生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土石方工程實(shí)證分析

王超

(江蘇仁合中惠工程咨詢有限公司 江蘇蘇州 215004)

關(guān)于水土流失的話題由來已久，隨著人類文明進(jìn)程的加速、生產(chǎn)力的提高，全球關(guān)于水土流失的問題日趨顯現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)人類文明和自然的和平相處，保護(hù)和合理利用水土資源，減輕水、旱、風(fēng)沙災(zāi)害，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)于1991年從法律的高度確定了水土保持的主體地位。此后的30年內(nèi)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)水土流失的研究逐漸深入，對(duì)水土保持的探索也日趨廣泛。

水土流失文獻(xiàn)綜述：田衛(wèi)堂等人[1]對(duì)我國(guó)水土流失現(xiàn)狀做全面分析，指出我國(guó)水土流失的嚴(yán)重性，以黃土高原地區(qū)為例對(duì)水土流失的形成、危害進(jìn)行綜合分析并提出基本對(duì)策；李占斌等人[2]利用過程學(xué)理論，分析土壤侵蝕的本質(zhì)，探索植被和工程措施對(duì)水土流失的調(diào)控作用；梁音等人[3]以區(qū)域?yàn)橐暯牵瑥亩?jí)類型區(qū)出發(fā)通過分析南方紅壤地區(qū)水土流失情況，提出水土流失的治理對(duì)策；靳雪艷等人[4]以土壤流失測(cè)算導(dǎo)則為基礎(chǔ)對(duì)土壤流失進(jìn)行應(yīng)用初探，為土壤流失測(cè)算提供科學(xué)依據(jù)。

水土保持研究進(jìn)展：王麗霞等人[5]主要研究生態(tài)保護(hù)紅線和水土保持區(qū)劃兩個(gè)不同區(qū)劃的關(guān)系，以此為基礎(chǔ)基本劃分出了我國(guó)水土保持的各個(gè)區(qū)劃；劉寶元等人[6]通過梳理前人研究成果，創(chuàng)造性地提出措施分類新體系，對(duì)我國(guó)水土保持研究具有重要意義；袁普金等人[7]從行政角度出發(fā)，針對(duì)水土保持技術(shù)方案提出相關(guān)審查意見。

縱觀現(xiàn)有文獻(xiàn)內(nèi)容，關(guān)于水土流失和水土保持方面的理論研究較為廣泛，對(duì)于以更為具體、更為微觀的工程案例為基礎(chǔ)進(jìn)行嚴(yán)密科學(xué)的工程計(jì)算和合理的理論探討仍然欠缺。該文以工程實(shí)際案例為基礎(chǔ)，從水土流失本質(zhì)出發(fā)，對(duì)水土保持中出現(xiàn)的重點(diǎn)問題、難點(diǎn)問題進(jìn)行理論化分析、系統(tǒng)性總結(jié)，通過工程實(shí)踐案例對(duì)水土保持方案中若干問題進(jìn)行實(shí)證分析。

1 項(xiàng)目概況

擬建項(xiàng)目位于東南沿海湖泊地區(qū)，項(xiàng)目場(chǎng)地區(qū)域的地震水平、地震活動(dòng)屬中等偏下，無影響場(chǎng)地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用及地質(zhì)災(zāi)害，屬基本穩(wěn)定場(chǎng)地；擬建工程抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。根據(jù)大運(yùn)河水文資料（黃海高程）：年平均水位0.88 m，最高年平均水位1.39 m，最低年平均水位0.40 m，歷史最高水位2.69 m，歷史最低水位0.01 m。項(xiàng)目所在地淺層地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，其水位隨季節(jié)、氣候變化而上下波動(dòng)，屬典型蒸發(fā)入滲型動(dòng)態(tài)特征。

