淺談在山區(qū)填挖方土的工程應(yīng)用

土木工程工程計(jì)算的精度直接影響項(xiàng)目的成本和施工時(shí)間。特別是在山區(qū)，方工程量相對(duì)較高，單項(xiàng)工程投資占總投資的約10%。這是氣田設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)之一。因此,土石方工程計(jì)算的準(zhǔn)確性十分重要,對(duì)土石方工程計(jì)算進(jìn)行分析,并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。1清初數(shù)據(jù)1.1規(guī)范對(duì)儀器測(cè)量精度和測(cè)量地形的要求地形測(cè)量包括現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)及內(nèi)業(yè)成圖兩個(gè)階段?，F(xiàn)行工程測(cè)量規(guī)范如GB/T50537—2009《油氣田工程測(cè)量規(guī)范》,雖然對(duì)測(cè)量?jī)x器工具精度、現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)及內(nèi)業(yè)成圖均提出了相關(guān)要求,但測(cè)量地形圖與實(shí)際地形仍然存在一定的誤差。1.2儲(chǔ)模量及處理建議地質(zhì)勘察報(bào)告中包含與土石方計(jì)算相關(guān)的信息,如,壓縮模量、土層性質(zhì)及厚度、滲透系數(shù)及地基處理方式的建議。通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的查閱,利于合理調(diào)配土石方,確定沉降系數(shù)和綜合松散系數(shù)等數(shù)據(jù)。1.3利用單一地質(zhì)情況相似工程計(jì)算模型除上述必備資料外,設(shè)計(jì)人應(yīng)搜集其他相關(guān)資料以供借鑒。如,收集一些地質(zhì)情況相似的工程,參考其土石方計(jì)算數(shù)據(jù);進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,對(duì)地形地貌及巖土斷面有一個(gè)直觀認(rèn)識(shí),有助于后續(xù)設(shè)計(jì)中土石方的計(jì)算等等。2計(jì)算和分析巖石土石方計(jì)算包括場(chǎng)地平整、表層耕植土處理、建構(gòu)筑挖方、土石方松散系數(shù)、場(chǎng)地沉降系數(shù)、土石方調(diào)配等幾項(xiàng)內(nèi)容。2.1雙截面法和斷面法場(chǎng)地平整是根據(jù)地形測(cè)量圖和豎向設(shè)計(jì)標(biāo)高,利用土石方計(jì)算方法,將自然地形改造成工程上所需要的地形。場(chǎng)地平整時(shí)兼有填方和挖方,這部分土石方量是土石方計(jì)算中最基本的數(shù)據(jù)。在場(chǎng)地平整中通常采用土石方計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算(如GPCAD、TFT等),常用的計(jì)算方法有斷面法和方格網(wǎng)法,斷面法適用于地形起伏較大的區(qū)域;方格網(wǎng)法應(yīng)用廣泛,對(duì)于地形平緩和臺(tái)階寬度較大的場(chǎng)地更為適用。一般在山區(qū)建設(shè)的項(xiàng)目,這兩種計(jì)算方法會(huì)同時(shí)使用。式(1)中:±V——挖填土石方量,m3(+為填方,-為挖方);a2——方格邊長(zhǎng),m;通常取10～20m;h1、h2、h3、h4——四角點(diǎn)的挖填高度,m。方格網(wǎng)法計(jì)算時(shí),方格邊長(zhǎng)a越小,精度越高。但限于(1:500或1:1000)圖面表達(dá),方格邊長(zhǎng)不宜小于10m,通常取20m。斷面法計(jì)算工序較為復(fù)雜,根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算要求,需進(jìn)行相關(guān)的橫斷面測(cè)量。一般情況下,橫斷面要求垂直于圍墻、道路、鐵路等范圍內(nèi)的條形構(gòu)筑物,便于精確計(jì)算。通過斷面圖的繪制和計(jì)算,得出各個(gè)斷面圖的面積,進(jìn)而得出相鄰兩斷面間的填挖方量。2.2分層腐蝕,引起分層。據(jù)外部分表層耕植土中含有大量有機(jī)質(zhì),可能發(fā)生腐爛、發(fā)酵等生化反應(yīng),引起體積膨脹或萎縮,對(duì)地基的穩(wěn)定不利;某些耕植土呈酸性或堿性,對(duì)地基造成不同程度的腐蝕,引起分層。因此,表層耕植土應(yīng)進(jìn)行處理。一般情況下,對(duì)表層耕植土予以清除。清除厚度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,再結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行確定(見表1)。當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)有大型樹(群)時(shí),清除厚度會(huì)達(dá)到0.4m或更多。對(duì)于填方高度達(dá)到2m以上的地段,可以保留耕植土,只清除植物根系。另外,條件許可時(shí)可以保留耕植土。