水利水電工程施工土石方調(diào)配方法及其應(yīng)用

史永鵬

（山東華邦建設(shè)集團有限公司， 山東 濰坊 262500）

1 水利水電工程土石方施工技術(shù)特征

1.1 對周圍環(huán)境影響較大

施工現(xiàn)場的自然環(huán)境和現(xiàn)場環(huán)境會影響土石方施工過程，同時土石方施工也會影響到周圍的環(huán)境。周邊植被、區(qū)域土壤等由于土石方調(diào)配會受到嚴重影響，甚至出現(xiàn)嚴重的水土流失、水資源污染等問題[1]。

1.2 工程施工任務(wù)重、難度大

水利水電工程施工過程較為復(fù)雜，需要涉及到諸多工種和專業(yè)內(nèi)容，有著較大的施工難度。當前水利水電工程往往都位于環(huán)境較為惡劣的區(qū)域，惡劣的施工環(huán)境會從很大程度上影響施工過程，導(dǎo)致施工的難度和安全隱患增加。工作人員在土石方調(diào)配過程中往往需要克服重重困難。通過調(diào)查以往土石方調(diào)配方案可知，環(huán)境因素是造成施工安全的主要因素，會威脅土石方調(diào)配人員的人身安全以及工程的質(zhì)量、進度。

1.3 工程復(fù)雜性強

水利水電土石方調(diào)配需要涉及到較多的工作流程，需要綜合考慮各方面因素，加強環(huán)境、經(jīng)濟等方面的深入分析。這就決定了施工技術(shù)的難度，要求技術(shù)人員要有足夠的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)。水利水電工程開展土石方調(diào)配過程中需要綜合考慮不同施工作業(yè)環(huán)節(jié)的關(guān)系，明確各個環(huán)節(jié)獨立、相互影響的關(guān)系，從而在施工中統(tǒng)籌兼顧，合理編制調(diào)配技術(shù)方案，落實施工方案。

2 水利水電工程中土石方調(diào)配原則

2.1 開挖填埋相并舉

開挖和填埋是土石方調(diào)配中最為主要的兩項作業(yè)內(nèi)容，為了將作業(yè)效率提高、將總體工程量減少，降低人工勞動工作量，應(yīng)當充分結(jié)合開挖和填埋工作，將運倒次數(shù)減少[2]。

2.2 運輸距離、土方作業(yè)量控制

技術(shù)人員要對土方作業(yè)工程量進行科學(xué)地測算和預(yù)估，預(yù)選開挖和填埋計劃方案，做好運輸路線的合理選擇，盡量將運輸距離縮短，實現(xiàn)運輸方案的優(yōu)化，同時做好開挖量、填方量的計算，將工程成本盡量減少，實現(xiàn)成本控制優(yōu)化的效果。

2.3 最大限度還原耕地

如果在調(diào)配土石方過程中會對現(xiàn)有耕地產(chǎn)生影響，需要提前明確耕地的面積和質(zhì)量，保證施工后能夠最大限度地還原耕地，避免破壞耕地。如果不得已破壞了耕地需要采取建設(shè)性的補償措施，將土石方作業(yè)的影響度盡量減少。

2.4 全局性原則

在土石方施工中需要堅持全局性原則，統(tǒng)籌兼顧，科學(xué)地調(diào)配土石方，盡量平衡調(diào)配工作，避免浪費，將生產(chǎn)利用率提升。

3 水利水電工程施工中土石方調(diào)配方法

水利水電工程中土石方調(diào)配主要包括直接上壩法、中轉(zhuǎn)上壩法、料場開采法、土石方的中轉(zhuǎn)與棄渣。具體施工流程如圖1所示。

圖1 土石方施工調(diào)度關(guān)系

第一，直接上壩法。當前土石方調(diào)配的主要方法為直接上壩法。在建設(shè)水利水電工程過程中，土石方處理的步驟較多，并且用量較大，采用直接上壩法能夠節(jié)省運輸成本和時間，有著較強的經(jīng)濟性。技術(shù)人員在施工前要對開挖工程的具體情況進行充分考慮，只有符合直接上壩要求的情況才能采用此種方式[3]。

第二，中轉(zhuǎn)上壩法。受到水利水電工程施工現(xiàn)場的限制可能無法采用直接上壩法進行土石方調(diào)配，此時可以設(shè)置中轉(zhuǎn)站調(diào)配土石方。技術(shù)人員要確定好中轉(zhuǎn)站的位置和大小，保證工程施工的同時兼顧經(jīng)濟性原則。通常按照就近原則設(shè)置中轉(zhuǎn)場。

第三，料場開采法。如果水利水電有著較大的工程規(guī)模，填筑過程中需要應(yīng)用到大量的土方，直接上壩法和中轉(zhuǎn)上壩法可能無法滿足要求此時需要制定其他的調(diào)配方案，比如采用料場開采法，可以就近選擇石料廠，將開采量和開采速度增加從而保證填筑的需要。也可以用其他調(diào)配方法補充料場開采的不足。

第四，土石方中轉(zhuǎn)和棄渣。建設(shè)水利水電工程中完成土石方上壩后可能會剩余部分土方，此時可以按照轉(zhuǎn)讓、報廢進行處理。如果運輸能力未飽和可以先利用中轉(zhuǎn)站進行土石方存儲，如果運輸能力飽和那么可以按照棄渣進行處理[4]。

4 水利水電工程中土石方調(diào)配過程

4.1 土石方計算

第一，方格網(wǎng)法土石方計算。方格網(wǎng)法主要按照固定的時間、間距將場地劃分為多個正方形區(qū)域。測定點為格網(wǎng)點，在測定點位高程對周圍每個格網(wǎng)的四角高程進行測量，計算土方時按照四角高程的平均值進行計算。

