东北大风干燥地区高速公路绿色科技施工技术研究
时间：2022-11-18 12:10:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
张坤，赵鹏飞，常哲 ，赵宝凯，刘潇，宋满荣
（1.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230000；
2.中铁四局集团路桥工程有限公司，吉林 长春 130000）
随着国家对基础建设的重视，一级公路及二级公路的通车里程也随之快速增长。公路建设是一项惠及社会民生的工程，对国民经济的发展具有十分重要的意义，开展公路建设不仅可以促进道路沿线区域的社会发展，也显著改善当地人民的生活质量。公路建设虽然有诸多优点，但同时也存在一些缺陷，首先，施工过程很容易对周边生态环境造成严重影响，其次，工程建设过程中对资源和能源的利用水平较低，如何克服这些缺陷已成为困扰施工人员的一道难题。根据文献，绿色施工在国内外已经受到了极大的重视。在全球环境问题日益凸显的今天，习近平同志在“十九大报告”中提出坚持人与自然和谐共生，必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策，要加快生态文明的体制改革，建设美丽中国，推进绿色发展。2018年国务院提出了打赢蓝天保卫战，是加快京津冀周边、长三角地区为了改善环境而做出的政策，党的十八届五中全会提出创新、协调、绿色、开放、共享发展理念，也是希望我国在发展过程中秉承绿色可持续的发展中长期路径。因此，绿色施工将成为未来发展的趋势，而与之相关的绿色施工评价是将规划转化为实体的重要环节。国内外绿色施工及其评价体系针对的主要对象是大型居住建筑以及公共建筑。对于特殊地区特殊气候的高速公路绿色施工评价较少，并且大多数绿色施工评价多为运营阶段评价，少见施工阶段绿色施工评价体系研究。
双洮高速公路工程ST01标段项目所在地位于东北大风干燥的平原地区，地表植被较少，并且品种较少，当地生态环境较脆弱，如果在施工过程中不注意绿色施工，出现环境污染、废弃物乱排等现象将对周围环境造成较大影响。所以通过对严寒大风干燥地区高速公路绿色施工评价体系的研究，将在施工全过程通过各种方式减少对周围环境的影响，提高项目绿色施工质量。
2.1 工程简介
双洮高速公路是国家高速公路网中大庆至广州高速公路（G45）双辽至嫩江联络线（G4512）的一部分，自双辽市开始，主要经过双辽市、长岭县、通榆县最终到洮南市。项目主线全长187.203km，连接线13.289km，总投资110.74亿元。双洮高速公路工程ST01标段项目所在地位于东北大风干燥的平原地区，地表植被较少，并且品种较少，当地生态环境较脆弱，如果在施工过程中不注意绿色施工，出现环境污染、废弃物乱排等现象将对周围环境造成较大影响。所以通过对严寒大风干燥地区高速公路绿色施工评价体系的研究，将在施工全过程通过各种方式减少对周围环境的影响，提高项目绿色施工质量。
2.2 环境特征
工程所在区域为东北沙丘覆盖冲积平原，主要由一级阶地组成，此外还包括一些平缓低台地、泛滥平原和冲积湖积平原，区内地势平缓，土质变化不大。表层为种植土、腐殖土、淤泥质土，下层为粉砂土、粉质土、粉质粘土及粉砂，总体来说工程地质条件较简单。
工程所在区域为辽河水系与嫩江水系，沿线河流为平原区河流，流量随季节变化，河流多受降水影响，另外，沿线存在多处湖泡，均为碟状盐碱泡，其补给方式主要是地表径流水，水位不稳，季节差异较大，6～9月份为丰水期，9～2月份为枯水期，3～5月份为平水期。
路线所经过地区水文地质条件较好，地下水以潜水和上层滞水为主，地下水位一般3.0～20.0m不等，局部较浅1.0m左右，其主要补给方式为大气降水补给，排泄方式为水平径流、垂直蒸发，其次人工取水也是地下水的一种排泄方式，地下水主要有以下两种类型。
①中、上更新统砂层潜水：分布在松辽低平原及黄土台地区，粉细砂构成的含水层厚度3～20m，以平原中心最厚，地下水埋深3～5m，水量较贫，单井出水量100～500t/日。
②碎屑岩类孔隙裂隙承压水：第三系砂岩、砂砾岩孔隙裂隙承压水主要赋存于松辽低平原。上部为泰康组承压水，下部为大安组承压水。地层厚度100～200m，由泥岩、砂岩、砂砾岩组成，含水层厚约50m，岩性疏松，孔隙发育，富水性好，承压水位很高，一般低于上部承压水位2～5m，局部低洼地段揭穿后可喷出地表。
地下水对混凝土腐蚀性等级微至弱不等，可用于工程施工，水文地质复杂程度属于简单型。
3.1 绿色施工要减少对环境的影响
工程在施工过程中会对施工现场及周边环境产生很大的影响，这种影响体现在很多方面，比如施工前的临时建筑搭建，施工过程中的场地整平和土方挖掘，以及施工结束后现场废弃物的处理，都会给地方环境造成一定破坏。而且东北严寒地区的生态环境比较脆弱，这种破坏造成的影响很难恢复，因此在施工过程中一定要注意对周围环境的保护，尽可能减少对周围环境的影响，必要时在施工后进行环境修复工作。
3.2 施工结合气候
施工方法选择、施工机械安装、安排施工顺序、布置施工场地等过程受环境影响很大，因此要尽可能结合当地气候特征，这样做主要有两个方面的好处。一方面可以减少施工过程中当地气候条件对施工的影响，进而有效地提高工程水平和工程质量。另一方面还可以起到降低成本的作用，因为施工气候影响会带来施工措施的增加，资源和能源用量的增加等一系列成本问题。
3.3 可持续发展
