王衛(wèi)東，于冉冉，吳紅營(yíng)

(青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東青島 266555)

填海開(kāi)發(fā)項(xiàng)目土方計(jì)算與平衡

王衛(wèi)東，于冉冉，吳紅營(yíng)

(青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東青島 266555)

研究了填海人工島開(kāi)發(fā)中的土方計(jì)算、平衡原則、技術(shù)路線、方法及不確定因素，通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)踐，使得項(xiàng)目的土方調(diào)運(yùn)、地基處理和地塊規(guī)劃建設(shè)有機(jī)結(jié)合，提高了土方平衡項(xiàng)目的成本控制、工程管理、分時(shí)開(kāi)發(fā)的效率，為建設(shè)方提供了有力的決策依據(jù)。

填海;人工島;土方計(jì)算;平衡

0 引言

填海開(kāi)發(fā)是應(yīng)對(duì)沿海用地緊張或者因需配合規(guī)劃等原因而需要將海岸線向前推，用人工建設(shè)的方式擴(kuò)充土地面積［1］。填海開(kāi)發(fā)工程“三通一平”要求中最重要的是“一平”，牽扯到土方總量計(jì)算、平衡高程計(jì)算、土方調(diào)配方案。三個(gè)關(guān)鍵因素關(guān)系著整個(gè)工程的工期、成本以及項(xiàng)目的成功度。

青島西海岸名人島位于青島西海岸經(jīng)濟(jì)新區(qū)中央商務(wù)區(qū)南部，面積161.4 hm2，全部為填海造地。為使地塊范圍填挖平衡，避免土方多填和少填，避免建筑單體建設(shè)過(guò)程中內(nèi)部多次倒運(yùn)，建設(shè)方確定進(jìn)行土方平衡相關(guān)研究和設(shè)計(jì)。

工程自2013年7月啟動(dòng)，2014年12月基本填筑完成，土方的計(jì)算和平衡對(duì)填海工程土方控制發(fā)揮了重要作用。通過(guò)Google earth歷史時(shí)間功能，記錄2012年10月、2013年8月、2014年2月、2014年6月不同時(shí)間點(diǎn)填海影像，還原填筑過(guò)程，見(jiàn)圖1。

1 土方平衡和調(diào)配原則、技術(shù)路線

(1)土方平衡和調(diào)配原則

采用多種方法計(jì)算，反復(fù)校核，提升精度，減少誤差;科學(xué)、合理安排土方調(diào)運(yùn)，力求土方調(diào)運(yùn)距離、次數(shù)、數(shù)量最?。?］;土方調(diào)配不僅要契合空間調(diào)配要求，同時(shí)要滿足時(shí)間調(diào)配要求(開(kāi)發(fā)時(shí)序);分區(qū)調(diào)配應(yīng)與全場(chǎng)調(diào)配相協(xié)調(diào)，避免只顧局部平衡，任意挖填而妨害全局平衡。

(2)土方平衡和調(diào)配技術(shù)路線

土方填挖平衡是指目標(biāo)平面以下地下空間開(kāi)挖出土石方量與目標(biāo)平面以上至規(guī)劃標(biāo)高需要填筑土石方量相等，即可保證在“三通一平”提交各板塊填海高程面以后，后續(xù)建設(shè)填海區(qū)各板塊間土方借方和棄方均為零，以此確定的目標(biāo)面即為填海平衡面。

圖2為填海平衡立體解剖圖。

圖2 填海平衡立體解剖圖

為確定總體填筑高度和填筑數(shù)量，須進(jìn)行整體平衡，同時(shí)對(duì)各業(yè)態(tài)、各地塊進(jìn)行分地塊平衡，以明確不同業(yè)態(tài)、地塊填筑高程、填筑土方量，以及各業(yè)態(tài)和地塊之間土方調(diào)配量。

分板塊(地塊)平衡:將整體分為若干個(gè)板塊(地塊)，分別平衡，獲取每個(gè)板塊(地塊)平衡面、后期建設(shè)不再考慮板塊間的土方調(diào)配。減少土方二次調(diào)配距離和數(shù)量，節(jié)約后期建設(shè)投資。

