變電工程基槽余土及土方平衡計算探討

常 偉，王偉軍，梁 偉，張玉明

（中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，陜西 西安710075）

引言

土石方工程是工程建設的重要組成部分[1]，隨著環保要求的日益提高，棄土或者外購土石方將變得越來越困難，余缺土石方處理是否合理、得當，直接影響整個工程的順利驗收[2]。合理的確定場地設計標高是變電工程建構筑物基礎施工的前提條件。場地設計標高等于場地初平標高與基槽余土回填高度之和[3]。變電工程場地平整施工完成后，基槽余土的回填高度決定了場地終平設計標高，也決定了站區土石方能否平衡，為盡量做到土石方平衡，基槽余土計算的準確性尤為重要?；塾嗤恋挠嬎阋殉蔀橥潦狡胶庥嬎愕年P鍵環節[4]。

變電工程建構筑物基槽數量多、種類復雜，國內學者對土方平衡計算方法及誤差分析開展了一定的研究[5-8]，針對基槽余土計算的研究相對較少，而實際工程設計中，設計人員常通過估算或經驗法確定基槽余土工程量。由于變電工程的地質條件的復雜性和建設規模的不同，估算法和經驗法往往誤差較大，導致土方平衡計算誤差。因此，有必要對基槽余土的計算進行認真的梳理分析和總結。

本文結合工程實例，總結了基槽余土計算內容、統一了基槽余土計算原則，分析了土方平衡計算的誤差原因，并提出了減小誤差的措施。為后續變電工程基槽余土及土方平衡計算提供參考。

1 基槽余土計算

變電工程基槽余土計算一般涉及變電總圖、結構、水工、建筑等相關專業。

1.1 基準面的選取

為方便計算及統一原則，基槽余土計算的基準面建議以場地終平標高為準。如圖1 所示。場地終平標高比較明確，方便設計及施工單位計算。

圖1 基槽余土計算示意

根據圖1 所示，基槽余土工程量為：V1+V2。基坑回填量為V2+V3。根據理論計算結果：

基準面以上部位不計列在基槽余土范圍內。如圖2所示。實際工程中，基準面以上部位很容易被計列基槽余土工程量，影響土方平衡計算。

圖2 基槽余土計算示意圖

如圖2 所示，終平標高以上部分的電纜溝道、設備基礎、柱及保護帽等不應計列基槽余土工程量。

1.2 基槽余土計算內容

變電工程建構筑物基礎的基槽余土計算內容大致分為以下幾個部分：（1）建筑物基礎；（2）構筑物基礎；（3）工藝設備基礎；（4）場地封閉；（5）站外部分。

（1）建筑物基礎基槽余土。建筑物基礎的基槽余土主要包括墊層，基礎，基準面以下柱（梁）、地下設施（屏柜基礎、溝道）、室內設備基礎、地面、預埋管、室外散水，換填工程量等。（2）構筑物基礎基槽余土。構筑物基礎的基槽余土主要包括圍墻、防火墻基礎及墊層；水池、事故油池等箱型基礎及墊層；道路及電纜溝、邊坡及擋墻、雨水井、檢查井、閥門井等體積、圍欄基礎及墊層、地下管線、換填工程量等。（3）工藝設備基礎基槽余土。工藝設備基礎基槽余土主要包括：構支架基礎及墊層；GIS、HGIS 設備基礎及墊層；變壓器、電抗器、電容器基礎及墊層、換填工程量等。（4）場地封閉。場地封閉基槽余土主要包括：站區場地（含圍欄內）封閉的面層、基層及墊層。（5）站外部分。站外部分的基槽余土主要包括：進站道路、站外管線（引水管線）、站外蒸發池、臨建區域表層根植土、植被恢復等。