可持续发展观是科学发展观的核心内容。为了在施工过程中深入贯彻可持续发展观的国家战略，在施工过程中，要始终坚持节水节电环保节约资源的原则，并且要减少资源的消耗，坚持节约能源、提高效益、保护水资源等原则。将可持续发展贯彻到施工的方方面面。根据文献[4-5]，在绿色施工采用的施工方法，确定施工过程中对环境的影响因素，为接下来的指标选取确定方向。
4.1 指标的确定方法
依据文献[6]中的指标选取方法，即层次分析法，在20世纪70年代初，美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂研究“根据各个工业部门对国家福利的贡献大小而进行电力分配”课题时首次提出的。他将一个复杂的问题分解成为一些关系比较密切的元素，如果条件允许，还可以将一级元素分解为二级元素进行分析，研究不同层级的关系。再根据文献[7-8]中，采用绿色施工评价指标研究对严寒干燥地区指标进行选取，指标着重在符合绿色施工原则。
4.2 控制指标选取原则
4.2.1 环境保护评价指标
高速公路项目施工期间，要进行土石方开挖，桥梁涵洞的建设，这些施工会改变地形地貌，同时植被也会受到严重破坏，引起水土流失。而东北地区生态环境较为脆弱，要将保护环境放在首位。高速公路施工活动时会产生大量扬尘，甚至可能排放有毒微量有机污染物。东北地区气候干燥大风，粉尘污染需注意防治。该指标用大气污染指数来度量。高速公路施工主要是工业污染和生活污染，用水污染指数来度量，是度量高速公路生态系统中水质状态的定量指标。考虑东北地区干旱，这个指标占比较大。
4.2.2 节地与土地资源保护评价指标
施工阶段的主要临时用地有营房用地、临时道路用地、取弃土场用地、等临时设施用地，统一考虑为临时用地。挖方利用率反映的是挖方量和弃方量的相对大小。施工挖方量如果不能利用，就会造成大量的浪费。土流失治理是指施工过程中，对其影响范围内所造成的水土流失必须采取必要的水土保持措施进行治理，因为东北地区土壤生态环境脆弱，植被稀少，所以维持水土尤为重要。
4.2.3 节能与能源综合利用指标
为了达到节能与能源的综合利用，分区、定时、感应等节能控制措施的运用就显得很有必要，对施工现场分为生活区、办公区、生产区等，对不同场所的用电进行定时、感应等控制方法以实现节能。在效果评价方面，通过研究调查施工过程中的主要的耗能设备在采取了以上的几种方法的情况下的耗能量与未使用耗能设备的耗能量进行一个对比，如果两者的值相差较大，那么即可说明项目在节能与能源的综合利用方面做得很好。
4.2.4 节水与水资源综合利用指标
采用节水器具比传统器具有着明显的节水能力，因此采用节水器具在整个施工过程的比例可以确定节水多少。因为水资源在东北地区稀缺，因此多次循环使用非传统水源更为重要，建立蓄水池，收集雨水和生活污水处理，确定非传统水源在总体水源的使用比例可以确定水资源综合利用率。
4.2.5 节材与综合材料利用指标
项目所在地主要是粉砂土、粉质土、粉质黏土及粉砂。因此可使用水泥对土体改良，防止路基产生不均匀沉降。材料费用在整个成本中占比较大，因此提高周转材料利用率不仅降低成本，更加符合绿色节材措施。东北地区矿产资源较为丰富，因此多使用本地材料不仅能促进当地矿产资源发展，还能减少运输成本。
根据上述分析得出评价指标，如下图所示。
绿色施工评价指标
4.3 评价指标权重的确定
本文通过构造判断矩阵求特征根的方法进行相对权重向量确定，按照比例标度将指标进行分级，构造出如下矩阵。
用matlab求得判断矩阵A的最大特征根与特征向量：
λmax=5.0681 对 应 于 λmax=5.0681的正规化的特征向量为：
W=（0.4185 0.1600 0.0972 0.2625 0.0618）
同样，对接下来的五个矩阵进行计算求得最大特征根与特征向量分别为
引入随机一致性指标：RI，如表1所示（没有进行改动）：
随机一致性评价 表1
指标评价表 表2
当CR≤0.10时，我们就可以认为判断矩阵具有比较良好的一致性，反之我们就要重新构造矩阵，使矩阵具有一个可以接受的一致性。
经过检验得出所有矩阵的CR都没有超过0.10，因此判断矩阵均符合一致性要求。
4.4 项目绿色施工分数评价
本文采用3.3建立的层次分析法的东北严寒大风干燥地区高速公路绿色施工评价模型，对双洮高速公路ST01路段进行绿色施工效果评价。按照权重将100分给予各指标归类于下表，根据实地调查双洮高速公路工程管理的报告，按照国家标准《建筑工程绿色施工评价标准》（GB／T50640－2010），并参考文献[9-13]中对绿色施工评价标准研究，多方面分析对比，对指标进行打分，得到的总分分数在90以上为优秀，分数在80-89为良好，分数在80以下需要进行改进。
对双洮高速公路施工项目中采取的环保措施以及对资源的利用效果进行研究，按照层次分析法对其进行指标筛选，从“四节一环保”出发，确定了13个控制指标，通过实测各项指标完成度对项目进行打分，从而能够确定出项目是否符合绿色施工标准。但由于对项目没有进行详细的分析，以及指标数量选取过少，不能对项目进行精确的评价，而是只能用来对项目进行初步检测判断其在绿色施工的大体程度。
此套评价指标根据绿色施工常用指标并结合东北地区严寒干燥的气候特点，筛选出合适的评价指标，并经过特征值法赋予权重，结合国家绿色施工标准赋予分值，有较大的主观性，还需要更加仔细的数据进行下一步分析。
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