工取水也是地下水的一種排泄方式，地下水主要有以下兩種類型。

①中、上更新統(tǒng)砂層潛水：分布在松遼低平原及黃土臺地區(qū)，粉細(xì)砂構(gòu)成的含水層厚度3～20m，以平原中心最厚，地下水埋深3～5m，水量較貧，單井出水量100～500t/日。

②碎屑巖類孔隙裂隙承壓水：第三系砂巖、砂礫巖孔隙裂隙承壓水主要賦存于松遼低平原。上部為泰康組承壓水，下部為大安組承壓水。地層厚度100～200m，由泥巖、砂巖、砂礫巖組成，含水層厚約50m，巖性疏松，孔隙發(fā)育，富水性好，承壓水位很高，一般低于上部承壓水位2～5m，局部低洼地段揭穿后可噴出地表。

地下水對混凝土腐蝕性等級微至弱不等，可用于工程施工，水文地質(zhì)復(fù)雜程度屬于簡單型。

3 綠色施工的原則

3.1 綠色施工要減少對環(huán)境的影響

工程在施工過程中會對施工現(xiàn)場及周邊環(huán)境產(chǎn)生很大的影響，這種影響體現(xiàn)在很多方面，比如施工前的臨時(shí)建筑搭建，施工過程中的場地整平和土方挖掘，以及施工結(jié)束后現(xiàn)場廢棄物的處理，都會給地方環(huán)境造成一定破壞。而且東北嚴(yán)寒地區(qū)的生態(tài)環(huán)境比較脆弱，這種破壞造成的影響很難恢復(fù)，因此在施工過程中一定要注意對周圍環(huán)境的保護(hù)，盡可能減少對周圍環(huán)境的影響，必要時(shí)在施工后進(jìn)行環(huán)境修復(fù)工作。

3.2 施工結(jié)合氣候

施工方法選擇、施工機(jī)械安裝、安排施工順序、布置施工場地等過程受環(huán)境影響很大，因此要盡可能結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?，這樣做主要有兩個(gè)方面的好處。一方面可以減少施工過程中當(dāng)?shù)貧夂驐l件對施工的影響，進(jìn)而有效地提高工程水平和工程質(zhì)量。另一方面還可以起到降低成本的作用，因?yàn)槭┕夂蛴绊憰硎┕ご胧┑脑黾?，資源和能源用量的增加等一系列成本問題。

3.3 可持續(xù)發(fā)展

可持續(xù)發(fā)展觀是科學(xué)發(fā)展觀的核心內(nèi)容。為了在施工過程中深入貫徹可持續(xù)發(fā)展觀的國家戰(zhàn)略，在施工過程中，要始終堅(jiān)持節(jié)水節(jié)電環(huán)保節(jié)約資源的原則，并且要減少資源的消耗，堅(jiān)持節(jié)約能源、提高效益、保護(hù)水資源等原則。將可持續(xù)發(fā)展貫徹到施工的方方面面。根據(jù)文獻(xiàn)[4-5]，在綠色施工采用的施工方法，確定施工過程中對環(huán)境的影響因素，為接下來的指標(biāo)選取確定方向。

4 評價(jià)模型的建立

4.1 指標(biāo)的確定方法

依據(jù)文獻(xiàn)[6]中的指標(biāo)選取方法，即層次分析法，在20世紀(jì)70年代初，美國運(yùn)籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂研究“根據(jù)各個(gè)工業(yè)部門對國家福利的貢獻(xiàn)大小而進(jìn)行電力分配”課題時(shí)首次提出的。他將一個(gè)復(fù)雜的問題分解成為一些關(guān)系比較密切的元素，如果條件允許，還可以將一級元素分解為二級元素進(jìn)行分析，研究不同層級的關(guān)系。再根據(jù)文獻(xiàn)[7-8]中，采用綠色施工評價(jià)指標(biāo)研究對嚴(yán)寒干燥地區(qū)指標(biāo)進(jìn)行選取，指標(biāo)著重在符合綠色施工原則。

4.2 控制指標(biāo)選取原則

4.2.1 環(huán)境保護(hù)評價(jià)指標(biāo)

高速公路項(xiàng)目施工期間，要進(jìn)行土石方開挖，橋梁涵洞的建設(shè)，這些施工會改變地形地貌，同時(shí)植被也會受到嚴(yán)重破壞，引起水土流失。而東北地區(qū)生態(tài)環(huán)境較為脆弱，要將保護(hù)環(huán)境放在首位。高速公路施工活動時(shí)會產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，甚至可能排放有毒微量有機(jī)污染物。東北地區(qū)氣候干燥大風(fēng)，粉塵污染需注意防治。該指標(biāo)用大氣污染指數(shù)來度量。高速公路施工主要是工業(yè)污染和生活污染，用水污染指數(shù)來度量，是度量高速公路生態(tài)系統(tǒng)中水質(zhì)狀態(tài)的定量指標(biāo)?？紤]東北地區(qū)干旱，這個(gè)指標(biāo)占比較大。

4.2.2 節(jié)地與土地資源保護(hù)評價(jià)指標(biāo)

施工階段的主要臨時(shí)用地有營房用地、臨時(shí)道路用地、取棄土場用地、等臨時(shí)設(shè)施用地，統(tǒng)一考慮為臨時(shí)用地。挖方利用率反映的是挖方量和棄方量的相對大小。施工挖方量如果不能利用，就會造成大量的浪費(fèi)。土流失治理是指施工過程中，對其影響范圍內(nèi)所造成的水土流失必須采取必要的水土保持措施進(jìn)行治理，因?yàn)闁|北地區(qū)土壤生態(tài)環(huán)境脆弱，植被稀少，所以維持水土尤為重要。

