基于Excel的復(fù)合邊坡基槽工程量分層計(jì)算

成偉平

（中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510221）

基于Excel的復(fù)合邊坡基槽工程量分層計(jì)算

成偉平

（中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510221）

港珠澳大橋沉管隧道基槽開(kāi)挖標(biāo)高達(dá)-50m，邊坡類型為多種坡比結(jié)合的復(fù)合型邊坡。為使基槽開(kāi)挖工程量的計(jì)算快速正確，采用Excel表格方式進(jìn)行分區(qū)域、分層級(jí)的詳細(xì)計(jì)算。通過(guò)提取設(shè)計(jì)圖的斷面標(biāo)高、長(zhǎng)度、坡比等信息，計(jì)算斷面面積，再利用梯形體積計(jì)算公式計(jì)算出開(kāi)挖工程量。

工程量；復(fù)合邊坡；基槽；分層計(jì)算；斷面面積

0 引言

港珠澳大橋島隧工程對(duì)沉管隧道基槽開(kāi)挖提出了極高的質(zhì)量要求和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，分層分級(jí)開(kāi)挖工程量的快速正確計(jì)算，有助于疏浚單位合理編排船舶施工計(jì)劃，通過(guò)精細(xì)化管理，提高施工效率，確保工程節(jié)點(diǎn)的順利完成[1]。

島隧工程基槽開(kāi)挖前平均水深在-15 m左右，最大開(kāi)挖深度達(dá)-50m。因基槽開(kāi)挖深度大、精度高、易塌方，因此需要對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行分層分級(jí)開(kāi)挖，具體劃分為-20 m以上、-20～-30 m、-30～-40m、-40m以下四個(gè)開(kāi)挖層級(jí)，分層計(jì)算各層級(jí)開(kāi)挖工程量。

島隧工程基槽設(shè)計(jì)斷面復(fù)雜，邊坡坡比多變，層級(jí)劃分比較困難，目前常用的工程量計(jì)算方法如斷面法、面域法、格網(wǎng)法、平均水深法等均不能很好滿足工程要求。為快速、精確計(jì)算各層開(kāi)挖工程量，本文針對(duì)施工圖，采用功能強(qiáng)大的Excel進(jìn)行各層級(jí)開(kāi)挖工程量的計(jì)算，其能靈活處理復(fù)雜多變的復(fù)合型邊坡基槽，可操作性強(qiáng)，計(jì)算過(guò)程清晰明了。

1 計(jì)算過(guò)程

1.1 計(jì)算公式

通過(guò)提取施工圖相鄰兩個(gè)斷面的標(biāo)高、長(zhǎng)度、坡比等信息，計(jì)算出斷面面積，利用臺(tái)形體計(jì)算公式計(jì)算體積即為工程量。施工圖相鄰兩個(gè)斷面可以看成是臺(tái)形體的上下面，斷面距離為臺(tái)形體高度。

設(shè)臺(tái)形體上表面積為S1，下表面積為S2，上下表面距離為h，則體積計(jì)算公式為：

V=（S1+S2）×h÷2

1.2 計(jì)算基槽各層斷面面積、工程量

島隧工程的基槽開(kāi)挖包括設(shè)計(jì)區(qū)和超挖區(qū)。設(shè)計(jì)區(qū)分為粗挖設(shè)計(jì)區(qū)（簡(jiǎn)稱“粗挖區(qū)”）、精挖設(shè)計(jì)區(qū)、邊坡成型設(shè)計(jì)區(qū)三類。

超挖區(qū)分為槽底精挖超寬區(qū)、槽底精挖超深區(qū)和邊坡成型超寬區(qū)三類，其中精挖設(shè)計(jì)區(qū)、槽底精挖超寬區(qū)、槽底精挖超深區(qū)合稱槽底精挖區(qū)（簡(jiǎn)稱“精挖區(qū)”），邊坡成型設(shè)計(jì)區(qū)與邊坡成型超寬區(qū)合稱邊坡成型區(qū)。各區(qū)域的工程量分層計(jì)算模型介紹如下。

1.2.1 設(shè)計(jì)區(qū)工程量

選擇1個(gè)典型的基槽設(shè)計(jì)橫斷面進(jìn)行分層級(jí)計(jì)算，如圖1所示。

圖1 基槽設(shè)計(jì)橫斷面Fig.1 Typicaldesign crosssection of foundation trench

由圖1可知，S設(shè)=SA+SB+SC+SD1+SD2。

首先在Excel計(jì)算表中，按由深到淺排列標(biāo)高值，例如，a>40>b>30>20>c。

推算可知，各陰影塊底長(zhǎng)為：

D2的面積可看成是大的梯形減去邊上2個(gè)三角形以及小梯形的面積。大梯形上底2 m（設(shè)計(jì)圖參數(shù)），下底2+d-c，高h(yuǎn)可以由設(shè)計(jì)圖查知[2]。

