盘兴高速的“绿色动力”

文/交通运输部科学研究院 张毅

盘兴高速公路地处我国长江和珠江上游重要生态屏障区——沿线广泛分布喀斯特山区地貌，生态环境敏感脆弱。这意味着公路建设者在建设过程中要面对区域生态环境脆弱敏感、环境保护要求高、工程施工难度大、建设与运营能耗高等问题，在这样的背景下，块片石自密实混凝土、隧道零开挖等技术应运而生。

就地取材——实施块片石自密实混凝土技术

贵州高原山地居多，素有“八山一水一分田”之说，是全国唯一没有平原的省份。在这里，山区公路建设领域长期存在挡墙等混凝土工程施工缓慢、成本高等问题。一方面现有标准，有关规范、定额上采用的毛石混凝土，是目前我国公路建设挡墙等大体积混凝土工程主要采用的施工技术；另一方面，贵州石灰岩质块片石资源十分丰富，目前还没有得到有效的利用。

但传统片石混凝土在施工中，对块片石掺入量、块片石粒径、块片石间隙、块片石投入方式等有严格的规定，尤其块片石掺入量一般不超过20%，且存在施工效率低、人工成本较高等缺点。因此，研究如何尽可能地应用好块片石，研发先进、高效的新型混凝土施工技术是支撑盘兴高速公路，乃至贵州省公路建设快速发展的重大课题。

如何控制块片石的堆积程度及空隙率？超流态机制砂自密实混凝土能否完全填充块片石之间的空隙？块片石与超流态机制砂自密实混凝土的界面黏结程度如何？机制砂自密实片石混凝土的整体力学性能是否满足设计要求……面对新的问题，在经过多番论证和实践之后，研究人员创新性地提出了块片石自密实混凝土技术，并针对块片石自密实混凝土研究与应用中存在的关键技术难题或问题开展针对性的科研攻关——

从理论、计算、配制、施工、控制等方面开展系统研究，重点开展块片石的堆积程度与空隙率控制技术、超流态机制砂自密实混凝土的配制技术、块片石自密实混凝土施工、养护及现场检测技术等关键技术。

由贵州省公路工程集团有限公司研发的贵州地区石灰研制块片石自密实混凝土施工工法，具有减少混凝土用量，施工效率高，造价低等优点。并于2015年获得住房和城乡建设部颁发的国家级工法，并获得两项国家发明专利。

在通过理论计算、计算机模拟、室内试验、现场试验与评价、工程试点应用等方面研究后，研究人员针对贵州地区块片石自密实混凝土的性能需求分析，研究并解决其配合比设计、配制、块片石堆码、施工、养护、控制等关键技术。

研究人员算了一笔账，将块片石自密实混凝土技术在盘兴高速公路上进行了全线推广，应用工程结构包括挡土墙、路肩墙、护肩、路堤、护脚墙上，全线共使用块片石自密实混凝土28.8万立方米，与使用传统混凝土相比，减少水泥用量2.7万吨，减少水用量10.8万立方米，减少砂用量8.6万立方米，利用隧道弃渣9.6万立方米，取得了显著的经济效益和社会效益。

盘兴高速公路酸枣大桥

“这是一次革命！”不少研究人员表示，将自密实混凝土技术与块片石混凝土技术巧妙地结合起来，形成贵州地区块片石自密实混凝土，是根据贵州地区混凝土原材料特点与混凝土技术快速发展而开发的一种革命性的、新型的超流态自密实混凝土。该项技术大大突破了传统技术的块片石掺量，使块片石掺量从20%提高到60%。相对传统施工技术，新材料和新技术的质量得以提高、施工周期缩短、工程成本减少、最大限度地保护了环境，同时解决了山区大量片石混凝土挡墙施工缓慢的难题。

