1、道路交通工程相关施工技术的技术经济分析摘 要本文从质量通病的防治入手，从施工技术方面对快速路施工和运营过程可能出现的问题进行论述。根据道路工程可能出现的早期路面不均匀沉降、桥头跳车，对桥台处高压旋喷桩复合地基处理软基施工技术进行了研究分析。在桥梁施工方面，城市快速路大量采用了预应力体系，本文就后张预应力施工中超长束张拉和压浆质量控制进行了着重论述。结合工程实践，对城市快速路施工中的实际施工效果进行了研究分析，指出了今后施工中需要改进的地方。关键词：城市快速路；质量问题；技术经济分析道路交通工程相关施工技术的技术经济分析一、城市交通快速路主要施工技术根据城市快速路的总体规划设计，本着功能与景观相
2、结合的总体设计理念，注重结构物本身的造型新颖、美观；对快速路全线绿化带灯光照明等进行系统性的景观设计，各段落赋予不同的设计主题，使功能与景观和谐统一。在桥梁墩柱造型设计中提出了“Y”型墩和扩头柱，即花瓶式桥墩顶部展开的“瓶口”与上部混凝土箱梁顺畅过渡，上下呼应，流畅自然；桥梁高跨比等注重黄金比，使桥梁纤细，体现时代美感。工程中主要运用了如下的施工技术：（一）道路工程主要施工技术在软基处理方面，采用了水泥搅拌桩和高压旋喷桩复合地基处理技术。在桥头防沉降方面，采用了石灰粉煤灰轻质填料并设计8m桥头搭板。在路面施工方面，采用了SBS改性沥青混凝土面层。（二）排水工程主要施工技术在系统设计方面，采用了
3、雨污分离的系统；为提高管理水平和效率，采用了泵站无人值守管理系统；为保证进一步完善排水系统，部分段落的排水管线为大管径、深基坑；个别点位采用了泥水平衡顶管施工技术；（三）桥梁工程主要施工技术在基础方面，采用了深桩基施工；在支座方面，采用了钢橡胶支座；上部结构方面，采用了高强度混凝土、大跨径现浇混凝土预应力箱梁、超长束预应力张拉等；桥面附属结构方面，采用了APP卷材桥面防水、新型光源的景观立柱灯。二、快速路工程主要施工技术研究分析（一）路桥施工常见质量通病在施工实践中，影响工程成品质量的重点控制部位往往集中在少数关键施工点位上，这些关键点位的施工技术和工艺控制如果出现问题，就会出现通常所说的工程
4、质量通病。通过对以往大量工程施工质量的统计分析，常见的工程质量通病如下：1、道路工程常见质量通病交通部风懋润总工程师曾专门撰文总结分析了高等级公路路基路面的六项质量通病及其原因：(1)软弱地基路段预压时间不够，工后沉降过大，路面产生较大的不平整和横向裂缝；路基压实度不够和地基处理不当，引起路面产生较多纵向裂缝（沥青路面）或断板（刚性路面）；构造物两端填土压实度不够，引起桥头跳车。(2)雨水进入面层引起面层网裂、变形和局部松散而形成坑洞；雨水透过面层滞留在基层顶面和基层质量不好引起冲刷唧浆、网裂、变形和坑洞。(3)半刚性结构层厚度不足和工艺水平低，使路面产生早期结构性破坏；基层工艺水平不高，平整
5、度差，使沥青面层厚薄相差较大，引起路面平整度较快降低。(4)面层采用质量不符合要求的沥青，以及基层材料设计和工艺不合适等原因，使面层横向裂缝过多。(5)面层粒料级配不佳和沥青用量不稳定，开放交通12年，行车道就产生轻重不一的泛油现象，使表面粗糙度显著下降，抗滑性能衰减较快。(6)沥青混合料矿料级配不佳，细料和沥青用量偏多，使路面产生严重辙槽（车辆大型化和严重超载也是原因之一）。在城市道路施工方面，也有类似的质量通病。以上质量通病与工程施工过程中关键点位的控制不佳有直接关系。在施工技术方面，从材料准备、下承层处理、施工技术交底、混合料拌制摊铺及碾压、养护、工序验收等各方面严格执行规范要求，并对重