可以得到：

綜上，可求得斷面面積S設(shè)，利用臺(tái)形體公式即可求得體積V設(shè)總。

1.2.2 粗挖區(qū)工程量

選擇一個(gè)典型的粗挖區(qū)斷面進(jìn)行分層級(jí)計(jì)算，如圖2所示。

圖2 粗挖區(qū)斷面Fig.2 Typical initialdredging section

由圖2可知，

S粗=SA+SB1+SB2+SC+SD1+SD2。

仔細(xì)觀察圖1和圖2可知，粗挖區(qū)和設(shè)計(jì)區(qū)的工程量分層計(jì)算可以使用同一個(gè)計(jì)算模型，但粗挖區(qū)工程量計(jì)算需要注意以下兩個(gè)方面：1）粗挖區(qū)底長(zhǎng)不同，即：

粗挖起算面為精挖底標(biāo)高之上3 m，邊坡成型區(qū)垂直厚度3m[2]。

2）在變坡點(diǎn)處下梯形的上底與上梯形的下底長(zhǎng)度不同，例如：

深度為b時(shí)，B1的底長(zhǎng)為：

lb1=l40+2×（40-b）×n

深度為b時(shí)，B2的底長(zhǎng)為：

其他參考設(shè)計(jì)區(qū)的計(jì)算模型，即可求得粗挖區(qū)體積V粗總。

1.2.3 精挖區(qū)工程量

選擇一個(gè)典型的精挖區(qū)斷面進(jìn)行分層級(jí)計(jì)算，如圖3所示。

圖3 精挖區(qū)斷面Fig.3 Typicalaccurate dredging section

1）精挖設(shè)計(jì)區(qū)

例如，在計(jì)算區(qū)間[0，20]的體積時(shí)，在Excel中，利用if（）命令[3]，自動(dòng)判斷a、b是否落在區(qū)間[0，20]中，通過(guò)計(jì)算[a，b]在區(qū)間[0，20]的差值計(jì)算面積，再計(jì)算體積。

在[0，20]區(qū)間，計(jì)算S精設(shè)[0-20]。

解釋如下：

若a>0，b<20，則S精設(shè)[0-20]=（b-a）×（41.95+ 41.95+2×（b-a）×n）÷2；

否則，即a<20

綜上，可計(jì)算Vi精設(shè)[0-20]=（S1精設(shè)[0-20]+S2精設(shè)[0-20]）×Li÷2。

2）同理，通過(guò)更改對(duì)應(yīng)閾值，可以求得其他區(qū)間的體積Vi精設(shè)[20-30]、Vi精設(shè)[30-40]、Vi精設(shè)[40-50]。

則，V精設(shè)=∑（Vi精設(shè)[0-20]+Vi精設(shè)[20-30]+Vi精設(shè)[30-40]+Vi精設(shè)[40-50]）。

同理，可求得超深區(qū)、超寬區(qū)的體積V超深、V超寬。

1.2.4 邊坡成型區(qū)工程量

選擇一個(gè)典型的邊坡成型區(qū)斷面進(jìn)行分層級(jí)計(jì)算，如圖4所示。

圖4 邊坡成型區(qū)斷面Fig.4 Typicalsection of slope form ing zone

由圖4可知，

1）設(shè)計(jì)區(qū)

例如，計(jì)算區(qū)間[0，20]的體積時(shí)，在Excel中，利用if（）命令，判斷a＇、b＇、c＇、d＇是否落在區(qū)間 [0，20]中，通過(guò)計(jì)算 [a＇，b＇]、 [b＇，c＇]、[c＇，d＇]在區(qū)間 [0，20]的差值，分別計(jì)算SA、SB、SC面積，再計(jì)算體積。在[0，20]區(qū)間：

解釋如下：

條件語(yǔ)句if（b＇<0，0，if（b＇>20，20，b＇）），可以求出b＇在[0，20]的位置，if（a＇<0，0，if（a＇>20，20，a＇）），可以求出a＇在[0，20]的位置，相減即可得a＇、b＇在 [0，20]區(qū)間的差值，再乘以底長(zhǎng)，即可得SC[0-20]，同理可求出SB[0-20]、SA[0-20]，求和得S邊坡[0-20]，然后再計(jì)算體積Vi邊設(shè)[0-20]=（S1邊設(shè)[0-20]+S2邊設(shè)[0-20]）×Li÷2。為了方便計(jì)算，默認(rèn)所有管節(jié)均有3個(gè)復(fù)合邊坡，若只有2個(gè)（或1個(gè)）邊坡，則剩余1（或2）邊坡坡比m=0，可以得出剩余區(qū)域面積為0，不影響計(jì)算結(jié)果。

