核電廠土石方平衡影響因素分析

王威 謝偉

摘要：核電項目土石方工程量較大，土石方費用較高，因此土石方平衡計算應作為核電廠總體規(guī)劃的一項重要工作。本文主要從理論計算和現(xiàn)場施工控制的角度出發(fā)對土石方平衡計算的影響因素進行了分析，并結合實例提出核電廠土石方動態(tài)平衡時應注意的關鍵問題。

關鍵詞：核電廠;土石方平衡

1引言

核電工程項目場地平整工作（粗平）中產(chǎn)生的土石方工程量較大（以千萬方計），土石方計算的精確度對工程投資控制、項目施工進度等都有著較大的影響，因此如何提供較為準確的土石方工程量、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態(tài)平衡使現(xiàn)場土石方施工與其他設施的施工進度相匹配、如何避免土石方二次倒運等都對總承包模式下的核電項目有著十分重要的經(jīng)濟影響。

2 土石方量計算結果影響因素分析

核電項目影響土石方工程量計算精度的因素主要可以有以下幾類：

（1）計算輸入條件

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

強風化、中風化、微風化基巖等高線的誤差也是影響土石方計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稀少（一般1個鉆孔需控制100～150m范圍的地質條件），因此容易產(chǎn)生廠址基巖等高線圖誤差偏大的問題，有時局部范圍還可能出現(xiàn)基巖等高線高出地表的錯誤情況。

針對此問題，建議設計人員在工作開始時結合地形測量圖對基巖等高線圖進行全面的核查，發(fā)現(xiàn)問題后請相關專業(yè)充分利用綜合工程地質測繪成果對圖件進行修正，務必在計算土石方工程量時采用相對準確的基巖等高線資料。

（2）設計因素

主要包括計算模型或計算方法的選擇，土石比、松散系數(shù)的確定等。

a. 核電項目土石方計算一般采用方格網(wǎng)法和斷面法等。根據(jù)相關研究成果，在地形平坦地區(qū)，方格網(wǎng)法優(yōu)于斷面法，其計算的誤差完全可以忽略不計;目前引入三維設計軟件（例如CIVIL 3D）后，計算精度已得到進一步的提高。

b. 土石比是影響土石方量計算的一個重要因素，目前計算土石比主要是根據(jù)可研階段鉆孔柱狀圖結合基巖等高線圖測算，當?shù)貙臃植疾痪鶆驎r，基巖等高線圖誤差會比較大，土石比計算結果也會有一定的誤差。為提高土石比的準確性，可根據(jù)基巖等高線結合現(xiàn)場開挖情況、根據(jù)現(xiàn)場局部開挖范圍內的巖性、風化情況等因素適時調整，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用，爆破一立方石料價格為1.52元，而爆破一立方土的價格為0.18元，前者價格約為后者的8.4倍，因此土石比估算精確度對現(xiàn)場土石方費用有一定影響。

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

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

（3）場地因素

主要指陸域內河塘等區(qū)域或海域回填場地的沉降因素。為滿足填挖平衡的需求，核電項目往往會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產(chǎn)生一定量的沉降，當場地回填面積較大時，這部分沉降量就會對土石方平衡的帶來影響。

（4）現(xiàn)場施工因素

a. 爆破控制

核電項目土石方正挖過程中需對爆破進行嚴格控制，特別是對巖性較好的中風化及微風化石料。如爆破控制不當則會產(chǎn)生較多的廢棄石渣，有可能還會帶來額外的棄土量的風險。

b. 場地回填

在建、構筑物擬建位置處的場地回填過程中，設計單位會對回填技術參數(shù)如回填材料、地基承載力要求、壓實系數(shù)、孔隙率等進行一定的要求，如前期海域回填時無法達到設計要求，則會對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，回填區(qū)域沉降一般會持續(xù)較長時間，如回填場地對室外標高控制有較高要求，則需在土石方平衡過程中對沉降所引起的補充回填量進行合理的估算。

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地回填材料或場地平整的填料。

C.耕植土：這部分土料主要用于今后廠區(qū)場地還綠時使用，現(xiàn)場正挖時需要臨時堆棄在堆土場儲存。

D. 棄土：無法作為回填料使用或余方需要外運的土石料。

場地平整土石方計算過程中應對土、石料工程量分別進行計算，并分類統(tǒng)計好料、一般石料、表土、棄土等的工程量（中風化及微風化巖石應按照成料率區(qū)分為好料和一般石料）。同時，在明確各類土石料區(qū)域供需關系的前提下采用就近分配的原則進行土石方調配，做到土石料對應分配并盡量減少各類土石料的運輸距離。

