土石方平衡利用與經濟分析

摘要：水利水電、火力發電、大型場平工程土石方開挖和填筑工程量一般較大，土石方挖填往往在整個項目區都要進行，做好合理可行的土石方平衡，使工程中開挖的土石方得到最大限度的利用，不僅可降低工程造價，同時實現降低能耗，節約土地資源的目的。本文參照貴州省盤南電廠水庫工程和湖北三新硅業園場平工程案例，從土石方開挖和填筑時間和空間平衡利用的角度進行經濟性分析與探討.

關鍵詞：場平工程；土石方平衡與綜合利用；經濟分析

1. 概述

水利水電工程一般涉及大方量土石方開挖與回填施工；工業園區、火力發電工程等建設項目前期一般先進行廠區用地范圍內場地平整和道路的施工，在相對平整和交通便利的條件下完成后續項目的實施，這一階段如何做到土石方平衡綜合利用尤為重要。所謂的土石方平衡，總含義可以解釋為場區內的土石方開挖總方量（VW）與總填筑壓實方量（VT）大致相等，即VW≈VT，進一步劃分為地域上（或空間）的平衡與時間上平衡，地域上（或空間）的平衡就是按照項目實施總體規劃分階段或分區域實施情況下局部的開挖方量與填筑壓實方量的大致相等，時間上平衡是與實施進度計劃有關的概念，即要求不同施工期間的土石方平衡。 項目前期場平土石方平衡綜合利用，不單單是減少工程建設成本，節約項目投資的途徑，更重要是通過平衡綜合利用實現珍惜土地資源的目的。本文理論結合實際對這一課題進行簡介與探討。

2.設計階段的土石方平衡與綜合利用

設計階段的土石方平衡與綜合利用主要工作是挖方量與填筑量上的平衡試算和開挖料可以用于做什么的規范性規劃，屬于上述中空間平衡范疇，這一階段合理確定場區規劃標高事關重要，當然廠區最終標高受項目建設目的、原始地形地貌、自然條件、工藝布置等諸多因素的限制，對于大規模廠區的設計標高不一定要選擇一個平面高程，可以分區域分功能具體規劃設計多個高程。局部建基面標高一般根據附近建筑物基礎形式或需要進行基礎開挖方量的多少，預留設計標高（就是比建基面多開挖或少回填），以便于基礎開挖時采取溝邊堆土措施，減少基礎開挖時的土方運輸距離。開挖料的利用，結合開挖料的巖土特性確定，項目設計時就應充分考慮開挖料的用途或提出利用時應達到的相關指標。理想的土石方平衡規劃就是經過多次試算確定場區的平面標高，使場區內開挖方量全部利用，基本無棄料，不需外運和運進土方，運輸距離經濟合理，且在滿足土石方基本平衡的情況下場區開挖方總放量應為最小值。

在進行土石方平衡試算時，除了考慮場地平整的填、挖土石方量外，還要考慮地下室、建筑物及構筑物的基礎，地下工程管線等土石方量，以及廠區內清除不合格填料和地表清理的方量。同時還要考慮填方的壓實系數的因素。土石方工程量的計算方法有很多種，現階段由于計算機軟件發展，多數采用計算機完成，比如常用的如KAS（卡斯）軟件計算工程量，其計算原理與傳統斷面圖計算方法類似，也是取平均值的方式進行的模擬計算，只是比傳統計算方法精度更高或更接近實際。無論是哪種計算方法首先必須完成待實施區域范圍的原始地形地貌的測量，形成原始地形圖（即繪有等高線和標注物的總平面圖），然后與設定的場平標高方案形成的平面圖進行對比計算，通過調整場平標高方案多次試算對比，使形成的挖方量與填方量基本平衡，試算出的最佳設計平面標高或多個不同設計標高組合平面，應該同時滿足挖填土方量平衡和挖方量最小的兩原則。

