核電廠土石方平衡影響因素分析

王威 謝偉

摘要：核電項(xiàng)目土石方工程量較大，土石方費(fèi)用較高，因此土石方平衡計(jì)算應(yīng)作為核電廠總體規(guī)劃的一項(xiàng)重要工作。本文主要從理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)施工控制的角度出發(fā)對(duì)土石方平衡計(jì)算的影響因素進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)例提出核電廠土石方動(dòng)態(tài)平衡時(shí)應(yīng)注意的關(guān)鍵問題。

關(guān)鍵詞：核電廠;土石方平衡

1引言

核電工程項(xiàng)目場(chǎng)地平整工作（粗平）中產(chǎn)生的土石方工程量較大（以千萬方計(jì)），土石方計(jì)算的精確度對(duì)工程投資控制、項(xiàng)目施工進(jìn)度等都有著較大的影響，因此如何提供較為準(zhǔn)確的土石方工程量、如何制定合理的土石方遷移分配方案以及如何通過土石方動(dòng)態(tài)平衡使現(xiàn)場(chǎng)土石方施工與其他設(shè)施的施工進(jìn)度相匹配、如何避免土石方二次倒運(yùn)等都對(duì)總承包模式下的核電項(xiàng)目有著十分重要的經(jīng)濟(jì)影響。

2 土石方量計(jì)算結(jié)果影響因素分析

核電項(xiàng)目影響土石方工程量計(jì)算精度的因素主要可以有以下幾類：

（1）計(jì)算輸入條件

地形測(cè)量圖作為土石方工程量計(jì)算的輸入，其正確與否對(duì)與計(jì)算結(jié)果有直接影響作用。例如某核電項(xiàng)目，由于廠址區(qū)域內(nèi)植被較為稠密，在地形測(cè)量時(shí)地形圖中所標(biāo)示的地形標(biāo)高與實(shí)際地形標(biāo)高產(chǎn)生了較大誤差，對(duì)后續(xù)土石方的計(jì)算帶來了較大影響。因此一般情況下，如廠址區(qū)域植被較多，建議清表后再進(jìn)行地形測(cè)量工作，以便得出較為準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)值。

強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化基巖等高線的誤差也是影響土石方計(jì)算精確度的重要影響因素之一。由于廠址原始地形一般起伏較大，可研階段鉆孔又相對(duì)稀少（一般1個(gè)鉆孔需控制100～150m范圍的地質(zhì)條件），因此容易產(chǎn)生廠址基巖等高線圖誤差偏大的問題，有時(shí)局部范圍還可能出現(xiàn)基巖等高線高出地表的錯(cuò)誤情況。

針對(duì)此問題，建議設(shè)計(jì)人員在工作開始時(shí)結(jié)合地形測(cè)量圖對(duì)基巖等高線圖進(jìn)行全面的核查，發(fā)現(xiàn)問題后請(qǐng)相關(guān)專業(yè)充分利用綜合工程地質(zhì)測(cè)繪成果對(duì)圖件進(jìn)行修正，務(wù)必在計(jì)算土石方工程量時(shí)采用相對(duì)準(zhǔn)確的基巖等高線資料。

（2）設(shè)計(jì)因素

主要包括計(jì)算模型或計(jì)算方法的選擇，土石比、松散系數(shù)的確定等。

a. 核電項(xiàng)目土石方計(jì)算一般采用方格網(wǎng)法和斷面法等。根據(jù)相關(guān)研究成果，在地形平坦地區(qū)，方格網(wǎng)法優(yōu)于斷面法，其計(jì)算的誤差完全可以忽略不計(jì);目前引入三維設(shè)計(jì)軟件（例如CIVIL 3D）后，計(jì)算精度已得到進(jìn)一步的提高。

b. 土石比是影響土石方量計(jì)算的一個(gè)重要因素，目前計(jì)算土石比主要是根據(jù)可研階段鉆孔柱狀圖結(jié)合基巖等高線圖測(cè)算，當(dāng)?shù)貙臃植疾痪鶆驎r(shí)，基巖等高線圖誤差會(huì)比較大，土石比計(jì)算結(jié)果也會(huì)有一定的誤差。為提高土石比的準(zhǔn)確性，可根據(jù)基巖等高線結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)開挖情況、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)局部開挖范圍內(nèi)的巖性、風(fēng)化情況等因素適時(shí)調(diào)整，以便得出較為可靠的數(shù)據(jù)。

