車輛段與綜合基地建設(shè)的土石方計(jì)算研究

李繼吳坤

（中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，400013，重慶∥第一作者，工程師）

城市軌道交通車輛段與綜合基地（以下簡(jiǎn)稱”車輛段”）是專為列車停放、整備、維護(hù)及檢修的場(chǎng)所。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，1條地鐵線路一般設(shè)置1個(gè)車輛段和1個(gè)停車場(chǎng)，超長(zhǎng)線路甚至需設(shè)置2個(gè)停車場(chǎng)或2個(gè)車輛段。每個(gè)車輛段或停車場(chǎng)由于占地面積大，在其建設(shè)過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生較大的土石方工程量。特別是部分設(shè)置在山地或丘陵地區(qū)的車輛段，其土石方工程量甚至多達(dá)上百萬(wàn)m3。例如，重慶軌道交通10號(hào)線某車輛段的土石方挖填工程量接近360萬(wàn)m3，直接投資額過(guò)億。可見(jiàn)，通過(guò)精細(xì)化研究土石方計(jì)算以節(jié)約車輛段建設(shè)投資尤為必要。

1 土石方工程量計(jì)算

1.1 計(jì)算方法的選擇

目前，可采用的地鐵車輛段土石方計(jì)算方法有橫斷面法和方格網(wǎng)法。相較而言，橫斷面法更為普遍。

1.1.1 橫斷面法

橫斷面法計(jì)算過(guò)程為：首先，沿著車輛段基線方向，每間隔30～40 m取1個(gè)紅線范圍內(nèi)的勘測(cè)斷面（局部地形復(fù)雜地區(qū)加密間隔）；然后，獲取各斷面的地面線資料，并輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)；最后通過(guò)橫斷面設(shè)計(jì)，可得出橫斷面i的土石方填挖面積Si挖和Si填（如圖1所示）。

圖1 斷面法土方計(jì)算示意圖

相鄰斷面i與i+1之間的挖方和填方分別為：

Vi挖=（Si挖+S（i+1）挖）（Ki+1-Ki）/2（1）

Vi填=（Si填+S（i+1）填）（Ki+1-Ki）/2（2）

式中：

Vi填，Vi挖——分別為第i與i+1斷面之間的土石方填挖量；

Ki，Ki+1——分別為第i與i+1斷面的里程。

1.1.2 方格網(wǎng)法

方格網(wǎng)法常用于市政民建工程設(shè)計(jì)，其計(jì)算過(guò)程為：將車輛段紅線范圍內(nèi)用地根據(jù)工藝需求標(biāo)高不同劃分為不同設(shè)計(jì)區(qū)塊，并將每個(gè)設(shè)計(jì)區(qū)塊劃分為多個(gè)邊長(zhǎng)為a的小方格。其中，a≤20 m，在局部區(qū)域a可取10 m（如圖2所示）：

圖2 方格網(wǎng)法土方計(jì)算示意圖

通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)算出每個(gè)方格點(diǎn)的施工高度，則可知第j個(gè)方格內(nèi)的填挖方量為：

Vj=a2（h1+h2+h3+h4）/4

式中：

h1，h2，h3，h4——分別為方格各角點(diǎn)施工高度；

a——方格邊長(zhǎng)。

1.1.3 計(jì)算方法選擇

上述兩種計(jì)算方法在工程實(shí)踐中均偶爾會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)計(jì)算工程量與施工過(guò)程中實(shí)際發(fā)生量差別較大的情況。經(jīng)分析，采用橫斷面法時(shí)，斷面間距布置較大（多數(shù)大于或等于30 m），會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集量較小；采用方格網(wǎng)法時(shí)，盡管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集量更大（方格邊長(zhǎng)較小，多數(shù)小于或等于20 m且為垂直雙向取點(diǎn)），但該計(jì)算方法更適用于場(chǎng)地原始地形較為平整、場(chǎng)區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)高變化不大、場(chǎng)區(qū)支擋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生土石方工程量小或者占總土石方工程量比例很小的項(xiàng)目，但不能實(shí)際反映場(chǎng)地局部區(qū)域的微小地形變化及支擋工程產(chǎn)生的土石方工程量等。

綜上分析，在方案比選等對(duì)土石方工程量精確度要求相對(duì)不高的設(shè)計(jì)階段，方格網(wǎng)法得益于軟件技術(shù)的發(fā)展可作為首選；當(dāng)設(shè)計(jì)成果對(duì)土石方工程量精確度要求較高時(shí)仍應(yīng)采用橫斷面法，但應(yīng)減小斷面間距至不大于20 m以提高計(jì)算精確度，且應(yīng)在地形變化較大的地段增加橫斷面數(shù)量。同時(shí)，為減少勘察工作量，勘測(cè)單位只需針對(duì)個(gè)別斷面進(jìn)行工程勘察，而其他斷面提供測(cè)繪斷面即可滿足要求。

