生產建設項目土石方工程實證分析

王超

(江蘇仁合中惠工程咨詢有限公司 江蘇蘇州 215004)

關于水土流失的話題由來已久，隨著人類文明進程的加速、生產力的提高，全球關于水土流失的問題日趨顯現。為實現人類文明和自然的和平相處，保護和合理利用水土資源，減輕水、旱、風沙災害，保障經濟社會可持續發展，我國于1991年從法律的高度確定了水土保持的主體地位。此后的30年內，國內外眾多學者對水土流失的研究逐漸深入，對水土保持的探索也日趨廣泛。

水土流失文獻綜述：田衛堂等人[1]對我國水土流失現狀做全面分析，指出我國水土流失的嚴重性，以黃土高原地區為例對水土流失的形成、危害進行綜合分析并提出基本對策；李占斌等人[2]利用過程學理論，分析土壤侵蝕的本質，探索植被和工程措施對水土流失的調控作用；梁音等人[3]以區域為視角，從二級類型區出發通過分析南方紅壤地區水土流失情況，提出水土流失的治理對策；靳雪艷等人[4]以土壤流失測算導則為基礎對土壤流失進行應用初探，為土壤流失測算提供科學依據。

水土保持研究進展：王麗霞等人[5]主要研究生態保護紅線和水土保持區劃兩個不同區劃的關系，以此為基礎基本劃分出了我國水土保持的各個區劃；劉寶元等人[6]通過梳理前人研究成果，創造性地提出措施分類新體系，對我國水土保持研究具有重要意義；袁普金等人[7]從行政角度出發，針對水土保持技術方案提出相關審查意見。

縱觀現有文獻內容，關于水土流失和水土保持方面的理論研究較為廣泛，對于以更為具體、更為微觀的工程案例為基礎進行嚴密科學的工程計算和合理的理論探討仍然欠缺。該文以工程實際案例為基礎，從水土流失本質出發，對水土保持中出現的重點問題、難點問題進行理論化分析、系統性總結，通過工程實踐案例對水土保持方案中若干問題進行實證分析。

1 項目概況

擬建項目位于東南沿海湖泊地區，項目場地區域的地震水平、地震活動屬中等偏下，無影響場地穩定性的不良地質作用及地質災害，屬基本穩定場地；擬建工程抗震設防烈度為7 度，設計地震分組為第一組。根據大運河水文資料（黃海高程）：年平均水位0.88 m，最高年平均水位1.39 m，最低年平均水位0.40 m，歷史最高水位2.69 m，歷史最低水位0.01 m。項目所在地淺層地下水主要接受大氣降水補給，其水位隨季節、氣候變化而上下波動，屬典型蒸發入滲型動態特征。

根據《水利部辦公廳關于印發＜全國水土保持區劃（試行）＞的通知》（辦水保〔2012〕512號）文件，擬建項目一級區為南方紅壤區（南方山地丘陵區），二級區為江淮丘陵及下游平原區，三級區為太湖丘陵平原水質維護人居環境維護區。根據《土壤侵蝕分類分級標準》（SL 190—2007）規范3.2.1和4.1.1條，擬建項目土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，容許土壤流失量為500 t/（km2·a）。

2 工程總平面布置

以經批準的規劃文件和建筑設計圖紙為基礎，結合《生產建設項目水土保持技術標準》（GB 50433-2018）規范4.1.2 條、4.4.1 條、4.4.2 條等，基本確定擬建項目水土流失防治責任范圍中永久征地1.00 hm2。

為實現項目的建設，科學合理的組織工程施工，該工程新增生產區、生活區、辦公區及施工道路等臨時用地0.64 hm2。因此，該項目水土流失防治責任總范圍主要包括永久征地1.00 hm2、臨時用地0.64 hm2，共計1.64 hm2。水土流失防治責任表、工程總平面布置圖具體如表1、圖1所示。

表1 擬建項目水土流失防治責任范圍表

圖1 工程總平面布置圖

3 工程平面布置

擬建場地原有建筑物均已拆除，場地南側有一間一層磚砌臨時用房，東南角有樹林及廢棄民用水井，南側局部填埋生活垃圾，北側為河道（駁岸形式為自然駁岸），河道駁岸距地下室邊線約為15 m。場地表層局部有分布原有建筑物基礎及鏟除后的灌木根莖。

該項目建設內容主要包括主體建筑一棟（1/-1F）、附屬用房一棟（2/-1F）和一定范圍內的地下車庫。用地范圍內的道路呈環形布置，道路總長約258 m，道路寬度為4.5～6.5 m，道路出入口位于項目北側，設置1處主要出入口；結合出入口、道路、停車位設置點、面狀草本地被植物；沿道路、建筑物四周設置線狀、帶狀綠地，通過種植地方特色樹種（以灌木為主），形成當地獨特的景觀風貌。