根據(jù)《水利部辦公廳關(guān)于印發(fā)＜全國(guó)水土保持區(qū)劃（試行）＞的通知》（辦水保〔2012〕512號(hào)）文件，擬建項(xiàng)目一級(jí)區(qū)為南方紅壤區(qū)（南方山地丘陵區(qū)），二級(jí)區(qū)為江淮丘陵及下游平原區(qū)，三級(jí)區(qū)為太湖丘陵平原水質(zhì)維護(hù)人居環(huán)境維護(hù)區(qū)。根據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（SL 190—2007）規(guī)范3.2.1和4.1.1條，擬建項(xiàng)目土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，容許土壤流失量為500 t/（km2·a）。

2 工程總平面布置

以經(jīng)批準(zhǔn)的規(guī)劃文件和建筑設(shè)計(jì)圖紙為基礎(chǔ)，結(jié)合《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50433-2018）規(guī)范4.1.2 條、4.4.1 條、4.4.2 條等，基本確定擬建項(xiàng)目水土流失防治責(zé)任范圍中永久征地1.00 hm2。

為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的建設(shè)，科學(xué)合理的組織工程施工，該工程新增生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)、辦公區(qū)及施工道路等臨時(shí)用地0.64 hm2。因此，該項(xiàng)目水土流失防治責(zé)任總范圍主要包括永久征地1.00 hm2、臨時(shí)用地0.64 hm2，共計(jì)1.64 hm2。水土流失防治責(zé)任表、工程總平面布置圖具體如表1、圖1所示。

表1 擬建項(xiàng)目水土流失防治責(zé)任范圍表

圖1 工程總平面布置圖

3 工程平面布置

擬建場(chǎng)地原有建筑物均已拆除，場(chǎng)地南側(cè)有一間一層磚砌臨時(shí)用房，東南角有樹林及廢棄民用水井，南側(cè)局部填埋生活垃圾，北側(cè)為河道（駁岸形式為自然駁岸），河道駁岸距地下室邊線約為15 m。場(chǎng)地表層局部有分布原有建筑物基礎(chǔ)及鏟除后的灌木根莖。

該項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容主要包括主體建筑一棟（1/-1F）、附屬用房一棟（2/-1F）和一定范圍內(nèi)的地下車庫。用地范圍內(nèi)的道路呈環(huán)形布置，道路總長(zhǎng)約258 m，道路寬度為4.5～6.5 m，道路出入口位于項(xiàng)目北側(cè)，設(shè)置1處主要出入口；結(jié)合出入口、道路、停車位設(shè)置點(diǎn)、面狀草本地被植物；沿道路、建筑物四周設(shè)置線狀、帶狀綠地，通過種植地方特色樹種（以灌木為主），形成當(dāng)?shù)鬲?dú)特的景觀風(fēng)貌。

考慮項(xiàng)目的實(shí)際情況，以工程設(shè)計(jì)的施工圖紙為基礎(chǔ)并結(jié)合施工工藝水平，該項(xiàng)目基坑支護(hù)擬采用SMW 工法樁+一道鋼筋混凝土支撐的支護(hù)型式；地下結(jié)構(gòu)采用順做法施工；降排水方式采用坑內(nèi)管井降水+坑周止水帷幕。其中，基坑止水帷幕采用三軸攪拌樁，具體參數(shù)如下：三軸攪拌樁采用Φ850，L=17.5 m，水泥摻量20%，數(shù)量為303 幅；SMW 工法樁H 型鋼采用H700×300×13×24 型鋼，長(zhǎng)度15 m/18 m，插二跳一/密插，數(shù)量264/196根。

結(jié)合規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工工藝等多方面考慮，該項(xiàng)目工程平面布置主要包括用地紅線范圍、基坑開挖范圍、地下車庫范圍、地上建筑范圍等4 個(gè)面積范圍。各個(gè)圍合范圍的面積參數(shù)詳見表2，具體圍合范圍示意圖具體如圖2所示。

表2 工程平面范圍面積匯總表（單位：hm2)

圖2 工程平面布置圖

4 工程豎向布置

擬建建筑場(chǎng)地地勢(shì)開闊平坦，局部稍有起伏，場(chǎng)地地面一般標(biāo)高2.35～5.32 m，總體較平緩。以1985國(guó)家高程為基準(zhǔn)，通過探勘點(diǎn)位置平面圖并經(jīng)面積加權(quán)換算，基本確定該項(xiàng)目場(chǎng)地自然地面平均高程為3.5 m。