6、点部位进行重点监控，是减少质量通病发生的关键所在。2、排水工程常见质量通病市政公用排水设施在常常出现以下质量通病：(1)施工偏差或意外的避让构筑物，造成管道位置偏移或出现返坡造成积水。(2)基础不均匀下沉，管材及其接口施工质量差、闭水段端头封堵不严密、井体施工质量差等原因造成管道渗漏水，闭水试验不合格。(3)基础处理不当或施工质量不佳造成检查井变形、下沉。(4)回填土沉陷。3、桥梁工程常见质量通病城市桥梁工程常见的质量通病有：(1)桩基施工出现坍孔、断桩；(2)混凝土出现孔洞、蜂窝、麻面、表面不平整、裂缝、色差；(3)桥面出现漏水、伸缩缝跳车，支座脱空；(4)预应力施工出现孔道定位偏差、孔道漏
7、浆、压浆不密实、预应力筋滑丝和断丝、锚下混凝土开裂。三、孔道定位安装、预应力张拉、压浆施工等工序中容易出现的问题（一）预应力孔道定位安装预应力孔道定位安装是整个预应力施工中实现设计意图的第一个关键步骤。根据工程实践，预应力孔道定位中容易出现问题的部分是孔道定位偏差过大、曲线段曲率半径不准确和入锚垫板处与锚垫板不垂直。孔道定位安装偏差将直接导致张拉应力得不到有效传递，结构各截面的预加应力值达不到设计要求，直接影响到结构的使用性能和寿命。（二）预应力张拉所有在上一阶段施工中存在的问题，都可能影响到预应力张拉的结果，如孔道安装精度、孔道材料的质量、预应力束编束和穿束过程中发生的钢绞线扭绞、锚垫板安装
8、精度、钢束或孔道的锈蚀、混凝土振捣导致的孔道堵塞或偏位、混凝土不密实等等，因此，如果在张拉过程中出现响动、锚后混凝土开裂、断丝滑丝、钢束张拉伸长值过大或过小等情况，一定要暂停施工，综合分析可能发生问题的部位，制订有针对性的措施，确保预应力体系按设计要求正确建立。（三）预应力张拉施工前必须要做的工作在预应力张拉施工前，必须做好以下工作，以保证张拉工作顺利进行：1、清理干净锚垫板内和锚垫板口处的混凝土和浮锈；2、对于两端张拉的钢束，应先进行动束；检查钢束是否有扭绞；3、 再次确认锚垫板、工作锚、夹片、限位板槽深是否配套；4、确定合理的张拉程序，复核张拉数据，确认已按试验结果对钢束的计算伸长值进行了
9、调整；张拉程序及各控制应力点数据要有挂牌；5、对照千斤顶标定试验报告，检查张拉用千斤顶与压力表是否配套，检查压力管道和接头是否有破损或渗漏；6、检查油泵用的液压油是否符合拟张拉部位的要求；7、 锚具安装位置要准确，锚垫板、锚环、限位板、千斤顶、工具锚的安装中心线要与孔道中心线重合；8、 通讯工具要准备齐全，以保证在张拉过程中及时沟通，确保张拉同步；9、 安全防护设施要到位，施工前要进行技术、操作要点、安全等交底，并落实到每一位操作人员。（三）张拉过程中容易出现的问题及其解决措施1、 张拉程序的确定公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）规定，张拉程序为0初应力con，持荷2min锚固（
10、后张法，夹片式具有自锚性能的锚具，低松驰力筋）。在施工实践中，张拉程序推荐为：0初2初50%con（80%con，如果发生倒顶）con，持荷2min锚固。根据施工经验，对于程序中初的取值，如果束长小于20m，可以取10%con；对于长束，则应取15%con，以减小初应力取值对伸长值计算的影响。程序中50%con和80%con两次是中间数值校核点，加压过程可不停滞，但要准时读数，以便及时发现张拉中可能出现的问题，也可保证在出现问题后有放张处理的余地。在张拉过程中，应对构件对称地施加应力，从中间向两边对称张拉。有条件话，同时张拉的钢束越多，越能消除第4种应力损失l4的影响。2、 张拉过程中发生响动
11、张拉过程中的响动可能由三方面的原因造成：一方面，可能是锚具、限位板、千斤顶的安装不到位，中心线不重合；另一方面，可能是钢束被混凝土浆粘结；最后，可能是发生了断丝。发生响动后，应立即停止张拉，查明原因。首先，应检查锚具安装；其次，检查是否发生了断丝；最后，再检查是否是混凝土浆粘结了钢束。若是锚具安装偏位造成响动，可放张的重新调整锚具安装位置后再进行张拉。若是发生了断丝，则应查明断丝的原因，在排除了钢束本身的材质问题后，应检查锚环、夹片、限位板是否配套，特别是限位板的槽深是否符合要求，限位板槽深不足是发生断丝的重要原因。查明原因后，或断丝数量在规范允许范围内，则可重新张拉，否则应更换发生断丝的钢绞