考慮項目的實際情況，以工程設計的施工圖紙為基礎并結合施工工藝水平，該項目基坑支護擬采用SMW 工法樁+一道鋼筋混凝土支撐的支護型式；地下結構采用順做法施工；降排水方式采用坑內管井降水+坑周止水帷幕。其中，基坑止水帷幕采用三軸攪拌樁，具體參數如下：三軸攪拌樁采用Φ850，L=17.5 m，水泥摻量20%，數量為303 幅；SMW 工法樁H 型鋼采用H700×300×13×24 型鋼，長度15 m/18 m，插二跳一/密插，數量264/196根。

結合規劃、設計、施工工藝等多方面考慮，該項目工程平面布置主要包括用地紅線范圍、基坑開挖范圍、地下車庫范圍、地上建筑范圍等4 個面積范圍。各個圍合范圍的面積參數詳見表2，具體圍合范圍示意圖具體如圖2所示。

表2 工程平面范圍面積匯總表（單位：hm2)

圖2 工程平面布置圖

4 工程豎向布置

擬建建筑場地地勢開闊平坦，局部稍有起伏，場地地面一般標高2.35～5.32 m，總體較平緩。以1985國家高程為基準，通過探勘點位置平面圖并經面積加權換算，基本確定該項目場地自然地面平均高程為3.5 m。

該工程的基礎形式采用樁基礎工程，樁基礎承臺頂面相對標高為-6.85 m，承臺高為800 mm，墊層厚為150 mm，由于室內首層地坪絕對標高為3.8 m（±0.000 m），經計算確定建筑物區地下室范圍內基礎墊層底面絕對標高為-4.00 m。場地平整土方量計算中，承臺頂面相對標高為-0.60 m，承臺高1 000 mm，墊層厚為150 mm，經計算室外場地平整范圍內墊層底面絕對標高為2.05 m。建筑室內地面設計及做法參考《建筑地面設計規范》（GB 50037—2013）和擬建項目施工圖。

項目的頂板頂面相對標高為-1.80 m，頂板面厚為250 mm，結合室內地坪絕對標高可確定頂板頂面絕對標高為2.00 m。室外道路及配套設施地坪絕對標高為3.50 m，根據相關規范及施工圖紙內容可確定道路做法及施工要求，確定道路厚度為0.50 m。參考相關施工標準以及工程技術經驗，室外場地平整厚度一般取±30 cm。考慮實際施工的規模化、整體化、機械化和施工成本情況，該工程道路及配套設施區場地平整厚度取30 cm，綠化區場地平整厚度取45 cm。

根據《人民防空工程建設管理規定》（國人防辦字〔2003〕18 號）文件第47 條、《人民防空地下室設計規范》（GB 50038—2005）規范3.2.2 條及該項目的設計圖紙等確定擬建項目頂板覆土參數，其中道路及配套設施區頂板覆土厚1.00 m，綠化區頂板覆土厚1.15 m。根據《園林綠化工程施工及驗收規范》（CJJ 82-2012）規范4.1.1 及擬建項目施工圖紙確定綠化覆土參數為0.45 m。擬建工程豎向設計基本參數信息匯總情況如表3所示，工程典型剖面豎向設計結構圖如圖3所示。

表3 工程平面及豎向設計參數表

圖3 工程典型剖面豎向設計圖

5 土石方工程量計算

該文從工程學的角度出發，對擬建項目的地貌水系特征、工程總體布局、水土流失影響因素等多方面綜合考慮，在現行建筑結構設計規則及配套的施工圖紙上，結合項目施工組織設計和施工方案分別計算建筑物區、道路及配套設施區、綠化區這3個方面的土石方工程量。通過工程平面布置范圍和豎向空間參數設計，以空間立體的形式將擬建工程進行全面解剖，運用數值運算法以表格的形式將該工程土石方工程量的計算過程表現出來，為相關行業研究以及后來學者探索提供一定的參考標準。

建筑物區的土石方工程量主要包括地下室的挖方量、場地平整、肥槽（工作面）的挖填方量。其中，地下室挖方量2.325 萬m3，場地平整挖方量0.044 萬m3、填方量0.046 萬m3，肥槽（工作面）挖方量1.045 萬m3、填方量1.045萬m3。

道路及配套設施區土石方工程量主要包括地下室開挖、頂板覆土、場地平整、管線工程。其中，地下室挖方量1.615 萬m3，頂板覆土填方量0.170 萬m3，場地平整挖方量0.160 萬m3、填方量0.060 萬m3，管線工程挖方量0.150萬m3、填方量0.100萬m3。

綠化區土石方工程量主要包括地下室開挖、頂板覆土、場地平整以及綠化覆土。其中，地下室挖方量1.330 萬m3，頂板覆土填方量0.161 萬m3，場地平整挖方量0.120 萬m3、填方量0.068 萬m3，綠化覆土填方量0.131萬m3。