至于開挖自然方與回填壓實方之間的壓實系數問題應通過土工試驗確定，并考慮回填區域最大承載力的需要，通常先進行最大擊實度試驗確定填料的最大壓實干密度（ρmax），然后根據填料的最大承載力要求結合巖土特性論證設計相對壓實度（Kx），在含水率不需要修正的情況下不難得到：

Kx×ρmax×VT=ρ自然×VW

即：

式中：Kx---------------相對壓實度

ρmax -------------最大壓實干密度

ρ自然-------------自然土體干密度

Vw--------------設計土石方總開挖方量

VT -------------設計總填筑壓實方量

在平衡試算時廠區內清除不合格填料和地表清理的方量，在填筑區域發生應直接計入總填筑量，在開挖區發生的不計入開挖量，清除的不合格填料和地表清理物多用于廠區綠化用料，多余的作為棄料處理。這一階段最終形成《土石方平衡與綜合利用表》，作為工程預算、招標和指導施工的依據。

3.施工階段土石方平衡與綜合利用

施工階段土石方平衡與綜合利用是項目具體實施過程中的主要工作內容，這一階段雖然場平的標高和開挖料的用途已經基本確定，但是此時的土石方平衡與綜合利用卻涉及空間平衡規劃與時間平衡規劃兩方面內容，施工階段土石方空間平衡規劃可以理解為局部區域之間的挖填量的大致相等，施工階段土石方時間平衡規劃是與施工進度計劃有關的概念，就是按照施工進度計劃各個施工階段內的挖填量的大致相等。施工階段制定詳細合理的施工組織設計十分重要，制定詳盡合理的土石方施工施工組織設計不單是施工質量的保證，也可達到節約施工成本的目的，必須統籌安排什么時間挖哪個區域，這個區域的挖方用于填筑哪個區域，累計運輸距離如何能夠最節約。此外，其它條件類似的情況下，按照詳細合理的施工組織設計編制的造價文件才是最有競爭力的投標報價。

在進行施工階段土石方平衡與綜合利用規劃或實施計劃前，具體的施工單位首先應進行場區原始地形地貌的測量復核工作，這個測量應從在便于施工角度進行，測量布點密度一般比勘察設計單位進行的測量更詳細，至少要滿足布置施工臨時道路和進行施工分區的需要。正式動土開挖前應進行現場碾壓試驗，以確定在滿足設計相對壓實度的情況下的碾壓分層厚度、最優含水率、碾壓遍數等過程控制壓實參數指標。

4.土石方平衡與綜合利用經濟分析

土石方平衡與綜合利用主要在項目的規劃設計和施工兩個階段實現，從經濟角度這兩個階段在資源充分利用、減少能耗、降低投資方造價和施工方成本有著不同的作用。

首先，通過規劃設計實現的土石方平衡與綜合利用，基本實現場區內挖方量與填筑量大致平衡，使場區內開挖方量充分利用，基本無棄料，不需外運和運進土方，運輸距離經濟合理，開挖量相對較小，避免成距離運輸成本，不需要棄料場占地和棄料場維護費用，可直接降低投資方的工程造價。

其次，通過施工階段的土石方平衡與綜合利用，實現廠區內各施工單元之間的土石方空間平衡與時間平衡，縮短累計運輸距離，避免交叉和重復用工，減少能耗，直接降低施工成本。這一過程的成本降低往往是隱含的，這個隱含效益要比盲目的加快施工進度的成本節約效果更明顯。當然，從施工組織設計影響工程造價或投標報價的角度分析，合理的土石方平衡規劃也是投資方節約投資的必要途徑。

再次，如果需要借助臨近項目實現土石方平衡與綜合利用，也是節約成本的途徑，按照土石方施工一般工序：挖、裝、運、平、壓等，至少節約挖、裝工序的能耗和成本，同樣也能起到節約土地資源的作用。

5.結論

場地平整土石方平衡與綜合利用已經不是什么新話題，土石方平衡與綜合利用的好與壞，不僅關系到項目的各方的經濟利益，影響到能耗和土地資源充分利用方面的問題，本文所指的“土地資源”包含用地面積和水土失兩方面的含義。

參考文獻

【1】《施工組織設計規范》