2 土方計(jì)算方法

常用的計(jì)算方法主要有等高線法、斷面法、方格網(wǎng)法、DTM模型法4種。

(1)等高線法(見(jiàn)圖3)

圖3 等高線法示意圖(單位:m)

當(dāng)?shù)孛嫫鸱^大、坡度變化較多時(shí)，可采用等高線法估算土石方量，在地形圖精度較高時(shí)更為合適。平原地區(qū)一般不采用該方法。

實(shí)際操作中有切片法和環(huán)柱法兩種。

切片法:第i分層的體積為

環(huán)柱法:第i分環(huán)的體積為

(2)斷面法(見(jiàn)圖4)

圖4 斷面法示意圖(單位:m)

按照等距分段，每段分別計(jì)算填挖方面積，每段體積為分段填挖方平均乘以其間距。適用于帶狀地形土石方計(jì)算。

(3)方格網(wǎng)法

方格網(wǎng)法土方計(jì)算適用于地形變化比較平緩的地形情況，用于計(jì)算場(chǎng)地平整的土方量計(jì)算較為精確。

建立地形的坐標(biāo)方格網(wǎng)，方格網(wǎng)的一邊與地形等高線或場(chǎng)地坐標(biāo)網(wǎng)平行，大小根據(jù)地形變化的復(fù)雜程序和設(shè)計(jì)要求的精度確定，邊長(zhǎng)一般常采用10 m×10 m或20 m×20 m(地形平坦、機(jī)械化施工時(shí)也可采用50 m×50 m)。求出方格各個(gè)角點(diǎn)的自然標(biāo)高、設(shè)計(jì)標(biāo)高。

(4)DTM數(shù)字地形模型法［3］

根據(jù)實(shí)地測(cè)定的地面點(diǎn)坐標(biāo)(X，Y，Z)和設(shè)計(jì)高程，通過(guò)生成三角網(wǎng)來(lái)計(jì)算每一個(gè)三棱錐的填挖方量，最后累計(jì)得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量，并繪出填挖方分界線。理論上精度最高。軟件南方CASS、天正土方、飛時(shí)達(dá)、湘源豎向等，該項(xiàng)目采用飛時(shí)達(dá)土方計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算。

3 填海土方量及平衡標(biāo)高的計(jì)算

根據(jù)已有設(shè)計(jì)輸入條件，結(jié)合工程實(shí)際，此次主要采用等高線法結(jié)合EXCEL人工計(jì)算，同時(shí)采用DTM模型法進(jìn)行校核。

(1)理論計(jì)算:以EXCEL配合，對(duì)分塊地塊平均高程和面積確定平衡高程。計(jì)算公式:

式中:hn為地塊n的填海高程理論值;為地塊n的平均設(shè)計(jì)高程;Vn為地塊n的地下空間體積;An為地塊n的面積;n為第n個(gè)地塊，n=1，2，3……n。

(2)DTM法數(shù)字化模型計(jì)算:建立模型借助土方設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算。

a. 設(shè)計(jì)范圍:場(chǎng)地紅線內(nèi)范圍，各地塊分別計(jì)算;

b. 采用10 m×10 m的方格網(wǎng)劃分區(qū)域;

c. 采集設(shè)計(jì)等高線離散數(shù)據(jù)、規(guī)劃道路交點(diǎn)數(shù)據(jù)，場(chǎng)地邊緣高程采用堤壩頂部設(shè)計(jì)高程。

(3)對(duì)兩種土方計(jì)算結(jié)果進(jìn)行誤差分析，確保誤差在1/100以內(nèi)，完成計(jì)算。

(4)填?？偢叱?規(guī)劃地坪平均高程-地下室體積/總面積-不確定因素估值。

(5)填海土方量=(平衡高程-海底平均高程)×地塊總面積。

4 不確定因素及土方調(diào)配

填海平衡高程、土方量計(jì)算和土方平衡結(jié)果取決于土體的諸多不確定因素(綠化種植土、路面結(jié)構(gòu)、地基處理沉降、工后沉降、松散系數(shù)、土體損耗、土壤類(lèi)型、控制高程點(diǎn)等)［4］。