现场各项检测表明，块片石自密实混凝土的外观表面光滑、无缺陷，内部结构密实，混凝土完全填充块片石的内部孔隙，块片石自密实混凝土结构力学性能完全满足挡墙混凝土的设计需求。不仅改变了传统的片石混凝土施工工艺，而且具有显著提高片石混凝土质量、降低人工劳动成本、提高施工效率、促进资源循环利用、改善施工环境等优点。这项技术的研发对促进贵州地区乃至全国公路建设快速、健康发展具有重要意义。可广泛应用于公路建设挡墙等各类大体积混凝土工程的设计施工，也可在铁路、水利、海工、城建等建设领域推广应用。

块片石自密实混凝土技术主要特征

块片石自密实混凝土是一种新型的混凝土，解决片石的堆积程度与空隙率控制技术、超流态机制砂自密实混凝土的配制技术、施工技术、养护技术，可广泛应用与大体积混凝土、挡墙等各类混凝土工程中；

通过二维计算机模拟机制砂自密实片石混凝土的片石堆放过程及堆放程度，结果表明块片石的最大粒径及最小粒径、骨料均匀系数、堆放区域面积等对块片石堆积程度及孔隙率的影响十分显著。模拟计算表明，挡墙块片石自密实混凝土设计中，块片石最小粒径应不小于30厘米，最大粒径应不大于挡墙结构最小几何尺寸的四分之三。一般来说，块片石的适宜体积掺量在45%至60%之间；

通过选择合理的原材料，优化混凝土配合比的参数，配制出粉煤灰掺量大于50%、坍落度大于25厘米、扩展度大于70厘米、倒坍落度筒流出时间小于5秒的C20超流态自密实混凝土；

将自密实混凝土技术引入片石混凝土，大大突破传统技术的片石掺量，使片石掺量从20%提高到60%，在提高工程质量的同时，还可缩短工期，降低建设成本。

生态环保——隧道“零开挖”技术

盘兴高速公路上的另一项挑战是桥隧施工工程。研究人员清楚地认识到，给隧道大动“手术”，将对山体的生态环境造成不可挽回的破坏。以往的隧道进洞设计和施工常采用大开挖刷坡进洞，易引发山体失稳和严重环境破坏。针对如何遏制沿线生态环境脆弱区的生态环境恶化，国内外已开展了大量研究工作，但迄今为止仍未形成系统的环境协调型隧道进洞工法技术体系。

为此，围绕安全、经济、环境与社会效益等设计理念，研究人员展开了生态环境脆弱地带隧道安全环保进洞技术研究。一方面深入分析洞口山体特征与隧道安全环保进洞之间的关系，了解复杂地质情况下隧道进洞施工的风险，已对现有进洞工法适应性进行研究并进行优化；另一方面，归纳提炼生态脆弱环境及不良工况下隧道绿色环保安全进洞施工技术，研究与周围环境协调性洞门设计与施工，实现隧道进洞施工的安全、绿色和环保，并最终提出了“零开挖”技术。

“零开挖”技术在覆盖层为零（即0厘米至50厘米）的条件下，采用盖挖法，明洞暗做，提前进洞，最大限度地缩小隧道洞口施工的破坏范围，达到保护隧道口森林植被的目的。该技术是以工程地质条件研究为基础，选择适宜的辅助施工措施和施工方法与施工顺序，以“早进洞、晚出洞”的设计理念进行进洞开挖，在施工过程中充分发挥监控量测与地质预报的作用，根据其分析结果，及时修正设计，保证隧道进洞过程的顺利进行。

此外，“零开挖”进洞工法可保全洞口山坡及原生植被免遭破坏，大大减少洞口仰坡开挖及防护工程量，这是保证边仰坡稳定较为理想的方法。对于上下行分离设置的隧道，不仅可以保护单个洞口的山坡和植被，更重要的是还可以避免两洞间“鼻梁”岩（土）体的开挖，这既可保护两洞间“鼻梁”岩（土）体上的原生植被，又可借助“鼻梁”岩（土）体维持两洞口山体的稳定。此举降低了上部开挖施工槽的深度，相同坡比的条件下最大限度地减少了洞口施工的横向破坏范围，且提高了施工槽边坡的安全性。