银 奕,吴开庆

（1.广西交通设计集团有限公司,广西 南宁 530029; 2.广西壮族自治区环境保护科学研究院,广西 南宁 530020）

随着全球经济的迅猛发展，人类过度的经济活动造成碳排放量与日俱增，产生温室效应，导致全球温度升高，引发冰盖融化、极端天气、干旱和海平面升高等气象灾害，对人类生存造成极大影响。公路网络建设施工是引发全球碳排放量不断增加的主要原因之一。沥青路面因其行车舒适、方便快捷、噪声低等特点，已经成为我国当下公路建设施工中的主要路面形式。然而，在沥青公路路面的修建与养护中，因沥青材料拌和与使用，需要大量使用集料、沥青、改性剂等加工材料，此外，还需要将集料、沥青等加热到160 ℃左右，释放了大量的温室气体，给气候变化及生态环境带来了严重危机。在沥青路面修筑施工的过程中，拌和、运输、摊铺、碾压等设备耗费了较多的燃油和电力 ，并产生了许多二氧化碳等温室气体。

因此，在沥青公路建设中如何有效减少碳排放量，已成为建设部门的关注热点，也引发了我国学术界对碳排放影响因素研究的广泛关注。

闫强[1]等人根据碳排放因子法，根据路面施工指标，构建了沥青路面的碳排放等级分级评估模式，选取了3种具有代表性的路面结构设计方案，并对其在原材料生产、原材料运输、路面施工3个阶段总体的碳排放情况进行研究，得出了水泥在原材料生产阶段具有较大的碳排放量、沥青路面结构对原材料生产阶段碳排放有显著影响、集料在原材料运输阶段所占碳排放比例较大等结论。

该文为研究分析公路施工期沥青路面结构类型对碳排放的影响，结合某公路建设项目的基本概况，拟定三种类型的沥青路面结构方案，建立碳排放量计算模型，对公路施工期碳排放进行定量计算，分析各结构类型对碳排放的影响。

该文选取某城市公路建设项目为研究对象，该公路全长约88.6 km，路基宽度约28.5 m。依据工程可行性研究报告，为双向4车道的公路，且路面由沥青混凝土修建而成，厚度约为72 cm。该次研究所选工程项目，虽然建设规模较小，但其施工技术较为复杂多样，用于研究路面结构类型对碳排放的影响分析，具有一定代表性。

2.1 沥青路面结构类型的拟定

沥青路面通常由面层、基层、底基层和垫层组成，其中，面层为沥青路面的表层，直接承受车轮荷载的反复作用和自然因素的影响；
基层处于面层之下，是起重要承重作用的层次，对其使用材料的强度有较高要求；
底基层位于基层之下，也承担着一定的承重作用，其使用材料的强度要求低于基层材料；
垫层设置于底基层与土层之间，起到排水、隔水、防冻、防污的作用[2]。

在研究所选的公路建设工程中[1]，沥青路面施工期间所产生的碳排放情况非常明显，所以该文将从路面结构类型角度出发，研究其对碳排放的影响。首先需要拟定影响公路施工期间碳排放的路面结构类型[2]，如图1所示。

图1 拟定沥青路面结构类型图

结合所研究工程的基本概况，本次研究拟定了三种类型的沥青路面结构方案：方案一是典型的半刚性基层沥青路面；
方案二为从各层厚度的角度对方案一的路面进行改进后的半刚性基层沥青路面；
方案三为从各层选用材料的角度对方案一的路面进行改进后的半刚性基层沥青路面。

综合考虑该公路建设施工要求以及工程造价等因素，这三种类型的沥青路面结构为复合式结构，其中方案一是典型的半刚性基层结构；
方案二并未改变原始沥青路面结构的各基层材料，但将整体厚度提升了22 cm，以提升沥青路面基层的抗车辙性能；
方案三将原始细粒式沥青混凝土面层，转换为同等厚度的沥青玛蹄脂碎石层，并将原始粗粒式沥青混凝土面层，转换为同等厚度的沥青稳定碎石面层，以增强沥青路面的排水效果[3]。

在拟定好沥青路面结构类型后，需要对上述三种路面结构进行验算[3]，通常不同气温下的公路沥青路面结构会发生不同程度的损坏，所以需要结合我国公路路面设计规范，确定这三种类型的沥青路面结构温度调整系数，进行路面稳定层疲劳开裂验算[4]。

由于该次研究所选的沥青路面结构类型，均属于半刚性集成结构，所以仅需通过拉应力与变形量这两个指标来验算各沥青路面结构的疲劳开裂情况，最终验算结果如表1所示。

由表1可知，这三种类型公路沥青路面结构方案，最终验算结果均满足我国公路路面设计规范，可以用于碳排放影响分析研究中。

表1 公路沥青路面结构疲劳开裂验算结果表

2.2 公路施工期碳排放的计算

碳排放[4]主要是二氧化碳等温室气体的总体排放量。由于公路施工是一个复杂且庞大的工程项目，涉及众多施工技术，在原料生产中，如石料开采、沥青炼制、施工中沥青混合、铺面碾压、振动压路机等都要消耗巨大的电能、热能、天然气等，同时，大量二氧化碳排放量也会对地球造成巨大的污染[5]。为使公路施工期碳排放量数据的计算结果更为精准，该文设计一个施工期碳排放计算模型[5]。

