公路工程可替代方案的技术经济分析

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1． 概述
工程可替代方案指工程在满足某一目标的前提下，有着不同的实现方式。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。
2． 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。
3． 可替代方案的技术经济分析
3.1 高填土路提与高架桥方案技术经济分析
3.1.1. 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*p／10000万元／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T＝Q时，可得
x(h)*948*p／10000+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*10000／948
其中：x(h)＝24*8+1.5*8*8+52*(h-8)+1.75*(h-8)2 (h＞8) (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*1.4＝2704*10000／948 ……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