1.3 基槽余土計算誤差分析

（1）基準面選取不統一造成計算誤差。以初平標高作為基準面計算基槽余土、以建筑物室內地坪為基準面計算基槽余土、以外露地面的設備基礎頂部作為基準面計算基槽余土等都將導致基槽余土計算不準確。（2）工藝資料滯后導致的計算誤差?；塾嗤劣嬎銜r，工程往往剛開工，受設備工藝資料相對滯后等原因，建構筑物的基礎大小、埋深等無法最終確定，基槽余土計算往往需要根據以往工程經驗進行估算，從而產生計算誤差。（3）場地坡度導致計算誤差。場地坡度較大時，場地封閉、電纜溝道等基槽余土工程量未考慮場地坡度的影響。（4）地基處理方案改變導致的計算誤差。建構筑物基坑開挖過程中，根據實際土層開挖情況，難免出現超挖換填，從而導致基槽余土理論計算與實際不一致。（5）換填材料改變導致的計算誤差。施工圖前確定的換填方案，在施工工程中，因采購困難、施工等因素導致換填材料發生變化，砂不同換填材料的換填要求不一致，換填工程量差異較大，導致基槽余土計算產生誤差。

1.4 減少基槽余土計算誤差的措施

（1）基槽余土計算階段，設備工藝專業應最大限度的配合土建專業完成提資，力求基槽余土計算的準確性。（2）基準面選取應統一，這是基槽余土計算最基本的前提條件。（3）場地坡度較大時，場地封閉、電纜溝道等基槽余土工程量應考慮場地坡度的影響。（4）條件允許的情況下，施工圖正式提供現場前，應復核基槽余土工程量。（5）嚴格執行初步設計階段已確定的地基換填處理方案。即便相同的換填位置，因換填材料（灰土、砂礫石、毛石、素混凝土等）不同，因換填范圍不同，基槽余土計算工程量的差異也不同。同時，在施工圖設計中應嚴格控制換填工程量。施工圖應明確換填厚度及換填范圍。（6）加強基槽余土計算校審制度。設計應建立健全基槽余土工程量計算校-審-批制度，避免出現漏項、重復計列、原則不統一、方法不恰當、數據不準確等導致基槽余土的計算誤差。

2 土石方平衡計算

土石方的計算不僅涉及天然的挖、填方體積，還需要考慮土壤挖、填時的松散量以及基槽余土計算等。土石方平衡并不意味著計算出來挖方體積等于填方體積即可，而應該綜合考慮土壤松散及基槽余土等因素的影響。

2.1 設計標高確定原則

土石方平衡的關鍵在于確定合理的場平設計標高。設計標高：原則上應不外棄、不外購。但也要講究實事求是，工程設計之初不能勉強，工程實施過程不能硬湊。確實無法平衡的應盡量往棄土方向考慮，盡量不產生購土。

（1）對于新疆、青海等西北鹽漬土地區，土層中一般均含有膠結鹽漬塊（以具體工程巖土地質為準），此部分膠結塊因破碎困難，工程實施過程中一般均按照棄土考慮。此類站址，在工程可研～初設階段，可提前考慮棄土方案。（2）對于膨脹土地基，應提前考慮換土及膨脹土外棄方案；對于巖石類地基，應提前考慮基巖破碎或外棄方案；對于淤泥質土，應提前考慮淤泥的外棄方案。

2.2 土石方工程量計算

土石方計算的方法有很多，例如方格網法、等高線法、斷面法、散點法等[9]，變電工程實際中一般多采用方格網法計算土石方工程量，將站區紅線范圍內用地根據工藝需求標高劃分為不同區塊，將每個區塊再劃分為多個邊長為a 的小方格。最后通過計算軟件測算出每個方格點的施工高度，第k 個方格內的挖填方量計算公式為：