根據(jù)某核電工程土石方爆破合同費(fèi)用，爆破一立方石料價(jià)格為1.52元，而爆破一立方土的價(jià)格為0.18元，前者價(jià)格約為后者的8.4倍，因此土石比估算精確度對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土石方費(fèi)用有一定影響。

c. 松散系數(shù)是影響土石方量計(jì)算的又一重要因素。土石方量計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)人員主要根據(jù)廠址區(qū)域內(nèi)巖土特性結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)判定松散系數(shù)的大小，但是在實(shí)際工程中，由于施工爆破控制等原因，會(huì)造成石方粒徑過大過小的情況，這也是設(shè)計(jì)取值與實(shí)際松散系數(shù)不匹配的重要原因。

d. 成料率也是影響土石方平衡計(jì)算的一個(gè)因素：核電項(xiàng)目中取/排水明堤工程量較大，需要一定規(guī)格的石料進(jìn)行回填（爆破渣料無法作為回填材料）。因此在土石方進(jìn)算中需要考慮土石方的成料率的影響（一般在50%左右，具體工程需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巖土條件確定）。

（3）場(chǎng)地因素

主要指陸域內(nèi)河塘等區(qū)域或海域回填場(chǎng)地的沉降因素。為滿足填挖平衡的需求，核電項(xiàng)目往往會(huì)有較大面積的陸域回填和海域填海造地，這些區(qū)域回填后或多或少會(huì)產(chǎn)生一定量的沉降，當(dāng)場(chǎng)地回填面積較大時(shí)，這部分沉降量就會(huì)對(duì)土石方平衡的帶來影響。

（4）現(xiàn)場(chǎng)施工因素

a. 爆破控制

核電項(xiàng)目土石方正挖過程中需對(duì)爆破進(jìn)行嚴(yán)格控制，特別是對(duì)巖性較好的中風(fēng)化及微風(fēng)化石料。如爆破控制不當(dāng)則會(huì)產(chǎn)生較多的廢棄石渣，有可能還會(huì)帶來額外的棄土量的風(fēng)險(xiǎn)。

b. 場(chǎng)地回填

在建、構(gòu)筑物擬建位置處的場(chǎng)地回填過程中，設(shè)計(jì)單位會(huì)對(duì)回填技術(shù)參數(shù)如回填材料、地基承載力要求、壓實(shí)系數(shù)、孔隙率等進(jìn)行一定的要求，如前期海域回填時(shí)無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則會(huì)對(duì)土石方回填量的控制帶來一定影響。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，回填區(qū)域沉降一般會(huì)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，如回填場(chǎng)地對(duì)室外標(biāo)高控制有較高要求，則需在土石方平衡過程中對(duì)沉降所引起的補(bǔ)充回填量進(jìn)行合理的估算。

3核電廠土石方平衡考慮因素分析

3.1 土石方平衡的主要原則

（1）料盡其用

核電廠土石方主要用途主要分為以下幾類：

A. 較好的石料：這部分石料主要用于海工取、排水明堤、混凝土骨料以及電廠保護(hù)區(qū)室外鋪砌碎石等。

B. 一般石料及渣土：這部分石料主要用于場(chǎng)地回填材料或場(chǎng)地平整的填料。

C.耕植土：這部分土料主要用于今后廠區(qū)場(chǎng)地還綠時(shí)使用，現(xiàn)場(chǎng)正挖時(shí)需要臨時(shí)堆棄在堆土場(chǎng)儲(chǔ)存。