12、线或使用单根连接器处理发生断丝的钢绞线（单端张拉时）。排除以上情况后，基本可确定是因混凝土浆粘结了钢束造成的响动。这时，应先检查张拉记录数据，看钢束的伸长值增长量与计算值是否相符。若张拉伸长量与计算值吻合，则可继续张拉，但要不断观察张拉情况并增加中间测量点，以判断张拉是否正常。若张拉伸长值与计算值相差较大，则应放张，并用钢丝探明混凝土粘结处，剔开波纹管，清除粘结混凝土，然后再正常张拉。3、 锚后混凝土开裂若在张拉过程中发生混凝土开裂，则应立即停止张拉并放张。预应力孔道压浆前发生的锚后混凝土开裂，亦应及时放张，待正确处理后再重新张拉。锚后混凝土开裂的主要原因有三个：一是混凝土养护不到位，导致锚后
13、混凝土强度未达到设计值；另外是锚后加强筋设置不当，导致混凝土受过大的拉力；第三就是加强筋的保护层厚度不足，导致表层混凝土开裂。放张后，根据以上情况，对锚后混凝土重新施工后，再重新张拉。对于压浆后出现的混凝土裂缝，应由设计人员根据施工图和施工记录，认真分析原因，并提出处理意见。4、张拉伸长值与计算值相差过大张拉伸长值偏差超出6%时，直接导致预应力体系的建立与设计值不符，一部分的断面的应力分部会大于或小于设计值，会影响设计意图的实现，所以应及时分析原因，并有针对性的进行处理。第一、当张拉伸长值超出偏差允许值后，应首先检查理论值计算、各记录点位应力值是否正确；然后检查张拉记录，看是否是记录出错，方法
14、是分别取某两个量测应力点的记录值，计算出钢束伸长值后，与理论值相比较，如果与总体结果一致，则可判定记录无误，否则，则可能是记录出错。在伸长值的量测过程中，初应力时的量测和记录要特别仔细认真，因为在实际伸长量的计算中，初应力的量测值两次参与计算，在短束张拉中，初应力时的量测值误差对张拉结果的影响非常大，可能影响到对张拉成果的判断。第二、排除计算和记录出错的可能性之后，再排除张拉设备的问题，看张拉过程中是否存在工具锚和工具夹片处是否有滑丝现象；其次，观察油管及接头处是否有漏油的情况；再次，观察压力表指针在回油后是否正确回零；排除以上情况后，最后要对设备重新进行标定，并对比两次标定的结果，找出问题所
15、在。第三、排除以上原因后，问题的焦点基本集中在预应力孔道方面，一是孔道是否存在部分的堵塞或孔道壁粘有混凝土浆，这在伸长值偏小时经常发生；二是孔道发生了变化，部分孔道的定位不准、曲线段转角值不正确、金属波纹管发生了严重锈蚀、波纹管入锚垫板时不垂直等，都会导致张拉伸长值与理论值相差较大。对孔道方面的问题，首先应该排除的是混凝土堵塞的可能性，这一点可由张拉实测值与计算值对比，确定可能发生堵塞的部位，剔开波纹管后用钢丝探查，有条件的可用小型摄像探头直接观察。若是混凝土堵塞，则清除混凝土即可排除问题。若是因孔道锈蚀产生的摩阻变化导致的伸长值不足，则可通过处理孔道壁、适当使用水性润滑剂以改善孔道状况，达到
16、张拉伸张值与理论计算值相符。若是因孔道定位出现问题而导致的伸长值偏差过大，则应及时与设计人员联系，由设计人员根据实际情况，适当调整钢束，确保预应力体系的正确建立。总之，张拉伸长值与理论计算值不相符，直接影响到了预应力体系的正确建立，处理的原则必须是确保预应力体系的正确建立。在处理过程中，需要设计人员的积极参与、配合和指导，需要施工人员的耐心配合，需要技术人员的精心分析和判断，只要措施得当，就能确保预应力体系的正确建立，确保结构的使用性能和寿命。（四）孔道压浆预应力筋锚固并检验合格后，应尽快进行孔道压浆。预应力的压浆作用主要有三点：1、保护预应力钢筋不外露而遭锈蚀，保证预应力混凝土结构或构件的安