該工程的基礎(chǔ)形式采用樁基礎(chǔ)工程，樁基礎(chǔ)承臺(tái)頂面相對(duì)標(biāo)高為-6.85 m，承臺(tái)高為800 mm，墊層厚為150 mm，由于室內(nèi)首層地坪絕對(duì)標(biāo)高為3.8 m（±0.000 m），經(jīng)計(jì)算確定建筑物區(qū)地下室范圍內(nèi)基礎(chǔ)墊層底面絕對(duì)標(biāo)高為-4.00 m。場(chǎng)地平整土方量計(jì)算中，承臺(tái)頂面相對(duì)標(biāo)高為-0.60 m，承臺(tái)高1 000 mm，墊層厚為150 mm，經(jīng)計(jì)算室外場(chǎng)地平整范圍內(nèi)墊層底面絕對(duì)標(biāo)高為2.05 m。建筑室內(nèi)地面設(shè)計(jì)及做法參考《建筑地面設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50037—2013）和擬建項(xiàng)目施工圖。

項(xiàng)目的頂板頂面相對(duì)標(biāo)高為-1.80 m，頂板面厚為250 mm，結(jié)合室內(nèi)地坪絕對(duì)標(biāo)高可確定頂板頂面絕對(duì)標(biāo)高為2.00 m。室外道路及配套設(shè)施地坪絕對(duì)標(biāo)高為3.50 m，根據(jù)相關(guān)規(guī)范及施工圖紙內(nèi)容可確定道路做法及施工要求，確定道路厚度為0.50 m。參考相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)以及工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，室外場(chǎng)地平整厚度一般取±30 cm?？紤]實(shí)際施工的規(guī)?；⒄w化、機(jī)械化和施工成本情況，該工程道路及配套設(shè)施區(qū)場(chǎng)地平整厚度取30 cm，綠化區(qū)場(chǎng)地平整厚度取45 cm。

根據(jù)《人民防空工程建設(shè)管理規(guī)定》（國(guó)人防辦字〔2003〕18 號(hào)）文件第47 條、《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50038—2005）規(guī)范3.2.2 條及該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)圖紙等確定擬建項(xiàng)目頂板覆土參數(shù)，其中道路及配套設(shè)施區(qū)頂板覆土厚1.00 m，綠化區(qū)頂板覆土厚1.15 m。根據(jù)《園林綠化工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（CJJ 82-2012）規(guī)范4.1.1 及擬建項(xiàng)目施工圖紙確定綠化覆土參數(shù)為0.45 m。擬建工程豎向設(shè)計(jì)基本參數(shù)信息匯總情況如表3所示，工程典型剖面豎向設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

表3 工程平面及豎向設(shè)計(jì)參數(shù)表

圖3 工程典型剖面豎向設(shè)計(jì)圖

5 土石方工程量計(jì)算

該文從工程學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)擬建項(xiàng)目的地貌水系特征、工程總體布局、水土流失影響因素等多方面綜合考慮，在現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)則及配套的施工圖紙上，結(jié)合項(xiàng)目施工組織設(shè)計(jì)和施工方案分別計(jì)算建筑物區(qū)、道路及配套設(shè)施區(qū)、綠化區(qū)這3個(gè)方面的土石方工程量。通過工程平面布置范圍和豎向空間參數(shù)設(shè)計(jì)，以空間立體的形式將擬建工程進(jìn)行全面解剖，運(yùn)用數(shù)值運(yùn)算法以表格的形式將該工程土石方工程量的計(jì)算過程表現(xiàn)出來，為相關(guān)行業(yè)研究以及后來學(xué)者探索提供一定的參考標(biāo)準(zhǔn)。