根據(jù)耕植土的具體成分對(duì)表層耕植土過篩,必要時(shí)添加石灰或水泥,作為基礎(chǔ)持力層使用。此時(shí)耕植土不作為外運(yùn)土方。2.3建筑物的鉆孔油氣田工程中建構(gòu)筑種類繁多,工程做法各異,其挖方量是土石方計(jì)算中較難于統(tǒng)計(jì)的一部分。2.3.1儲(chǔ)油罐基礎(chǔ)形式根據(jù)儲(chǔ)油罐環(huán)梁基礎(chǔ)深度及儲(chǔ)油罐橫截面積求得挖方總量。在計(jì)算過程中需要注意儲(chǔ)油罐的基礎(chǔ)形式,如,油庫儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)置于一個(gè)削平的石山上,由于自然地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求,環(huán)梁沒有設(shè)置人工基礎(chǔ),而是在平整后的場(chǎng)地上直接建造環(huán)梁,此時(shí)儲(chǔ)油罐將不產(chǎn)生挖方量。2.3.2雨水池污油氣田工程中的含油污水處理池、雨水監(jiān)控池、消防水池及化糞池等,通常為地下或半地下式,容積較大,根據(jù)其建筑形式計(jì)算相應(yīng)土方量。2.3.3工程做法相異生產(chǎn)區(qū)、辦公區(qū)、裝卸區(qū)等由于不同的使用要求,工程做法相異。鋪裝場(chǎng)地挖方量計(jì)算式為:式(2)中:q總——挖方總量,m3;f——平整場(chǎng)地面積,m2;h——結(jié)構(gòu)層厚度,m。2.3.4不同基礎(chǔ)形式的挖方量建筑物基礎(chǔ)形式有條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、伐形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)等,不同的基礎(chǔ)形式挖方量差異較大。油氣田工程中建筑物通常采用條形基礎(chǔ),在施工過程中往往將出土全部回填,其挖方量甚至可以忽略不計(jì)。2.3.5墻身土方量的計(jì)算根據(jù)圍墻、防火堤及擋土墻的基礎(chǔ)形式及長(zhǎng)度即可求得相應(yīng)的挖方量。當(dāng)擋土墻橫截面積較大,長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí),墻身挖方不可忽略。應(yīng)結(jié)合GPCAD(總圖規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件)中區(qū)域邊界線的繪制位置,計(jì)算墻身土方量。在某油庫設(shè)計(jì)中,擋墻地上部分橫截面積6.6m2,長(zhǎng)度420m,產(chǎn)生了2772m3的挖方。2.3.6基土材料的基礎(chǔ)薄弱埋地管道及其附件、排水溝、通信照明燈具基礎(chǔ)、地下臥罐、各種管墩等,理論上在設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)這些挖方逐一計(jì)算,但是,在實(shí)際設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取得一定數(shù)值或忽略不計(jì)。此外,當(dāng)工程地基局部為特殊性巖土?xí)r,某些建構(gòu)物基礎(chǔ)會(huì)做出相應(yīng)的地基處理措施,如,置換濕陷性黃土,在軟土地基中摻加石灰等。在計(jì)算時(shí)要將這部分的填挖量計(jì)入土石方總量中。2.4分散系數(shù)d土石方平衡時(shí),除場(chǎng)地平整的土石方外,應(yīng)考慮土石的松散性質(zhì),即土石方松散量。不同種類土石的松散系數(shù)不同,土壤松散系數(shù)見表2。2.5生物處理方法強(qiáng)夯是對(duì)軟弱地基進(jìn)行強(qiáng)化處理的措施之一,主要用來提高地基的承載力,減少壓縮性,使建構(gòu)筑下沉量控制在允許的剩余沉降范圍內(nèi)。目前,軟土地基沉降的計(jì)算方法很多,但是,由于軟土的復(fù)雜性,對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是很困難的。在實(shí)際工程中,經(jīng)常采用反分析方法,即,通過實(shí)際觀測(cè)信息反演確定物理力學(xué)參數(shù)模型,再對(duì)后期沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)。當(dāng)不具備專業(yè)團(tuán)隊(duì)予以配合的條件時(shí),設(shè)計(jì)人可以參照沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行取值,詳見表3。對(duì)軟弱土地基進(jìn)行強(qiáng)夯處理時(shí),回填土石方量的計(jì)算公式為:式(3)中:q實(shí)——場(chǎng)地的實(shí)際填方量,m3;q理-場(chǎng)地的理論計(jì)算填方量,m3;——沉降系數(shù)。在某油庫一期工程中,場(chǎng)地軟土層厚0.4～55.5m。在設(shè)計(jì)中,利用低能級(jí)強(qiáng)夯方法對(duì)軟弱地基進(jìn)行排水固結(jié)處理,設(shè)計(jì)沉降系數(shù)取值0.7,理論沉降量達(dá)到136×10m43。施工期間,根據(jù)堆載預(yù)壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果,實(shí)驗(yàn)區(qū)207天實(shí)際沉降量達(dá)到1.4m,與沉降系數(shù)取值基本吻合。