（2）時間匹配

由于核電項目場地平整一般均為一次平整完成，大量的土石方工程開挖進度應與海工工程施工進度、臨時棄土場的投運時間等緊密結合。時間進度應盡可能使土石方開挖時間及開挖量應與各類土石料的使用時間及使用量相匹配，按照土石方供需關系及時消納各類土石料，在保證施工高峰用料的同時也要避免大量土石料二次倒運導致的經(jīng)濟損失。

（3）容量適度

由于核電項目土石方工程量較大，且往往會由于工程進度原因導致土石方的臨時堆放，因此現(xiàn)場需合理規(guī)劃一定區(qū)域作為堆料場和棄土場。

在工程初期應合理設置堆料場和棄土場的容量（以盡可能少占地），其容量要滿足土石料周轉對貯存量及貯存時間的要求，同時要考慮土石方動態(tài)平衡過程中各個時間段都能最大限度利用堆料場和棄土場。

3.2 土石方平衡應注意的問題

3.2.1 場地平整過程中需定期進行地形測量

原始地形測量時由于場地植被、建構筑物等地表物的影響，會在很大程度上導致土石方計算的誤差，因此建議定期對場地進行地形測量以滿足動態(tài)平衡的需求。廠址區(qū)域地形測量可大致分為以下幾個時間點：

（1）土石方工程開始前

工程前期進行的地形測量主要應用于對土石方量的大致估算，以確定工程量大小及其費用。

（2）場地平整階段地表植被等清除后

地表植被清除后重新進行地形測量可以排除地表植被引起的誤差。

（3）場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行地形測量可以較為精確的確定基巖面，同時可以準確的計算開挖區(qū)域范圍的表土量進而確定土石比，可為后續(xù)土石方動態(tài)平衡計算提供基礎數(shù)據(jù)。

（4）正挖階段根據(jù)現(xiàn)場需要進行定期測量

土石方動態(tài)平衡過程中如需了解現(xiàn)場土石方開挖量的準確數(shù)據(jù)，可根據(jù)需要進行定期測量。計算結果同時可作為復核現(xiàn)場工程量的基礎數(shù)據(jù)。

3.2.2合理確定松散系數(shù)

在核電項目土石方工程量計算及動態(tài)平衡過程中應根據(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地回填，回填量應采用實方×最終松散系數(shù);如堆放在料場備用，其堆放量應采用實方×最初松散系數(shù)。

根據(jù)相關規(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%。對于土石方量為千萬方計的核電項目，如松散系數(shù)選取不當則會對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)場試驗區(qū)，現(xiàn)場表土剝離出露基巖面時統(tǒng)計土方虛方量并與實方量理論值進行對比，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)場大多通過統(tǒng)計標定方量汽車運輸次數(shù)的方法測算虛方量，該方法存在土石料裝載不密實的缺陷，需結合車輛地磅測重綜合測定。

（2）最終松散系數(shù)的確定

回填前可劃定現(xiàn)場試驗區(qū)，按照回填標高和回填要求計算回填實方量并統(tǒng)計虛方量（按照最初松散系數(shù)）后按下式計算最終松散系數(shù)：

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

4 核電項目土石方實例分析

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

（1）各次土石方計算均是根據(jù)地形測繪資料進行的理論計算，計算目的主要為了解剩余未開挖土石方量，計算所采用的土石比、松散系數(shù)等均是按照項目初期勘察資料設定。動態(tài)平衡過程未對土石方已開挖量、已回填量、已堆置量進行綜合對比，未結合現(xiàn)場實際施工情況對土石比、松散系數(shù)等進行調整。

（2）動態(tài)平衡土石方調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：

該動態(tài)平衡方案中，土方按照松散系數(shù)1.07進行計算，計算結果基本滿足平衡要求。但該方案中需未對海工堤心石回填料是否滿足回填量進行詳細分析，按照該方案，石料成料率需達到72%，但是根據(jù)工程經(jīng)驗一般很難達到。

從該項目多次土石方平衡過程中可以看出，盡管現(xiàn)場多次進行了土石方計算，但計算成果仍為理論計算值，其結果與實際工程量仍可能存在較大的出入。

5 對于核電項目開展土石方動態(tài)平衡的建議

土石方動態(tài)平衡的意義在于及時調整土石方計算過程中存在的偏差，并根據(jù)現(xiàn)場工程進度對土石方調配方案進行適應性調整，通過本文分析內容，建議后續(xù)核電項目在土石方動態(tài)平衡中開展以下工作：

（1）定期對各開挖范圍內土石方的土石比、松散系數(shù)進行測定和修正;

（2）對開挖石料進行詳細分類并對各類土石料數(shù)量進行詳細計算，同時對其分配區(qū)域進行詳細規(guī)劃，以滿足不同回填區(qū)域對回填料的需求;

（3）結合現(xiàn)場土石料需求、場地需求以及施工進度等，合理劃分開挖范圍并制定相應的開挖進度。