D. 棄土：無法作為回填料使用或余方需要外運(yùn)的土石料。

場(chǎng)地平整土石方計(jì)算過程中應(yīng)對(duì)土、石料工程量分別進(jìn)行計(jì)算，并分類統(tǒng)計(jì)好料、一般石料、表土、棄土等的工程量（中風(fēng)化及微風(fēng)化巖石應(yīng)按照成料率區(qū)分為好料和一般石料）。同時(shí)，在明確各類土石料區(qū)域供需關(guān)系的前提下采用就近分配的原則進(jìn)行土石方調(diào)配，做到土石料對(duì)應(yīng)分配并盡量減少各類土石料的運(yùn)輸距離。

（2）時(shí)間匹配

由于核電項(xiàng)目場(chǎng)地平整一般均為一次平整完成，大量的土石方工程開挖進(jìn)度應(yīng)與海工工程施工進(jìn)度、臨時(shí)棄土場(chǎng)的投運(yùn)時(shí)間等緊密結(jié)合。時(shí)間進(jìn)度應(yīng)盡可能使土石方開挖時(shí)間及開挖量應(yīng)與各類土石料的使用時(shí)間及使用量相匹配，按照土石方供需關(guān)系及時(shí)消納各類土石料，在保證施工高峰用料的同時(shí)也要避免大量土石料二次倒運(yùn)導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。

（3）容量適度

由于核電項(xiàng)目土石方工程量較大，且往往會(huì)由于工程進(jìn)度原因?qū)е峦潦降呐R時(shí)堆放，因此現(xiàn)場(chǎng)需合理規(guī)劃一定區(qū)域作為堆料場(chǎng)和棄土場(chǎng)。

在工程初期應(yīng)合理設(shè)置堆料場(chǎng)和棄土場(chǎng)的容量（以盡可能少占地），其容量要滿足土石料周轉(zhuǎn)對(duì)貯存量及貯存時(shí)間的要求，同時(shí)要考慮土石方動(dòng)態(tài)平衡過程中各個(gè)時(shí)間段都能最大限度利用堆料場(chǎng)和棄土場(chǎng)。

3.2 土石方平衡應(yīng)注意的問題

3.2.1 場(chǎng)地平整過程中需定期進(jìn)行地形測(cè)量

原始地形測(cè)量時(shí)由于場(chǎng)地植被、建構(gòu)筑物等地表物的影響，會(huì)在很大程度上導(dǎo)致土石方計(jì)算的誤差，因此建議定期對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行地形測(cè)量以滿足動(dòng)態(tài)平衡的需求。廠址區(qū)域地形測(cè)量可大致分為以下幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)：

（1）土石方工程開始前

工程前期進(jìn)行的地形測(cè)量主要應(yīng)用于對(duì)土石方量的大致估算，以確定工程量大小及其費(fèi)用。

（2）場(chǎng)地平整階段地表植被等清除后

地表植被清除后重新進(jìn)行地形測(cè)量可以排除地表植被引起的誤差。

（3）場(chǎng)地平整階段地表土剝離后

在開挖范圍地表土剝離后再次進(jìn)行地形測(cè)量可以較為精確的確定基巖面，同時(shí)可以準(zhǔn)確的計(jì)算開挖區(qū)域范圍的表土量進(jìn)而確定土石比，可為后續(xù)土石方動(dòng)態(tài)平衡計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（4）正挖階段根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行定期測(cè)量

土石方動(dòng)態(tài)平衡過程中如需了解現(xiàn)場(chǎng)土石方開挖量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，可根據(jù)需要進(jìn)行定期測(cè)量。計(jì)算結(jié)果同時(shí)可作為復(fù)核現(xiàn)場(chǎng)工程量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.2.2合理確定松散系數(shù)

在核電項(xiàng)目土石方工程量計(jì)算及動(dòng)態(tài)平衡過程中應(yīng)根據(jù)情況采用不同的土石料松散系數(shù)。如開挖料直接用于場(chǎng)地回填，回填量應(yīng)采用實(shí)方×最終松散系數(shù);如堆放在料場(chǎng)備用，其堆放量應(yīng)采用實(shí)方×最初松散系數(shù)。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范土壤松散系數(shù)表可知，不同類型土的最初松散系數(shù)選取值范圍差介于4%～15%，不同類型土的最終松散系數(shù)選取值范圍差介于1%～10%。對(duì)于土石方量為千萬方計(jì)的核電項(xiàng)目，如松散系數(shù)選取不當(dāng)則會(huì)對(duì)土石方平衡帶來較大影響。