建筑物區(qū)的土石方工程量主要包括地下室的挖方量、場(chǎng)地平整、肥槽（工作面）的挖填方量。其中，地下室挖方量2.325 萬m3，場(chǎng)地平整挖方量0.044 萬m3、填方量0.046 萬m3，肥槽（工作面）挖方量1.045 萬m3、填方量1.045萬m3。

道路及配套設(shè)施區(qū)土石方工程量主要包括地下室開挖、頂板覆土、場(chǎng)地平整、管線工程。其中，地下室挖方量1.615 萬m3，頂板覆土填方量0.170 萬m3，場(chǎng)地平整挖方量0.160 萬m3、填方量0.060 萬m3，管線工程挖方量0.150萬m3、填方量0.100萬m3。

綠化區(qū)土石方工程量主要包括地下室開挖、頂板覆土、場(chǎng)地平整以及綠化覆土。其中，地下室挖方量1.330 萬m3，頂板覆土填方量0.161 萬m3，場(chǎng)地平整挖方量0.120 萬m3、填方量0.068 萬m3，綠化覆土填方量0.131萬m3。

該文關(guān)于土石方挖填工程量的計(jì)算均以立方元理論為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)土石方工程實(shí)際施工的挖填工程量計(jì)算需整體考慮土石方的松實(shí)系數(shù)進(jìn)行單獨(dú)換算。具體理論土石方工程量計(jì)算過程和計(jì)算結(jié)果具體如表4所示。

表4 擬建項(xiàng)目土石方工程量計(jì)算表

6 土石方平衡分析

土石方平衡分析是以土石方計(jì)算的理論方量為基礎(chǔ)，對(duì)不同狀態(tài)的土石方進(jìn)行系數(shù)換算，從工程設(shè)計(jì)及施工工藝角度對(duì)形成的土石方進(jìn)行方量參數(shù)平衡，實(shí)現(xiàn)土資源的合理開發(fā)與綜合利用。根據(jù)《水利部關(guān)于頒發(fā)＜水土保持工程概(估)算編制規(guī)定和定額＞的通知》（水總〔2003〕67號(hào)）文件中的附件《水土保持工程概算定額》附錄二-1中關(guān)于土石方松實(shí)系數(shù)的規(guī)定：以1個(gè)自然方為基準(zhǔn)，松方系數(shù)為1.33，實(shí)方系數(shù)為0.85。

通過對(duì)類似文獻(xiàn)的研究，例如張捷[8]、楊建成等人[9]、廖耀元[10]、石峰等人[11]以工程實(shí)踐中的案例為基礎(chǔ)對(duì)土石方工程進(jìn)行量化分析等文獻(xiàn)，該文提出土石方平衡分析中的土石方總量守恒原則，具體如下：第一，調(diào)入及調(diào)出總量守恒；第二，挖借方與填棄方總量守恒。

考慮計(jì)算口徑的因素并結(jié)合工程實(shí)際情況，該文將土石方計(jì)算的理論方量均換算為松方量。土石方在平衡時(shí)，除管線工程和綠化覆土的填方量根據(jù)工程實(shí)際需要按照松方計(jì)算外，其他填方量均以實(shí)方考慮。

為充分利用開挖的土石方，減少土石方外運(yùn)帶來的水土流失，經(jīng)地質(zhì)勘察和工程施工復(fù)核，該項(xiàng)目開挖的土石方最大限度用于內(nèi)部回填消化，實(shí)現(xiàn)土資源的綜合利用。由于綠化覆土的特殊需要，該工程擬采用商購(gòu)方式獲取。該項(xiàng)目不涉及取土場(chǎng)，項(xiàng)目施工所產(chǎn)生的棄方量均外運(yùn)至項(xiàng)目西側(cè)閑置農(nóng)田進(jìn)行回填利用，因此不涉及棄土場(chǎng)。根據(jù)調(diào)查，建設(shè)單位拿地前，當(dāng)?shù)卣堰M(jìn)行整平，項(xiàng)目占地范圍內(nèi)表層土灰黃色、松散，以黏性土為主，含建筑垃圾及碎磚等，無可剝離的表土，因此該項(xiàng)目不考慮表土剝離與回覆平衡。