17、全寿命；2、使预应力钢材与混凝土良好结合，保证预应力的有效传递，使预应力钢材与混凝土共同工作；3、消除预应力混凝土结构或构件在反复荷载作用下，由于应力变化对锚具造成的疲劳破坏，提高结构的可靠度和耐久性。本章根据快速路施工中的高压旋喷桩、预应力张拉施工两个关键工序的施工技术进行了论述，从理论基础方面分析了施工中的要点以及可能出现的问题，并对问题解决提出了初步方案。在施工中出现的问题是多样的，但只要以基本理论为基础，根据现象去分析本质，剥茧抽丝，一定能从根本上解决问题，确保设计意图的实现，保证工程实体质量和使用寿命。四、道路工程可替代方案的技术经济分析工程可替代方案指工程在满足某一目标的前提下，有
18、着不同的实现方式。如改善一个区域的交通通行条件，可以新修一条道路，也可以在现有道路基础上改建，或者修建铁路等等。工程的目标往往从全社会的角度来确定，在工程整个寿命期内来考察。广义的工程可替代方案实质上也包括无为方案，当有为在工程寿命期内预计所耗费的成本大于其在寿命期内所带来的效益时，还不如选择无为方案。在公路工程设计中，我们已经习惯于平面线位间的竞争比选，首先是计算土石方、排水防护、路面、桥涵、隧道、交叉工程、沿线设施、占地拆迁等工程量，通过造价计算得出工程建设成本，及估算出营运期预计消耗的费用；然后根据项目在路网中的布局，考察不同方案在寿命期内所创造的经济效益，通过对比不同方案间的净效益来选
19、择路线方案。在公路某一单项工程中，在满足机动车通行的功能要求的目标下，其实也有着不同的工程实现措施，存在满足同一功能要求的不同实现方案间的竞争，如高填土路堤与高架桥方案之间、深挖方路堑与隧道方案之间的方案竞争。这种单项工程方案之间的可替代性竞争普遍存在于山岭重丘区公路的建设中。可替代方案竞争比选的一般原则：可替代性工程方案应从技术的可行性、 经济的合理性、运营维护的难易程度、 环境保护、 其他需特殊考虑的目标因子(如建筑景观、耕地资源等)。四个大的方面综合进行方案比选。经济的合理性主要指工程建设的货币成本；运营维护的难易程度可以转换为费用的形式货币量化；环境保护更多的表现是工程对环境的损害，较
20、难以货币量化。工程可替代方案的比选应该是在可以量化的基础上的选择，应该是理性的而不是感性的，不能等同于决策，决策更多依靠的是管理人员的直觉，是在综合很多信息的基础上的一种判断。因此，在工程技术均可行的前提下，目前，工程可替代方案的比选主要考察经济的合理性及营运费用。在营运费用相差不大的情况下，以建设的成本来决定方案的竞争优越性。 （一）可替代方案的技术经济分析1、高填土路提与高架桥方案技术经济分析（1） 高填土路堤与高架桥的费用分析高填土路堤方案与高架桥方案首先从建设的经济成本进行分析比较。为简化起见，考察方案的直接工程费与间接费之和以及与占地费用的合计。以费率定额计算的其他费用多以直接工程费
21、与间接费之和为基数。高填土路堤方案主要包含路基土石方(费用代号以T1表示)、排水防护工程(T2)、地基处理(T3)、路面工程(T4)、路基桥涵工程(T5)、交叉工程(T6)、安全设施(T7)、拆迁及占地(T8)。表示为：T=T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8高架桥方案主要包含桥梁上部构造(Q1)、下部构造(Q2)、基础(Q3)、拆迁及占地(Q4)。表示为：Q=Q1+Q2+Q3+Q4影响填土路堤方案造价的主要因素是填土价格、地基处理及土地补偿价格，影响高架桥造价的主要因素是跨径的选择，而墩、台高度对造价的影响相对较弱。以下以24米宽的路基为研究对象，假设填土高为h米，现计算1公里长的