当下，我国公路施工碳排放量计算主要依靠碳排放因子法来实现，不仅计算量极大，而且所需计算成本较高，并不适用于该文研究中，所以该文从公路沥青路面施工期的施工材料与施工设备两个方面着手，建立一个碳排放的定量计算模型。

在公路沥青路面施工过程中，通常会使用翻斗车、拖拉机、自卸汽车等运输车辆将沥青材料运输至施工现场，所以在公路沥青路面施工期由施工材料所产生的碳排放主要由材料运输量、运输车辆等相关因素所决定，那么该文参考《2018公路工程预算定额》，设计如下式所示的公路施工期沥青材料运输产生碳排放计算模型：

式中，P1——公路施工期沥青材料运输时造成的碳排放定量数据；
Bcl——沥青材料运输车c每行驶1 km所需台班量数据；
Vcl——沥青材料运输车c运输沥青材料l至施工现场时，所行驶的距离数据；
Qcl——c的燃料消耗量数据；
Ycl——c的碳排放因子；
Gcl——施工中所运输的沥青材料l重量数据；
m——沥青运输车辆的种类数目；
n——沥青材料种类数目。

关于公路沥青路面施工期间，现场的施工机械设备产生的碳排放主要与施工设备种类以及所使用燃料等因素有关，该文同样参考《2018公路工程预算定额》，设计如下式所示的公路施工期现场施工设备产生碳排放计算模型：

式中，P2——公路施工期现场施工设备运行造成的碳排放定量数据；
Si——第i台施工机械设备的台班量数据；
Ri——第i台施工机械设备的燃油量数据；
Yi——第i台施工机械设备的碳排放因子；
N——公路沥青路面施工期所使用的机械设备总数量。

由此可知，该次研究所建立的公路施工期碳排放定量计算模型为：

式中，P——公路施工期碳排放定量计算模型；
P3——公路沥青路面结构施工过程中，由沥青混凝土拌和、摊铺、压实等工序产生的碳排放，该数据需要实测获取，这里不再做详细介绍。综上所述，该次研究在计算不同类型的沥青路面结构施工期所产生的碳排放量时，不仅考虑了施工现场的施工机械设备运行过程中与沥青材料使用过程中所产生的碳排放量，还包括了原材料加工完成后运输至施工现场过程中所产生的碳排放量，可以使后期的公路施工期碳排放影响分析更为精确。

根据上述公式，获得研究所选公路工程的沥青路面施工期碳排放量计算结果，如表2所示。

表2 各类型的沥青路面施工碳排放量计算结果表

根据表2中的数据，绘制如图2、3、4所示的公路施工碳排放占比图。

图2 沥青路面结构方案一施工期碳排放占比图

根据该次研究结果可知，该文选用的三种类型的沥青路面结构施工期的碳排放量按大小顺序排序如下：施工设备运行＞沥青材料使用＞沥青材料运输，且施工设备运行与沥青材料使用过程为主要碳排放阶段，三种方案的占比均在75%以上。主要是因为在施工机械设备的运行中以及沥青材料的拌和、摊铺等工序中，具有较高的碳排放因子，造成碳排放量剧增。其中方案一与方案三的整体碳排放量极为接近，这主要是因为这两种方案下的沥青路面结构较为相似。而方案二的沥青材料使用过程中产生的碳排放量较其他两种方案大大增加，主要是因为方案二中增加了水泥稳定碎石基层的厚度，施工中所需拌和及摊铺等工序的施工材料量更大，导致整体碳排放量最大。

随着公路网络的不断发展，碳排放污染问题日益严重，节能减排工作成为公路建设关键任务。该文在查阅总结大量资料的基础上，遵循科学合理的原则，对不同类型的公路沥青路面结构施工中所产生的碳排放进行了定量计算，并在计算结果基础上，针对各类型的沥青路面结构施工对碳排放的影响进行了分析。结果发现，沥青路面结构施工不同阶段的碳排放量不同，遵循施工设备运行＞沥青材料使用＞沥青材料运输的规律；
施工设备运行与沥青材料使用过程的碳排放量均占75%以上。不同类型沥青路面结构施工中，基层厚度、所选材料与施工阶段均对碳排放量有影响。当然，公路建设的碳排放影响分析是一项长期工作，该文目前仅对施工期间的碳排放影响因素进行了初步探讨，今后将对公路工程全部时期的碳排放影响因素展开深入研究，为环境保护工作提供理论依据。

图3 沥青路面结构方案二施工期碳排放占比图

图4 沥青路面结构方案三施工期碳排放占比图

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