該文關于土石方挖填工程量的計算均以立方元理論為基準進行設計，對土石方工程實際施工的挖填工程量計算需整體考慮土石方的松實系數進行單獨換算。具體理論土石方工程量計算過程和計算結果具體如表4所示。

表4 擬建項目土石方工程量計算表

6 土石方平衡分析

土石方平衡分析是以土石方計算的理論方量為基礎，對不同狀態的土石方進行系數換算，從工程設計及施工工藝角度對形成的土石方進行方量參數平衡，實現土資源的合理開發與綜合利用。根據《水利部關于頒發＜水土保持工程概(估)算編制規定和定額＞的通知》（水總〔2003〕67號）文件中的附件《水土保持工程概算定額》附錄二-1中關于土石方松實系數的規定：以1個自然方為基準，松方系數為1.33，實方系數為0.85。

通過對類似文獻的研究，例如張捷[8]、楊建成等人[9]、廖耀元[10]、石峰等人[11]以工程實踐中的案例為基礎對土石方工程進行量化分析等文獻，該文提出土石方平衡分析中的土石方總量守恒原則，具體如下：第一，調入及調出總量守恒；第二，挖借方與填棄方總量守恒。

考慮計算口徑的因素并結合工程實際情況，該文將土石方計算的理論方量均換算為松方量。土石方在平衡時，除管線工程和綠化覆土的填方量根據工程實際需要按照松方計算外，其他填方量均以實方考慮。

為充分利用開挖的土石方，減少土石方外運帶來的水土流失，經地質勘察和工程施工復核，該項目開挖的土石方最大限度用于內部回填消化，實現土資源的綜合利用。由于綠化覆土的特殊需要，該工程擬采用商購方式獲取。該項目不涉及取土場，項目施工所產生的棄方量均外運至項目西側閑置農田進行回填利用，因此不涉及棄土場。根據調查，建設單位拿地前，當地政府已進行整平，項目占地范圍內表層土灰黃色、松散，以黏性土為主，含建筑垃圾及碎磚等，無可剝離的表土，因此該項目不考慮表土剝離與回覆平衡。

項目土石方平衡分析情況及工程土石方流向情況如表5、圖4所示。

圖4 擬建項目工程土石方流向框圖(單位：萬m3)

表5 擬建項目土石方平衡分析表（單位：萬m3)

7 理論探討及建議

基于現行法規政策及規范標準的框架體系，全面梳理本行業眾多學者已經形成的研究方式、研究程序及研究結論，以實際工程為案例，對水土保持中若干重點問題進行全方位深入剖析。針對上文分析的實際情況，現總結性地提出以下若干結論及相關建議。

（1）對土石方工程平衡問題的實證研究，不僅對土石方工程平衡體系有更全面的認識，同時可以更微觀地探索土石方在建設中的系數關系。基于該項目的研究結論來看，實際方量和理論方量比值為：挖填總量系數1.364、挖方系數1.330、填方系數1.492。

考慮工程設計及施工的實際情況，挖方工程以自然方全部轉換為松方，因此挖方理論系數為1.330；填方工程車主要存在兩種形態：一是全部由松方（系數1.330）回填壓實（系數0.85）；二是全部由松方（系數1.330）進行回填為自然方（系數1.000），因此，填方系數區間為[1.330，1.565]；挖填方總量等于挖方量與填方量總和，因此，挖填方總量系數應在挖方量和填方量系數之間進行權重分配。因此，挖填方總量系數區間為[1.330，1.565]。詳細土石方工程量平衡分析系數具體如表6所示。

表6 土石方工程量平衡分析系數表

（2）水土保持的本質源歸于對水土流失的預防和治理。水土流失主要包括水損失和土流失兩個方面。根據《水土保持術語》（GB/T 20465—2006）規范2.1.2規定，水的損失是指大于土壤入滲強度的雨水或融雪水因重力作用而沿坡面流失的現象。簡單概括為，因重力的存在使得土壤無法保留入滲強度之外的水資源，導致水資源的流失。土資源的流失是由于外力（包括水力、風力、重力、凍融等）或人力的作用導致土壤的流失破壞。

綜上分析，水資源的損失和土資源的流失的重點仍然是生產建設項目在建設、生產期間對土結構的破壞。因此，準確合理計算土壤的工程量，以及土壤的合理利用（即土石方平衡分析）是水土保持重點關注的問題。考慮不同項目（如點狀、面狀、線狀）的特征，不同設計風格、不同施工工藝以及不同的組織管理模式使得土結構的破壞多種多樣，因此有針對性地探索這方面的問題，可以有效地控制水土流失，實現水土保持目標。

（3）由于水土流失存在的客觀性，水土保持的相關措施顯然尤為重要。如何更為高效簡捷、科學合理地實現水土保持措施系統化、理論化地運用于生產建設項目，是今后學術探索和工程實踐的重點。