式中：Vk-第k 個方格內挖填土石方量；a-方格邊長，通常取10～20m；h1、h2、h3、h4-方格各角點的挖填高度。

第k 個方格內區域土方計算簡圖如圖3 所示：

圖3 方格網法土方計算示意圖

2.3 土石方計算誤差分析

（1）地形圖測量誤差。測量誤差主要受測量儀器的準確度、觀測者的技術水平以及溫度、濕度、風力等外界條件的影響。這些影響因素可能導致測量地形圖與實際地形存在誤差。（2）土石方計算方法誤差。方格網計算公式將四角高度不一致的不規則幾何體簡化為四角高度一致的長方體來計算其體積，忽略方格區內地形的起伏變化，這樣的計算結果存在一定誤差。如圖4 所示。另外，方格網計算時，方格間距大小也影響計算精度，方格間距越小，精度越高?？紤]到地形圖比例等因素，方格網間距一般取10～20m。（3）建構筑物基槽余土的計算誤差。變電工程建構筑物基礎基槽余土計算時，除場地封閉、道路結構層等可以相對準確的計算外，涉及工藝專業的建筑物基礎、設備基礎、地下管線等以及詳細的地基處理方案通常均難以精確提供，僅靠設計人員的經驗數據估算。（4）土壤松散系數誤差。土壤經過挖掘后，原土體組織破壞，體積就會增加，因此，挖填平衡計算時必須考慮土壤松散系數的影響。變電工程建構筑物基礎基槽余土有的位于原始挖方區，有的位于初平后的填方區，土質類型不同，土壤松散系數隨土壤類別而不同，另外，每一類土的松散系數本身就是一個范圍值，設計人員應用時都是根據自己的經驗進行取值，導致土石方量計算誤差。（5）清表、清淤的計算誤差。變電工程場平施工前，植被、草皮、雜填土、耕植土、腐殖土、淤泥等應清除干凈。由于清表、清淤的土方均需外運，故有必要精確計算該部分工程量。清表工程量一般按照經驗將整個站區取一定厚度予以估算，清表土一般不作為回填土，若是對清表土進行過篩處理后則可利用，清表土的可利用率具體是多少不易確定。（6）基坑回填未按照規范要求分層夯實。根據現行國家標準，填方工程均要求分層碾壓密實，密實度達到0.94 以上。但現場施工過程中，往往很難嚴格執行該要求。（7）基坑回填粒徑不滿足要求。對于基坑開挖遇到堅硬基巖的工程，通常需先采用爆破施工，再對大粒徑的塊石進行二次破碎后方可回填，工程實施工程中，未按照相關要求進行二次破碎回填的大塊石會形成底部空隙，導致密實度達不到要求，還會導致后期場地發生不均勻沉降。（8）就地取材。對于土層較好（土、石可兼做建筑材料）的站址，工程實際實施過程中，可能出現就地取材現象。挖出來的土石被用作建筑材料，后期回填時造成土方不夠的現象。

圖4 土方計算公式誤差圖

2.4 減少土石方計算誤差的措施

雖然土石方工程有誤差，難以真正平衡，但也應力求做到誤差最小，盡量消除土石方不平衡導致的余缺土量。

（1）土方平衡初平標高容易控制，甚至可以根據實際進行調整，終平標高的確定主要取決于基槽余土工程量。因此，應加強基槽余土計算的準確性。

表1 不同土質松散系數取值

（3）清表土不一定全部外運，過篩后有部分土可用于回填，適當控制清表再利用的比例，即可減少外運量又可有效利用土方。

（4）作為設計單位，可在工程開工伊始，提醒業主及監理單位做好現場土方倒運集中管理工作，盡力避免后續土方扯皮事件。

（5）強夯地基處理后，理論上強夯會使得強夯區域會沉降一定深度，但根據多個工程實際經驗表明，由于強夯后基礎開挖又將該部分夯壓密實的土方挖松，待基礎施工完畢后，由于受基礎等構筑物的限制，大型機具很難完全碾壓到位，存在碾壓盲點，回填土的密實度不可能達到強夯時的效果，所以，強夯地基處理時夯沉量遠沒有理論計算的多。

（6）施工過程中，監理單位應督促施工單位嚴格按照相關規程規范要求進行基坑回填，嚴格控制回填土粒徑及壓實密實度。

3 結論

在實際工程中，經常遇到因土石方量計算值與現場實際發生量間的誤差而產生的糾紛?；塾嗤凉こ塘考巴练狡胶庥嬎銜r，不能局限于圖面計算，而應把影響基槽余土計算和土方平衡計算的各種因素綜合考慮全面一些，才能使得計算工程量與實際施工基本吻合，將誤差降到最小。

本文結合工程實例，總結了基槽余土計算內容、統一了基槽余土計算原則，分析了土方平衡計算的誤差原因，并提出了減小誤差的措施，為后續變電工程基槽余土及土方平衡計算提供參考。