(1)種植土

種植土是影響土方量的因素之一，通過(guò)查閱相關(guān)資料，種植大喬木需換填厚度1.2～1.5 m，種植灌木需換填厚度0.8 m，植草需換填厚度0.4～0.5 m，本次設(shè)計(jì)按照種植土80 cm厚度考慮。綠化率根據(jù)青島西海岸名人島分地塊控制性指標(biāo)中各地塊綠化率及面積，采用加權(quán)平均法可得場(chǎng)區(qū)整體減少厚度為0.22 m。

(2)道路路面結(jié)構(gòu)

考慮到道路施工需挖路槽，將減少部分土方量，計(jì)算土方量按照常規(guī)確定路面結(jié)構(gòu)厚0.6 m。

(3)地基處理沉降

以開(kāi)山石和雜填土為填料的場(chǎng)地建議采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理［5］，以減小瞬時(shí)沉降。根據(jù)筆者在青島高新區(qū)、開(kāi)發(fā)區(qū)對(duì)軟土地基處理經(jīng)驗(yàn)，5～12 m深淤泥，采用真空預(yù)壓處理，過(guò)程沉降在70～80 cm，但江浙等地相關(guān)經(jīng)驗(yàn)報(bào)告分析，類(lèi)似深度可以達(dá)到1.7～2 m。此次結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試樁夯沉量，考慮回填土體主要以石方為主，且海底地基相對(duì)較好，此處確定沉降量為100 cm。

(4)工后沉降

地基處理完成仍有一定工后沉降，主要取決于海底砂層及軟土厚度、回填材料、沉降時(shí)間等。按照道路工程地基處理工后沉降要求次干路、支路不大于30 cm，暫定30 cm。

(5)土體損耗

主要包括地下室開(kāi)挖倒運(yùn)損失、水沖風(fēng)吹流失等。初步按照倒運(yùn)土體積的2%考慮，增加高度5 cm。

填海范圍內(nèi)不同地塊土方的調(diào)配是土方成本控制的重要內(nèi)容。不同地塊間各自平衡量與總平衡量的差即為內(nèi)部調(diào)配量，遵從就近調(diào)配原則進(jìn)行調(diào)配。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)青島西海岸名人島計(jì)算和平衡，獲取了“三通一平”填海平衡高程以控制填海，獲取填海土方量以規(guī)劃取土場(chǎng)和土方成本，同時(shí)獲取的分地塊填海高程為不同地塊調(diào)配提供了工程量，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

實(shí)際土方平衡過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜和繁瑣，共計(jì)算和編制報(bào)告三十多輪，逐步指導(dǎo)和規(guī)劃填海項(xiàng)目的進(jìn)行，確保取土場(chǎng)、資金、工期、運(yùn)輸車(chē)輛、人員的合理規(guī)模和合理范圍。本文對(duì)一般填海開(kāi)發(fā)項(xiàng)目土方平衡的技術(shù)路線、計(jì)算方法、土方調(diào)配方法進(jìn)行總結(jié)和應(yīng)用，積累了一定的土方填筑控制經(jīng)驗(yàn)，在成本控制、工程管理、分時(shí)開(kāi)發(fā)等方面取得了較好的效果。

［1］ 顏宇.強(qiáng)夯法在填海造陸地基處理中的應(yīng)用［J］.中國(guó)科技博覽，2012(15) :153-154.

［2］ 楊傳然.土方工程量計(jì)算及場(chǎng)地土方調(diào)配探討 ［J］.科技傳播，2011(11) :72-73.

［3］ 謝宗繁，王文貫. DTM模型法在土石方計(jì)算中的應(yīng)用［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2010(4) :34-35，68.

［4］ 楊玉奎.關(guān)于建設(shè)用地土方工程若干問(wèn)題的探討［J］.城市道橋與防洪，2013(7) :366-368.

［5］ 廖陳林，陳陽(yáng)亭，鄭慧振.強(qiáng)夯法在圍海造地地基加固中的應(yīng)用［J］.港工技術(shù)， 2010， 47(3):47-49.

TU751

B

1009-7716(2015)04-0192-03

2014-12-10

王衛(wèi)東(1979-)，男，陜西合陽(yáng)人，工學(xué)碩士，工程師，主要從事市政路橋設(shè)計(jì)工作。