第二，斷面法土石方計算。該方法是按照一定的距離間隔將場地劃分成若干個平行的橫斷面，測量人員對每個斷面的地面線進行精準地測量，以此為基礎(chǔ)，技術(shù)人員對每個斷面填挖的體積進行計算。計算公式如下：

其中：相鄰兩個橫斷面挖方或填方面積用A 1， A 2 標識，相鄰斷面間距用L標表示。

第三，DTM 法土石方計算。DTM也就是數(shù)字地面模型，地形起伏的數(shù)字表達形式。該方法需要借助一組 X ，Y，Z 坐標數(shù)據(jù)和地面算法，其中地形表面的一組數(shù)據(jù)為坐標數(shù)據(jù)。計算公式如下：

其中計算方量用V+表示，三角形角點填挖高差分別用Z1、Z2、Z3表示，三棱柱底面積用S3表示。

4.2 土石方調(diào)配技術(shù)

第一，實際調(diào)制。在施工中應(yīng)當靈活地指揮施工現(xiàn)場，加強解決進度調(diào)度勞力、機橋、施工中臨時矛盾等，盡量保證有條不紊地開展土石方調(diào)配工作。

第二，做好實際施工定額，按照多勞多得方式進行現(xiàn)場管控。

第三，提高機橋控制。工作人員要定期檢查維護機械設(shè)備，保證在具體開展土方調(diào)配過程中各個機械設(shè)備可以正常運轉(zhuǎn)，避免中途發(fā)生故障影響施工進度。

第四，統(tǒng)計分析并且合理調(diào)控施工進度。成立統(tǒng)計員做好土石方調(diào)配進度檢查監(jiān)控，如果發(fā)生延誤明確原因并且及時采取調(diào)整措施[6]。

4.3 土石方調(diào)配技術(shù)的應(yīng)用

土石方是水利水電工程中廣泛應(yīng)用的土料，在工程建設(shè)中發(fā)揮著非常重要的作用。為了確保施工質(zhì)量，需要充分落實土石方調(diào)配技術(shù)，加強施工周期、設(shè)備、成本等多方面管控，我國超過80%大型水庫和95%以上小型水庫采用的是涂飾材料填筑的土石壩，世界上28座超過200m高度的大壩有7座為土石壩?？梢姡姽こ讨型潦瘔问欠浅Ｖ匾慕Y(jié)構(gòu)形式，土石方施工技術(shù)決定著土石壩施工作業(yè)能否順利開展。隨著我國科技信息的發(fā)展，水利水電土石方調(diào)配工作也得到了進一步改進。比如可以將BIM技術(shù)應(yīng)用于土石方調(diào)配中，模擬調(diào)配方案，明確調(diào)配過程中的沖突，從而提前采取解決措施。

5 水利工程施工土石方調(diào)配優(yōu)化

5.1 明確土石方調(diào)配產(chǎn)生的影響

第一，影響施工成本。通過合理調(diào)配土石方能夠提高施工效率，有助于節(jié)省施工成本。第二，影響施工進度。高效地調(diào)配土石方能夠保證施工作業(yè)有條不紊地推進，有助于落實土石方調(diào)配工作。第三，影響施工區(qū)域水土流失。水利水電工程所用土石方數(shù)量較為龐大，如果從同一個區(qū)域集中調(diào)配那么必然會對周圍的植物、土壤等產(chǎn)生影響，可能會流失大量水土。為此，技術(shù)人員要加強環(huán)境方面的分析和考慮，做好保護措施。第四，影響區(qū)域景觀。土石方調(diào)配會從一定程度上破壞區(qū)域景觀，為此，需要協(xié)調(diào)搭配土石方調(diào)配和景觀恢復(fù)工作。第五，影響大氣環(huán)境。調(diào)配大量的土石方必然會產(chǎn)生較為嚴重的粉塵，為此，需要做好揚塵污染的控制[5]。

5.2 土石方資源利用效率

施工單位在制造出大量土石方后需要將土石方及時處理并且將土石方的利用效率盡量提高。通常施工單位需要和周邊建設(shè)工程加強聯(lián)系，當其他工程也需要土石方時能夠?qū)⒍嘤嗟耐潦竭\輸?shù)狡渌こ淌┕がF(xiàn)場，從而達到節(jié)約費用的效果。此外，調(diào)配的土石方還可以用于建設(shè)當?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施，然施工單位無償使用這些多余的土石方，將土石方的利用率提高，而不是隨意堆放在自然環(huán)境中污染環(huán)境[6]。

5.3 建立集中中轉(zhuǎn)站

土石方集中中轉(zhuǎn)站的合理設(shè)置能夠提高其收納能力，可以及時補充運輸土石方，合理規(guī)劃土石方的運輸和中轉(zhuǎn)。當?shù)卣梢蕴峁┳銐虻膸椭?，加強計算并且統(tǒng)籌管理，盡量全部應(yīng)用生產(chǎn)出的土石方，將土石方的閑置量減少。同時當?shù)卣畱?yīng)當加強監(jiān)管土石方的調(diào)配工作，避免違規(guī)開挖，加強環(huán)境保護和污染預(yù)防[7]。

6 結(jié)束語

水利水電工程往往有著較大的規(guī)模，對土石方的需求量較大，在調(diào)配土石方過程中，施工單位要仔細計算工程土石方用量，加強環(huán)境、經(jīng)濟等多方面因素的考慮，合理選擇土石方開采區(qū)域，盡量降低對群眾和自然環(huán)境的影響。通過高效開展土石方工作，加強控制，有助于提升施工單位的品牌形象，有助于提升施工單位的經(jīng)濟效益。相關(guān)工作人員要全面考慮，確保土石方調(diào)配工作順利完成。