1.2 土石比的確定

當(dāng)采用方格網(wǎng)法進(jìn)行土石方計(jì)算時(shí)，由于計(jì)算過(guò)程中不體現(xiàn)相關(guān)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，故最終計(jì)算工程量不能將產(chǎn)生的土方與石方區(qū)分開(kāi)來(lái)。而土方和石方的施工單價(jià)相差很大，因此土石比的確定對(duì)土石方工程總造價(jià)的直接影響很大。

以重慶《兩江集團(tuán)建設(shè)項(xiàng)目投資估算參考指標(biāo)》為例，挖土方的單價(jià)約為爆破挖石方單價(jià)的1/3～1/4，約為機(jī)械開(kāi)挖石方價(jià)格的1/10。然而，勘察文件一般不會(huì)直接提供土石比數(shù)據(jù)，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中多由設(shè)計(jì)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，從而可能使最終土石方工程造價(jià)產(chǎn)生較大誤差，導(dǎo)致施工單位和審計(jì)單位的后續(xù)工作均難以做到有理有據(jù)。

通過(guò)方格網(wǎng)法對(duì)場(chǎng)地平整（以下簡(jiǎn)為“場(chǎng)平”）區(qū)域進(jìn)行零線繪制，確定場(chǎng)區(qū)內(nèi)挖方區(qū)范圍，將挖方區(qū)范圍在對(duì)應(yīng)的每一個(gè)勘察剖面圖上標(biāo)示出來(lái)，并分別計(jì)算出該斷面挖方土層面積S土和挖方巖層面積S巖。

則土石比P為：

P=∑S土/∑S巖

需要說(shuō)明的是，即使勘察文件提供了土石比相關(guān)數(shù)據(jù)，也僅可作為參考。由于勘察文件的數(shù)據(jù)針對(duì)整個(gè)場(chǎng)區(qū)，而設(shè)計(jì)所需的土石比僅針對(duì)場(chǎng)平挖方區(qū)，故精確的土石比取值仍需按公式計(jì)算。

1.3 清表、清淤及排水工程量的計(jì)算

進(jìn)行車輛段場(chǎng)坪施工前，植被、草皮、樹根、雜填土、雜物、耕植土、腐殖土、淤泥及淤泥質(zhì)土等應(yīng)清除干凈。由于清表、清淤的土方均需外運(yùn)，且單價(jià)很高，故有必要精確計(jì)算該部分工程量。

清表工程量可按經(jīng)驗(yàn)將整個(gè)場(chǎng)區(qū)取15 cm、30 cm或50 cm等厚度予以估算。但此做法的誤差較大。精確計(jì)算時(shí)應(yīng)將整個(gè)場(chǎng)區(qū)按現(xiàn)狀及地質(zhì)情況進(jìn)行分區(qū)，分別確定清表厚度，再予以計(jì)算。例如，一般情況下，腐殖土區(qū)清表厚度為100 cm、林地區(qū)清表厚度為50 cm、植草區(qū)清表厚度為30 cm、巖石出露區(qū)清表厚度為10 cm、建筑物和水塘區(qū)域不需清表。經(jīng)分區(qū)計(jì)算后，將挖方區(qū)和填方區(qū)的清表工程量分別統(tǒng)計(jì)為V挖表和V填表。

水塘區(qū)域清淤工程量及排水工程量（不含拋石擠淤等其他處理方式）亦需分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)水塘的面積、儲(chǔ)水平均深度及淤泥層平均厚度（根據(jù)地質(zhì)斷面估算）等進(jìn)行計(jì)算。統(tǒng)計(jì)得到挖方區(qū)水塘清淤工程量V挖淤、填方區(qū)水塘清淤工程量V填淤、挖方區(qū)水塘排水工程量V挖水及填方區(qū)水塘排水工程量V填水。

1.4 基槽余土的計(jì)算

基槽余土包括建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)、地下工程、道路及管線等開(kāi)挖土石方量。該部分土石方量在場(chǎng)地“三通一平”后的施工過(guò)程中需被開(kāi)挖及換填，又被稱作二次土石方工程量。針對(duì)車輛段與綜合基地，基槽余土主要體現(xiàn)在建構(gòu)筑物樁基承臺(tái)、建筑物地下空間、支擋結(jié)構(gòu)、暗埋涵洞隧道及埋地管線等方面。

基槽余土沒(méi)有特定的計(jì)算方法。建構(gòu)筑物及支擋結(jié)構(gòu)的余土工程量約等于其樁基承臺(tái)及支擋結(jié)構(gòu)本體混凝土量，建筑地下室及暗埋涵洞隧道等的余土工程量約等于其本體占用地下空間的體積，埋地管線等余土工程量較小，一般適當(dāng)估算即可。