（1）最初松散系數(shù)的確定

大面積土石方工程開始前可劃定某代表性區(qū)域作為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)表土剝離出露基巖面時(shí)統(tǒng)計(jì)土方虛方量并與實(shí)方量理論值進(jìn)行對(duì)比，從而判斷判斷該區(qū)域土方的最初松散系數(shù)，石方的最初松散系數(shù)也可通過該方法確定。

核電現(xiàn)場(chǎng)大多通過統(tǒng)計(jì)標(biāo)定方量汽車運(yùn)輸次數(shù)的方法測(cè)算虛方量，該方法存在土石料裝載不密實(shí)的缺陷，需結(jié)合車輛地磅測(cè)重綜合測(cè)定。

（2）最終松散系數(shù)的確定

回填前可劃定現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)，按照回填標(biāo)高和回填要求計(jì)算回填實(shí)方量并統(tǒng)計(jì)虛方量（按照最初松散系數(shù)）后按下式計(jì)算最終松散系數(shù)：

最終松散系數(shù)=回填實(shí)方量理論值×最初松散系數(shù)/實(shí)際回填虛方量

4 核電項(xiàng)目土石方實(shí)例分析

某核電項(xiàng)目土石方工程較大，海域及陸域回填條件限制導(dǎo)致土石方施工工期嚴(yán)重滯后。2016年6月至2018年9月期間，該項(xiàng)目開展了六次土石方動(dòng)態(tài)平衡。在動(dòng)態(tài)平衡過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題：

（1）各次土石方計(jì)算均是根據(jù)地形測(cè)繪資料進(jìn)行的理論計(jì)算，計(jì)算目的主要為了解剩余未開挖土石方量，計(jì)算所采用的土石比、松散系數(shù)等均是按照項(xiàng)目初期勘察資料設(shè)定。動(dòng)態(tài)平衡過程未對(duì)土石方已開挖量、已回填量、已堆置量進(jìn)行綜合對(duì)比，未結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況對(duì)土石比、松散系數(shù)等進(jìn)行調(diào)整。

（2）動(dòng)態(tài)平衡土石方調(diào)配過程中未考慮石料開挖過程中的成料率，其平衡圖及土石方量如下圖所示：

該動(dòng)態(tài)平衡方案中，土方按照松散系數(shù)1.07進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果基本滿足平衡要求。但該方案中需未對(duì)海工堤心石回填料是否滿足回填量進(jìn)行詳細(xì)分析，按照該方案，石料成料率需達(dá)到72%，但是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)一般很難達(dá)到。

從該項(xiàng)目多次土石方平衡過程中可以看出，盡管現(xiàn)場(chǎng)多次進(jìn)行了土石方計(jì)算，但計(jì)算成果仍為理論計(jì)算值，其結(jié)果與實(shí)際工程量仍可能存在較大的出入。

5 對(duì)于核電項(xiàng)目開展土石方動(dòng)態(tài)平衡的建議

土石方動(dòng)態(tài)平衡的意義在于及時(shí)調(diào)整土石方計(jì)算過程中存在的偏差，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程進(jìn)度對(duì)土石方調(diào)配方案進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，通過本文分析內(nèi)容，建議后續(xù)核電項(xiàng)目在土石方動(dòng)態(tài)平衡中開展以下工作：

（1）定期對(duì)各開挖范圍內(nèi)土石方的土石比、松散系數(shù)進(jìn)行測(cè)定和修正;

（2）對(duì)開挖石料進(jìn)行詳細(xì)分類并對(duì)各類土石料數(shù)量進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，同時(shí)對(duì)其分配區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，以滿足不同回填區(qū)域?qū)靥盍系男枨?

（3）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)土石料需求、場(chǎng)地需求以及施工進(jìn)度等，合理劃分開挖范圍并制定相應(yīng)的開挖進(jìn)度。