項(xiàng)目土石方平衡分析情況及工程土石方流向情況如表5、圖4所示。

圖4 擬建項(xiàng)目工程土石方流向框圖(單位：萬m3)

表5 擬建項(xiàng)目土石方平衡分析表（單位：萬m3)

7 理論探討及建議

基于現(xiàn)行法規(guī)政策及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的框架體系，全面梳理本行業(yè)眾多學(xué)者已經(jīng)形成的研究方式、研究程序及研究結(jié)論，以實(shí)際工程為案例，對(duì)水土保持中若干重點(diǎn)問題進(jìn)行全方位深入剖析。針對(duì)上文分析的實(shí)際情況，現(xiàn)總結(jié)性地提出以下若干結(jié)論及相關(guān)建議。

（1）對(duì)土石方工程平衡問題的實(shí)證研究，不僅對(duì)土石方工程平衡體系有更全面的認(rèn)識(shí)，同時(shí)可以更微觀地探索土石方在建設(shè)中的系數(shù)關(guān)系?；谠擁?xiàng)目的研究結(jié)論來看，實(shí)際方量和理論方量比值為：挖填總量系數(shù)1.364、挖方系數(shù)1.330、填方系數(shù)1.492。

考慮工程設(shè)計(jì)及施工的實(shí)際情況，挖方工程以自然方全部轉(zhuǎn)換為松方，因此挖方理論系數(shù)為1.330；填方工程車主要存在兩種形態(tài)：一是全部由松方（系數(shù)1.330）回填壓實(shí)（系數(shù)0.85）；二是全部由松方（系數(shù)1.330）進(jìn)行回填為自然方（系數(shù)1.000），因此，填方系數(shù)區(qū)間為[1.330，1.565]；挖填方總量等于挖方量與填方量總和，因此，挖填方總量系數(shù)應(yīng)在挖方量和填方量系數(shù)之間進(jìn)行權(quán)重分配。因此，挖填方總量系數(shù)區(qū)間為[1.330，1.565]。詳細(xì)土石方工程量平衡分析系數(shù)具體如表6所示。

表6 土石方工程量平衡分析系數(shù)表

（2）水土保持的本質(zhì)源歸于對(duì)水土流失的預(yù)防和治理。水土流失主要包括水損失和土流失兩個(gè)方面。根據(jù)《水土保持術(shù)語》（GB/T 20465—2006）規(guī)范2.1.2規(guī)定，水的損失是指大于土壤入滲強(qiáng)度的雨水或融雪水因重力作用而沿坡面流失的現(xiàn)象。簡(jiǎn)單概括為，因重力的存在使得土壤無法保留入滲強(qiáng)度之外的水資源，導(dǎo)致水資源的流失。土資源的流失是由于外力（包括水力、風(fēng)力、重力、凍融等）或人力的作用導(dǎo)致土壤的流失破壞。

綜上分析，水資源的損失和土資源的流失的重點(diǎn)仍然是生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目在建設(shè)、生產(chǎn)期間對(duì)土結(jié)構(gòu)的破壞。因此，準(zhǔn)確合理計(jì)算土壤的工程量，以及土壤的合理利用（即土石方平衡分析）是水土保持重點(diǎn)關(guān)注的問題。考慮不同項(xiàng)目（如點(diǎn)狀、面狀、線狀）的特征，不同設(shè)計(jì)風(fēng)格、不同施工工藝以及不同的組織管理模式使得土結(jié)構(gòu)的破壞多種多樣，因此有針對(duì)性地探索這方面的問題，可以有效地控制水土流失，實(shí)現(xiàn)水土保持目標(biāo)。

（3）由于水土流失存在的客觀性，水土保持的相關(guān)措施顯然尤為重要。如何更為高效簡(jiǎn)捷、科學(xué)合理地實(shí)現(xiàn)水土保持措施系統(tǒng)化、理論化地運(yùn)用于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是今后學(xué)術(shù)探索和工程實(shí)踐的重點(diǎn)。