在場(chǎng)平施工時(shí)，由于房屋建筑和檢修設(shè)備工程尚在設(shè)計(jì)中，無(wú)法考慮其基槽深度和設(shè)備基礎(chǔ)的挖方量，故可參照類似工程經(jīng)驗(yàn)或者上一階段的設(shè)計(jì)資料對(duì)可能產(chǎn)生的基槽工程量預(yù)估予以考慮。針對(duì)大部分地質(zhì)條件較好的車輛段，該部分工程量不會(huì)太大。但針對(duì)處于深回填區(qū)或部分區(qū)域填方量大的車輛段設(shè)計(jì)項(xiàng)目，由于需滿足地鐵對(duì)路基沉降量控制的高要求，相應(yīng)的基礎(chǔ)工程量會(huì)增加較多，進(jìn)而導(dǎo)致基槽余土工程量增加。另外，現(xiàn)在很多車輛段由于考慮上蓋開(kāi)發(fā)，上蓋部分建筑單體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載大幅增加，建筑由鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為混凝土結(jié)構(gòu)，建筑跨距減小，無(wú)形中會(huì)再次導(dǎo)致建構(gòu)筑物基礎(chǔ)工程量（即基槽余土工程量）陡增。例如，重慶某停車場(chǎng)計(jì)算所需總填方量約為40萬(wàn)m3，基槽余土工程量達(dá)約20萬(wàn) m3，占 50%。

因此，在車輛段的土石方計(jì)算過(guò)程中需重視基槽余土V基。

1.5 松散系數(shù)的取值

由于土壤的可松性，故天然密實(shí)土挖出來(lái)后體積會(huì)擴(kuò)大，擴(kuò)大后的土體體積V2與天然密實(shí)土的體積V1的比值k1為最初松散系數(shù)；將這部分土轉(zhuǎn)到填方區(qū)壓實(shí)時(shí)，壓實(shí)后的體積也比最初天然密實(shí)土的體積要大，壓實(shí)后的體積V3與天然密實(shí)土體積V1的比值k2為最終松散系數(shù)。

松散系數(shù)的取值主要根據(jù)挖方區(qū)的地質(zhì)情況，一般憑經(jīng)驗(yàn)確定。土質(zhì)k1一般取1.1～1.3，巖質(zhì)k1一般取1.3～1.5；土質(zhì)k2一般取1.01～1.1，巖質(zhì)k2一般取1.1～1.2。

1.6 土石方平衡設(shè)計(jì)

計(jì)算土石方，不僅要算出天然挖方體積、所需的天然填方體積，還要考慮土石方量的平衡，即在同一場(chǎng)地中應(yīng)能將挖出來(lái)的土石彌補(bǔ)填方，并盡量使二者基本相當(dāng)，以節(jié)省投資，縮短施工工期。

土石方平衡的關(guān)鍵在于確定合理的場(chǎng)平設(shè)計(jì)標(biāo)高。部分車輛段場(chǎng)平標(biāo)高設(shè)計(jì)僅考慮了線路運(yùn)行條件、周邊市政設(shè)施接駁條件及最高洪水位等部分因素，卻忽略了場(chǎng)地的土石方平衡設(shè)計(jì)，未對(duì)場(chǎng)平設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行試算和調(diào)整，從而導(dǎo)致填挖方相差數(shù)十萬(wàn)m3的情況出現(xiàn)，造成施工成本和時(shí)間成本的巨大浪費(fèi)。由于場(chǎng)平設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定一般為方案設(shè)計(jì)階段內(nèi)容，對(duì)計(jì)算的精確度要求相對(duì)不高，因此方格網(wǎng)法宜作為首選。

土石方平衡并不意味著計(jì)算出來(lái)挖方體積等于填方體積即可，而應(yīng)該綜合考慮土壤松散及基槽余土等因素的影響。

根據(jù)上述分析，場(chǎng)區(qū)最終土石方挖填工程量分別為：

V挖=（V計(jì)挖-V挖表-V挖水-V挖淤）

V填=（V計(jì)填+V填表+V填水+V填淤）

當(dāng)土石方量平衡時(shí)：V挖×k2=V填-V基

需外運(yùn)清淤及清表工程量為：

V清=V挖表+V挖淤+V填表+V填淤

2 結(jié)語(yǔ)

在車輛段的設(shè)計(jì)過(guò)程中，土石方工程量巨大，費(fèi)用極高，一直是工程建設(shè)過(guò)程中各方關(guān)注的重點(diǎn)。在實(shí)際工程中，經(jīng)常遇到因土石方量計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際發(fā)生量間的誤差而產(chǎn)生的糾紛，特別在部分總承包的工程項(xiàng)目中尤為明顯。本文針對(duì)車輛段土石方計(jì)算工作在計(jì)算方法的選擇、土石比的取值、清淤清表及基槽余土工程量的確定、松散系數(shù)的選取，以及土石方平衡方面進(jìn)行了精細(xì)化土石方計(jì)算研究，以提高土石方量計(jì)算的準(zhǔn)確性。

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