22、路堤的建设费用，然后与预应力空心板高架桥费用进行比较。以下费用计算中所采用的基础数据来源于湖北省高速公路建设中的有关设计及造价数据。填土边坡坡率8米以上取1：1.5，超过8米取1：1.75，边坡平台宽2米，路基土石方量设为x(h)*948(扣桥52米)，土石方综合平均价为p元立方米，则：T1=x(h)*948*p10000万元公里；常规排水防护工程T2一般在160万元/公里左右(暂不考虑高边坡防护额外增加费用)；软土地基处理(T3)330万元公里左右，路面工程综合每平方米220元，则T4一般在460万元公里左右；路基桥涵工程(T5)与路线所经过的自然区域有很大的关系，一般地按涵洞4道公里、桥梁
23、长平均35米公里计算，得140万元公里左右；交叉工程按通道考虑，每公里2处计，T6则为120万元公里左右；安全设施(T7)按85万元公里估列：拆迁及占地(T8)根据公路建设项目用地指标微丘区计算，按一般正常填土高度计算时，需占地88亩公里；用地中耕地与非耕地各按一半考虑，则T8大约为120万元公里，当填土高度大于一般正常填土高度时，额外增加占地(h-4.4)*6.3亩/公里，T8大约增加费用(h*6.3*1.4-39)万元公里。高架桥方案按预应力空心板进行计算，上部构造、下部构造、基础合计平均3.7万元/米，每公里3700万元(Q1+Q2+Q3)；拆迁及占地(Q4)需占地37亩公里；耕地与非耕
24、地各按一半考虑，则Q4大约为50万元公里。若高填土路堤方案与高架桥方案费用相等，即TQ时，可得x(h)*948*p10000+160+330+460+140+120+85+120+(h*6.3*l.4-39)=3700+50 1式1简化为：x(h)*p+h*6.3*1.4=2374*10000948其中：x(h)24*8+1.5*8*8+52*(h-8)+1.75*(h-8)2 (h8) (假设地面线水平)土石方综合平均价p取22元立方米时，应用逼近算法，计算得临界填土高h=19.6米；当p取30元立方米时，h=16.2米。以上为存在有软土地基处理情况。若无T3项，则x(h)*p+h*6.3*
25、1.42704*10000948 2土石方综合平均价p取22元立方米时，h=21.3米；p取30元立方米时，h=17.6米。若无T3项，同时T2考虑高边坡防护额外增加的费用，T2一般在350万元公里左右，则：x(h)*p+h*6.3*1.4=2514*10000948 3土石方综合平均价p取22元立方米时；h=20.4米；P取30元立方米时，h16.8米。(二)深挖方路堑与隧道方案技术经济分析1、 深挖方路堑与隧道的费用分析 深挖方路堑方案与隧道方案仍然考察方案的直接工程费与间接费之和以及与占地费用的合计。 深挖方路堑方案主要包含路基土石方(W1)、排水防护工程(W2)、路面工程(W3)、安全
26、设施(W4)、拆迁及占地(W5)。 表示为：W=Wl+W2+W3+W4+W5 隧道方案主要包含洞门工程(S1)、洞身工程(S2)、通风照明工程(S3)、供电设备(S4)。明洞工程纳入洞身工程中，消防救援设施由于相对造价较低，忽略不计；为便于对比，洞门仰坡占地不计。 表示为：SS1+S2+S3+S4 设路基宽24米，挖深h米，现计算1公里长的深挖方路堑的建设费用，然后与双洞隧道的建设费用进行比较。对比分析的前提条件是自然地形、地质满足隧洞选址的基本要求。 边沟采用0.8*0.8规格，碎落台宽2米，边坡按微、弱风化硬质岩石考虑，边坡坡率10米以下取1：0.3，超过10米取1：0.5，每10米设一碎
27、落台，路基土石方量设为f(h)*1000，土石方综合平均价p元/立方米，则：wlf(h)*1000*p10000万元公里；排水防护工程W2按420万元公里估列；路面工程(W3)一般在460万元公里左右；安全设施(W4)按85万元公里估列；深挖方地段的拆迁及占地数量如果按公路建设项目用地指标计算与实际偏差较大，此处占地数量设为d(h)亩公里，占地类别按非耕地考虑，W4为d(h)*0.4万元公里。 双洞隧道中洞门工程(S1)与洞身工程(S2)合计费用按3000元/平方米计算，则S1+S2为7200万元公里；通风照明工程(S3)约370万元公里；供电设备购买及安装(S4)按500万元公里估列。 若深