2）同理，通過(guò)更改閾值可以求得其他區(qū)間的

同理，可求出超寬區(qū)的體積V超寬。

2 實(shí)際應(yīng)用

按照上述計(jì)算模型，以該工程某一管節(jié)為例，將其轉(zhuǎn)化到Excel表格中具體計(jì)算各區(qū)域各層級(jí)的工程量。詳細(xì)計(jì)算過(guò)程及結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 分層工程量計(jì)算結(jié)果表Table 1 Calculation resultsof hierarchicalengineering quan tity

表2 設(shè)計(jì)斷面信息提取表Tab le 2 Information from of design section m

顯然，通過(guò)Excel表格可以很好地計(jì)算出某一管節(jié)各區(qū)域的每一層級(jí)的工程量，計(jì)算過(guò)程以及計(jì)算結(jié)果清晰明了，達(dá)到了工程量分層計(jì)算的目的。

3 結(jié)論與展望

通過(guò)在Excel中計(jì)算各區(qū)域各層級(jí)的工程量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)合邊坡基槽工程量的分層計(jì)算，滿足了對(duì)工程量計(jì)算的要求。本文的計(jì)算方法在設(shè)計(jì)斷面信息提取、公式編寫(xiě)等方面需要耗費(fèi)大量時(shí)間，相比其它成熟的計(jì)算方法還存在很大不足。今后需要從以下4個(gè)方面進(jìn)行更深入研究：1）本文的計(jì)算模型對(duì)于原泥面跨層級(jí)的情況（即原泥面標(biāo)高一邊小于-20 m，一邊大于-20m）并不能進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，島隧工程的原泥面在-20m以上，故本模型適用于島隧工程。2）在精挖區(qū)和邊坡成型區(qū)使用相似的公式，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判斷分層的功能，能夠大量減少公式的編輯時(shí)間，而在設(shè)計(jì)區(qū)與粗挖區(qū)，公式還不具備自動(dòng)判斷分層的功能。3）施工圖設(shè)計(jì)斷面的標(biāo)高、長(zhǎng)度、坡比等信息是人工提取的，耗時(shí)且易錯(cuò)，如果能夠?qū)崿F(xiàn)斷面信息的自動(dòng)提取，可以提高效率及準(zhǔn)確性。4）目前僅能對(duì)設(shè)計(jì)圖斷面進(jìn)行分層計(jì)算，由于海底測(cè)量數(shù)據(jù)相當(dāng)復(fù)雜尚不能對(duì)其進(jìn)行分層計(jì)算，如果能解決這個(gè)問(wèn)題，該方法的實(shí)用性將會(huì)大大提高。

[1]中交股份聯(lián)合體港珠澳大橋島隧工程IV工區(qū)項(xiàng)目經(jīng)理部.港珠澳大橋島隧工程隧道基槽精挖專項(xiàng)施工方案[R].2011. ProjectManagement Dept.ofWork Area IV for Island and Tunnel ProjectofHongkong-Zhuhai-Macao Bridge JointVentureofChina Communication Construction Co.,Ltd.Special construction program of accurate dredging the tunnel foundation trench of the island and tunnel project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[R]. 2011.

[2]中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院.港珠澳大橋主體工程島隧工程施工圖設(shè)計(jì)[R].2012. CCCC-FHDIEngineering Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnel project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project[R].2012.

[3]胡鑫鑫，張倩，石峰.Excel2013應(yīng)用大全[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013. HU Xin-xin,ZHANG Qian,SHIFeng.The application of Excel 2013[M].Beijing:ChinaMachine Press,2013.

Hierarchical calculation for engineering quantity of com posite slope foundation trench based on Excel

CHENGWei-ping
（CCCCGuangzhou Dredging Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510221,China）

The excavation of foundation trench for the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersed tunnel,its depth is nearly -50m,and its slope type is composite slope with various slopes.In order tomake the fastand correct calculation for excavation engineering quantity of foundation trench,we used the Excel form which can detailedly calculate in subregional and hierarchical regulation.Through extracting the information of elevation,length and slope ratio from design and construction section,we can calculate the area of the section,and calculate the excavation engineering quantity by the trapezoidal volume formula.

engineering quantity;composite slope；foundation trench;hierarchical calculation;section area

F281

C

2095-7874（2015）11-0059-05

10.7640/zggw js201511017

2015-10-19

成偉平（1990— ），男，廣東清遠(yuǎn)人，助理工程師，測(cè)繪工程專業(yè)。E-mail：730094687@qq.com