4.2.3 節(jié)能與能源綜合利用指標(biāo)

為了達(dá)到節(jié)能與能源的綜合利用，分區(qū)、定時(shí)、感應(yīng)等節(jié)能控制措施的運(yùn)用就顯得很有必要，對施工現(xiàn)場分為生活區(qū)、辦公區(qū)、生產(chǎn)區(qū)等，對不同場所的用電進(jìn)行定時(shí)、感應(yīng)等控制方法以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。在效果評價(jià)方面，通過研究調(diào)查施工過程中的主要的耗能設(shè)備在采取了以上的幾種方法的情況下的耗能量與未使用耗能設(shè)備的耗能量進(jìn)行一個(gè)對比，如果兩者的值相差較大，那么即可說明項(xiàng)目在節(jié)能與能源的綜合利用方面做得很好。

4.2.4 節(jié)水與水資源綜合利用指標(biāo)

采用節(jié)水器具比傳統(tǒng)器具有著明顯的節(jié)水能力，因此采用節(jié)水器具在整個(gè)施工過程的比例可以確定節(jié)水多少。因?yàn)樗Y源在東北地區(qū)稀缺，因此多次循環(huán)使用非傳統(tǒng)水源更為重要，建立蓄水池，收集雨水和生活污水處理，確定非傳統(tǒng)水源在總體水源的使用比例可以確定水資源綜合利用率。

4.2.5 節(jié)材與綜合材料利用指標(biāo)

項(xiàng)目所在地主要是粉砂土、粉質(zhì)土、粉質(zhì)黏土及粉砂。因此可使用水泥對土體改良，防止路基產(chǎn)生不均勻沉降。材料費(fèi)用在整個(gè)成本中占比較大，因此提高周轉(zhuǎn)材料利用率不僅降低成本，更加符合綠色節(jié)材措施。東北地區(qū)礦產(chǎn)資源較為豐富，因此多使用本地材料不僅能促進(jìn)當(dāng)?shù)氐V產(chǎn)資源發(fā)展，還能減少運(yùn)輸成本。

根據(jù)上述分析得出評價(jià)指標(biāo)，如下圖所示。

綠色施工評價(jià)指標(biāo)

4.3 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

本文通過構(gòu)造判斷矩陣求特征根的方法進(jìn)行相對權(quán)重向量確定，按照比例標(biāo)度將指標(biāo)進(jìn)行分級，構(gòu)造出如下矩陣。

用matlab求得判斷矩陣A的最大特征根與特征向量：

λmax=5.0681 對 應(yīng) 于 λmax=5.0681的正規(guī)化的特征向量為：

W=（0.4185 0.1600 0.0972 0.2625 0.0618）

同樣，對接下來的五個(gè)矩陣進(jìn)行計(jì)算求得最大特征根與特征向量分別為

引入隨機(jī)一致性指標(biāo)：RI，如表1所示（沒有進(jìn)行改動）：

隨機(jī)一致性評價(jià) 表1

指標(biāo)評價(jià)表 表2

當(dāng)CR≤0.10時(shí)，我們就可以認(rèn)為判斷矩陣具有比較良好的一致性，反之我們就要重新構(gòu)造矩陣，使矩陣具有一個(gè)可以接受的一致性。

經(jīng)過檢驗(yàn)得出所有矩陣的CR都沒有超過0.10，因此判斷矩陣均符合一致性要求。

4.4 項(xiàng)目綠色施工分?jǐn)?shù)評價(jià)

本文采用3.3建立的層次分析法的東北嚴(yán)寒大風(fēng)干燥地區(qū)高速公路綠色施工評價(jià)模型，對雙洮高速公路ST01路段進(jìn)行綠色施工效果評價(jià)。按照權(quán)重將100分給予各指標(biāo)歸類于下表，根據(jù)實(shí)地調(diào)查雙洮高速公路工程管理的報(bào)告，按照國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程綠色施工評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T50640－2010），并參考文獻(xiàn)[9-13]中對綠色施工評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究，多方面分析對比，對指標(biāo)進(jìn)行打分，得到的總分分?jǐn)?shù)在90以上為優(yōu)秀，分?jǐn)?shù)在80-89為良好，分?jǐn)?shù)在80以下需要進(jìn)行改進(jìn)。

5 結(jié)論

對雙洮高速公路施工項(xiàng)目中采取的環(huán)保措施以及對資源的利用效果進(jìn)行研究，按照層次分析法對其進(jìn)行指標(biāo)篩選，從“四節(jié)一環(huán)?！背霭l(fā)，確定了13個(gè)控制指標(biāo)，通過實(shí)測各項(xiàng)指標(biāo)完成度對項(xiàng)目進(jìn)行打分，從而能夠確定出項(xiàng)目是否符合綠色施工標(biāo)準(zhǔn)。但由于對項(xiàng)目沒有進(jìn)行詳細(xì)的分析，以及指標(biāo)數(shù)量選取過少，不能對項(xiàng)目進(jìn)行精確的評價(jià)，而是只能用來對項(xiàng)目進(jìn)行初步檢測判斷其在綠色施工的大體程度。

此套評價(jià)指標(biāo)根據(jù)綠色施工常用指標(biāo)并結(jié)合東北地區(qū)嚴(yán)寒干燥的氣候特點(diǎn)，篩選出合適的評價(jià)指標(biāo)，并經(jīng)過特征值法賦予權(quán)重，結(jié)合國家綠色施工標(biāo)準(zhǔn)賦予分值，有較大的主觀性，還需要更加仔細(xì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步分析。