28、挖方路堑方案与隧道方案费用相等，即WS时，可得 f(h)*1000*p10000+420+460+85+d(h)*0.4=7200+370+500 5 式5简化为：f(h)*p10+d(h)* h*0.47105 其中：f(h)=780+52*(h-20)+0.5*(h-20)2 (30h20时) (假设地面线水平)f(h)1350+68*(h-30)+0.5*(h-30)2 (h30时) (假设地面线水平)d(h)68000/667+(h-20)*1000/667 (30h20时) (假设地面线水平)d(h)=82000/667+(h-30)*1000/667 (h30时) (假设地面线水平
29、) p取为30元/立方米时，计算得临界挖深值h=44米，此时占地约为143亩/公里，开挖土石方量约235万立方米/公里。如此巨大的土石方量有两种处理方法，一是以挖作填，二是另选弃土场。前一情况，大约可供应14公里的填土路基，平均运距大于7公里；而后一情况，事实上很难找到满意的弃土地点。因此在式5中假设土石方综合平均价取为30元/立方米偏低。 再假设土石方综合平均价为40元/立方米。式5可改写简化为：f(h)*4+d(h)*h*0.47105 6 计算得临界挖深h36米，此时占地约为132亩/公里，开挖土石方量约176万立方米/公里。 通过计算发现，临界挖深h对排水防护工程费用W2变化的敏感性并
30、不大，假设W2为1000万元/公里，p取40元/立方米，经计算，h34米；假设W2为2000万元/公里，p取40元/立方米，经计算，h=130米，而此时假设W2为2000万元/公里并不合理。 若地质为软质岩石或强风化硬质岩石，边坡坡率10米以下取1：0.75，超过10米取1：1.0，则：f(h)965+73*(h-20)+(h-20)2 (30h20时) (假设地面线水平)f(h)1795+97*(h-30)+(h-30)2 (h30时) (假设地面线水平)d(h)87000/667+(h-20)*2*1000/667 (30h20时) (假设地面线水平)d(h)lll000/667+(h-3
31、0)*2*l000/667 (h30时) (假设地面线水平) 同时p取30元/立方米，代入式5，经计算，h=35米；p取40元/立方米，计算h=30米。（三）深挖方路堑方案与隧道方案的选择上述对深挖方路堑的临界挖深h值的计算基于技术可行的前提，以纯工程经济的角度分析，计算所用的基础数据进行了理想化处理，特别是土石方数量的计算；不同的隧道随地质条件的不同，衬砌工程量相差较大，相互问造价波动也较大。但并不妨碍本文近似地给出深挖方路堑与隧道的临界挖深h参考值：微、弱风化硬质岩石为36米，软质岩石或强风化硬质岩石为30米。从环境保护的角度看，深挖方路堑对环境的破坏程度较隧道要大得多。再从工程寿命期内考察深挖方路堑与隧道的营运费用，隧道养护费用中以用电、设备更新换代为主，深挖方路堑养护费用中防护工程的养护费用所占比重可能最大。隧道的用电、设备更新换代所需费用可以大致预计，而深挖方路堑的防护工程养护费用与边坡的工程地质、水文地质条件关系十分紧密，估算相对困难，偶然因素多。因此，在进行方案选择时，宜在上述临界挖深h值的基础上减低12米。一般地，在山岭重丘区，当微、弱风化硬质岩石挖深大于3436米，软质岩石或强风化硬质岩石挖深大于2830米时，应考察采用隧道方案的技术可行性；低于给定的挖深判断值时，以探路堑方案为优选。根