2.6填挖方區(qū)土方調(diào)配方案土石方調(diào)配是對(duì)挖土的利用、堆棄和填土的取得。在設(shè)計(jì)中,需要確定填挖方區(qū)土方的調(diào)配方向和數(shù)量,劃出填挖邊界線(即零線),列出土方調(diào)配方案表。在土方調(diào)配過程中,需要將以下土方量計(jì)入土石方工程總量中。2.6.1填土的種類砂土、爆破石渣及含水量符合壓實(shí)要求的黏性土可作為填方土料。淤泥、凍土、膨脹土、有機(jī)質(zhì)含量大于8%的土、硫酸鹽含量大于5%的土以及水含量大的黏土均不能做回填土。土石方工程中,需要結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告,計(jì)算出不符合回填要求的土方量。2.6.2回填造林地基表層耕植土經(jīng)常予以清除,但是,它卻是綠化中上好的資源,應(yīng)回填至綠化區(qū)域或應(yīng)用于邊坡復(fù)綠,盡量消化掉這部分土方。多余耕植土可用于本地的土地恢復(fù)。2.6.3針對(duì)不同的地下水位的需求設(shè)置黏土隔水層油氣田工程中,為了避免地上固液廢棄物對(duì)地下水的影響,經(jīng)常需要設(shè)置黏土隔水層。同時(shí),當(dāng)?shù)叵滤桓?回填土透水性較大時(shí),為了避免降雨引起地基的沉陷,也需要設(shè)置黏土隔水層,其厚度約為0.3～1.0m。土石方計(jì)算時(shí),應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告,查看場(chǎng)地現(xiàn)有黏土滲透系數(shù)是否達(dá)到要求,然后確定回填、外運(yùn)及外購量。2.6.4山地合成社會(huì)主義新技術(shù)根據(jù)勘察數(shù)據(jù),當(dāng)?shù)鼗潦再|(zhì)達(dá)到工程用料要求時(shí),可以通過與業(yè)主和施工方的協(xié)商及方案比選,將挖方作為建構(gòu)筑物的供料。某油庫一期工程中,將爆破后的山體石料按粒徑進(jìn)行挑揀利用,用來砌筑擋土墻、圍墻、防火堤和排水溝等,將石子現(xiàn)場(chǎng)加工成符合基層使用要求的級(jí)配碎石,共消耗石方8.5×104m3。上述因素是目前油氣田工程中土石方調(diào)配的常見情況。在設(shè)計(jì)中,應(yīng)針對(duì)工程具體情況,對(duì)影響土石方總量的因素應(yīng)進(jìn)行全面分析、核實(shí),計(jì)入計(jì)算總量中,避免遺漏。2.7應(yīng)注意的幾個(gè)問題綜上所述,在土石方計(jì)算過程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮,理清各項(xiàng)內(nèi)容間的邏輯關(guān)系,力求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。土石方總體余缺量計(jì)算式為:式(4)中:q余—土方余缺量,m3(q余為負(fù)值時(shí),場(chǎng)地缺土;當(dāng)為正值時(shí),場(chǎng)地填土);q平挖——場(chǎng)地平整挖方量,m3;q建——建構(gòu)筑物挖方量,m3;q調(diào)1——土方調(diào)配量(不能用于場(chǎng)地回填的土石),m3;q平填——場(chǎng)地平整填方量,m3;q調(diào)2——土方調(diào)配量(未參與場(chǎng)地平整的土石利用量,如,作為建構(gòu)筑材料的土石),m3;k——最后松散系數(shù)。在利用公式進(jìn)行土石方計(jì)算時(shí),存在的問題:場(chǎng)地平整土石方量是根據(jù)公式進(jìn)行的模擬計(jì)算,與實(shí)際土方量存在一定誤差;表層耕植土厚度取值、土石方松散系數(shù)取值和強(qiáng)夯沉降系數(shù)取值為區(qū)間范圍,設(shè)計(jì)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇;建構(gòu)筑挖方量統(tǒng)計(jì)難以做到全面。同時(shí),測(cè)量地形圖與實(shí)際地形存在一定誤差,即使設(shè)計(jì)人員在計(jì)算過程中考慮了所有影響因素,土石方量仍然不可能完全精準(zhǔn),甚至?xí)霈F(xiàn)較大的余缺量。因此,土石方工程設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),尚應(yīng)注意以下幾點(diǎn):一是,測(cè)量圖比例。地形平坦的地帶,測(cè)量圖比例可以是1:500或1:1000;地形起伏較大的地帶,測(cè)量圖比例應(yīng)為1:500,并根據(jù)實(shí)際需要增補(bǔ)測(cè)點(diǎn)。二是,計(jì)算方法。地形復(fù)雜的地段,宜采用方格網(wǎng)法和斷面法相結(jié)合的方式計(jì)算。三是,計(jì)算分區(qū)。根據(jù)需要將高差較大的區(qū)域分別計(jì)算,如,將下沉罐區(qū)與辦公區(qū)、道路等分開計(jì)算。3做好土方設(shè)計(jì)、堆土及不足的準(zhǔn)備工作土石方計(jì)算中的誤差是不可避免的,但是,可以通過一些方法減少誤差,力求計(jì)算精準(zhǔn)。一是,相關(guān)專業(yè)提供盡量準(zhǔn)確的