填海開發項目土方計算與平衡

王衛東，于冉冉，吳紅營

(青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東青島 266555)

填海開發項目土方計算與平衡

王衛東，于冉冉，吳紅營

(青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東青島 266555)

研究了填海人工島開發中的土方計算、平衡原則、技術路線、方法及不確定因素，通過實際項目進行實踐，使得項目的土方調運、地基處理和地塊規劃建設有機結合，提高了土方平衡項目的成本控制、工程管理、分時開發的效率，為建設方提供了有力的決策依據。

填海;人工島;土方計算;平衡

0 引言

填海開發是應對沿海用地緊張或者因需配合規劃等原因而需要將海岸線向前推，用人工建設的方式擴充土地面積［1］。填海開發工程“三通一平”要求中最重要的是“一平”，牽扯到土方總量計算、平衡高程計算、土方調配方案。三個關鍵因素關系著整個工程的工期、成本以及項目的成功度。

青島西海岸名人島位于青島西海岸經濟新區中央商務區南部，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，避免建筑單體建設過程中內部多次倒運，建設方確定進行土方平衡相關研究和設計。

工程自2013年7月啟動，2014年12月基本填筑完成，土方的計算和平衡對填海工程土方控制發揮了重要作用。通過Google earth歷史時間功能，記錄2012年10月、2013年8月、2014年2月、2014年6月不同時間點填海影像，還原填筑過程，見圖1。

1 土方平衡和調配原則、技術路線

(1)土方平衡和調配原則

采用多種方法計算，反復校核，提升精度，減少誤差;科學、合理安排土方調運，力求土方調運距離、次數、數量最小［2］;土方調配不僅要契合空間調配要求，同時要滿足時間調配要求(開發時序);分區調配應與全場調配相協調，避免只顧局部平衡，任意挖填而妨害全局平衡。

(2)土方平衡和調配技術路線

土方填挖平衡是指目標平面以下地下空間開挖出土石方量與目標平面以上至規劃標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，后續建設填海區各板塊間土方借方和棄方均為零，以此確定的目標面即為填海平衡面。

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量，須進行整體平衡，同時對各業態、各地塊進行分地塊平衡，以明確不同業態、地塊填筑高程、填筑土方量，以及各業態和地塊之間土方調配量。

分板塊(地塊)平衡:將整體分為若干個板塊(地塊)，分別平衡，獲取每個板塊(地塊)平衡面、后期建設不再考慮板塊間的土方調配。減少土方二次調配距離和數量，節約后期建設投資。

2 土方計算方法

常用的計算方法主要有等高線法、斷面法、方格網法、DTM模型法4種。

(1)等高線法(見圖3)

圖3 等高線法示意圖(單位:m)

當地面起伏較大、坡度變化較多時，可采用等高線法估算土石方量，在地形圖精度較高時更為合適。平原地區一般不采用該方法。

實際操作中有切片法和環柱法兩種。

切片法:第i分層的體積為

環柱法:第i分環的體積為

(2)斷面法(見圖4)

圖4 斷面法示意圖(單位:m)

按照等距分段，每段分別計算填挖方面積，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算。

(3)方格網法

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

建立地形的坐標方格網，方格網的一邊與地形等高線或場地坐標網平行，大小根據地形變化的復雜程序和設計要求的精度確定，邊長一般常采用10 m×10 m或20 m×20 m(地形平坦、機械化施工時也可采用50 m×50 m)。求出方格各個角點的自然標高、設計標高。

(4)DTM數字地形模型法［3］

根據實地測定的地面點坐標(X，Y，Z)和設計高程，通過生成三角網來計算每一個三棱錐的填挖方量，最后累計得到指定范圍內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、飛時達、湘源豎向等，該項目采用飛時達土方計算軟件進行計算。

3 填海土方量及平衡標高的計算

根據已有設計輸入條件，結合工程實際，此次主要采用等高線法結合EXCEL人工計算，同時采用DTM模型法進行校核。

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

式中:hn為地塊n的填海高程理論值;為地塊n的平均設計高程;Vn為地塊n的地下空間體積;An為地塊n的面積;n為第n個地塊，n=1，2，3……n。

(2)DTM法數字化模型計算:建立模型借助土方設計軟件進行計算。

a. 設計范圍:場地紅線內范圍，各地塊分別計算;

b. 采用10 m×10 m的方格網劃分區域;

c. 采集設計等高線離散數據、規劃道路交點數據，場地邊緣高程采用堤壩頂部設計高程。

(3)對兩種土方計算結果進行誤差分析，確保誤差在1/100以內，完成計算。

(4)填海總高程=規劃地坪平均高程-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配

填海平衡高程、土方量計算和土方平衡結果取決于土體的諸多不確定因素(綠化種植土、路面結構、地基處理沉降、工后沉降、松散系數、土體損耗、土壤類型、控制高程點等)［4］。

(1)種植土

種植土是影響土方量的因素之一，通過查閱相關資料，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，本次設計按照種植土80 cm厚度考慮。綠化率根據青島西海岸名人島分地塊控制性指標中各地塊綠化率及面積，采用加權平均法可得場區整體減少厚度為0.22 m。

(2)道路路面結構

考慮到道路施工需挖路槽，將減少部分土方量，計算土方量按照常規確定路面結構厚0.6 m。

(3)地基處理沉降

以開山石和雜填土為填料的場地建議采用強夯法進行地基處理［5］，以減小瞬時沉降。根據筆者在青島高新區、開發區對軟土地基處理經驗，5～12 m深淤泥，采用真空預壓處理，過程沉降在70～80 cm，但江浙等地相關經驗報告分析，類似深度可以達到1.7～2 m。此次結合現場試樁夯沉量，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

主要包括地下室開挖倒運損失、水沖風吹流失等。初步按照倒運土體積的2%考慮，增加高度5 cm。

填海范圍內不同地塊土方的調配是土方成本控制的重要內容。不同地塊間各自平衡量與總平衡量的差即為內部調配量，遵從就近調配原則進行調配。

5 結語

通過對青島西海岸名人島計算和平衡，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劃取土場和土方成本，同時獲取的分地塊填海高程為不同地塊調配提供了工程量，達到了預期目標。

實際土方平衡過程相當復雜和繁瑣，共計算和編制報告三十多輪，逐步指導和規劃填海項目的進行，確保取土場、資金、工期、運輸車輛、人員的合理規模和合理范圍。本文對一般填海開發項目土方平衡的技術路線、計算方法、土方調配方法進行總結和應用，積累了一定的土方填筑控制經驗，在成本控制、工程管理、分時開發等方面取得了較好的效果。

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

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

［3］ 謝宗繁，王文貫. DTM模型法在土石方計算中的應用［J］.水利規劃與設計，2010(4) :34-35，68.

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

［5］ 廖陳林，陳陽亭，鄭慧振.強夯法在圍海造地地基加固中的應用［J］.港工技術， 2010， 47(3):47-49.

TU751

B

1009-7716(2015)04-0192-03

2014-12-10

王衛東(1979-)，男，陜西合陽人，工學碩士，工程師，主要從事市政路橋設計工作。