填海开发项目土方计算与平衡

王卫东，于冉冉，吴红营

(青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东青岛 266555)

填海开发项目土方计算与平衡

王卫东，于冉冉，吴红营

(青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东青岛 266555)

研究了填海人工岛开发中的土方计算、平衡原则、技术路线、方法及不确定因素，通过实际项目进行实践，使得项目的土方调运、地基处理和地块规划建设有机结合，提高了土方平衡项目的成本控制、工程管理、分时开发的效率，为建设方提供了有力的决策依据。

填海;人工岛;土方计算;平衡

0 引言

填海开发是应对沿海用地紧张或者因需配合规划等原因而需要将海岸线向前推，用人工建设的方式扩充土地面积［1］。填海开发工程“三通一平”要求中最重要的是“一平”，牵扯到土方总量计算、平衡高程计算、土方调配方案。三个关键因素关系着整个工程的工期、成本以及项目的成功度。

青岛西海岸名人岛位于青岛西海岸经济新区中央商务区南部，面积161.4 hm2，全部为填海造地。为使地块范围填挖平衡，避免土方多填和少填，避免建筑单体建设过程中内部多次倒运，建设方确定进行土方平衡相关研究和设计。

工程自2013年7月启动，2014年12月基本填筑完成，土方的计算和平衡对填海工程土方控制发挥了重要作用。通过Google earth历史时间功能，记录2012年10月、2013年8月、2014年2月、2014年6月不同时间点填海影像，还原填筑过程，见图1。

1 土方平衡和调配原则、技术路线

(1)土方平衡和调配原则

采用多种方法计算，反复校核，提升精度，减少误差;科学、合理安排土方调运，力求土方调运距离、次数、数量最小［2］;土方调配不仅要契合空间调配要求，同时要满足时间调配要求(开发时序);分区调配应与全场调配相协调，避免只顾局部平衡，任意挖填而妨害全局平衡。

(2)土方平衡和调配技术路线

土方填挖平衡是指目标平面以下地下空间开挖出土石方量与目标平面以上至规划标高需要填筑土石方量相等，即可保证在“三通一平”提交各板块填海高程面以后，后续建设填海区各板块间土方借方和弃方均为零，以此确定的目标面即为填海平衡面。

图2为填海平衡立体解剖图。

图2 填海平衡立体解剖图

为确定总体填筑高度和填筑数量，须进行整体平衡，同时对各业态、各地块进行分地块平衡，以明确不同业态、地块填筑高程、填筑土方量，以及各业态和地块之间土方调配量。

分板块(地块)平衡:将整体分为若干个板块(地块)，分别平衡，获取每个板块(地块)平衡面、后期建设不再考虑板块间的土方调配。减少土方二次调配距离和数量，节约后期建设投资。

2 土方计算方法

常用的计算方法主要有等高线法、断面法、方格网法、DTM模型法4种。

(1)等高线法(见图3)

图3 等高线法示意图(单位:m)

当地面起伏较大、坡度变化较多时，可采用等高线法估算土石方量，在地形图精度较高时更为合适。平原地区一般不采用该方法。

实际操作中有切片法和环柱法两种。

切片法:第i分层的体积为

环柱法:第i分环的体积为

(2)断面法(见图4)

图4 断面法示意图(单位:m)

按照等距分段，每段分别计算填挖方面积，每段体积为分段填挖方平均乘以其间距。适用于带状地形土石方计算。

(3)方格网法

方格网法土方计算适用于地形变化比较平缓的地形情况，用于计算场地平整的土方量计算较为精确。

建立地形的坐标方格网，方格网的一边与地形等高线或场地坐标网平行，大小根据地形变化的复杂程序和设计要求的精度确定，边长一般常采用10 m×10 m或20 m×20 m(地形平坦、机械化施工时也可采用50 m×50 m)。求出方格各个角点的自然标高、设计标高。

(4)DTM数字地形模型法［3］

根据实地测定的地面点坐标(X，Y，Z)和设计高程，通过生成三角网来计算每一个三棱锥的填挖方量，最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量，并绘出填挖方分界线。理论上精度最高。软件南方CASS、天正土方、飞时达、湘源竖向等，该项目采用飞时达土方计算软件进行计算。

3 填海土方量及平衡标高的计算

根据已有设计输入条件，结合工程实际，此次主要采用等高线法结合EXCEL人工计算，同时采用DTM模型法进行校核。

(1)理论计算:以EXCEL配合，对分块地块平均高程和面积确定平衡高程。计算公式:

式中:hn为地块n的填海高程理论值;为地块n的平均设计高程;Vn为地块n的地下空间体积;An为地块n的面积;n为第n个地块，n=1，2，3……n。

(2)DTM法数字化模型计算:建立模型借助土方设计软件进行计算。

a. 设计范围:场地红线内范围，各地块分别计算;

b. 采用10 m×10 m的方格网划分区域;

c. 采集设计等高线离散数据、规划道路交点数据，场地边缘高程采用堤坝顶部设计高程。

(3)对两种土方计算结果进行误差分析，确保误差在1/100以内，完成计算。

(4)填海总高程=规划地坪平均高程-地下室体积/总面积-不确定因素估值。

(5)填海土方量=(平衡高程-海底平均高程)×地块总面积。

4 不确定因素及土方调配

填海平衡高程、土方量计算和土方平衡结果取决于土体的诸多不确定因素(绿化种植土、路面结构、地基处理沉降、工后沉降、松散系数、土体损耗、土壤类型、控制高程点等)［4］。

(1)种植土

种植土是影响土方量的因素之一，通过查阅相关资料，种植大乔木需换填厚度1.2～1.5 m，种植灌木需换填厚度0.8 m，植草需换填厚度0.4～0.5 m，本次设计按照种植土80 cm厚度考虑。绿化率根据青岛西海岸名人岛分地块控制性指标中各地块绿化率及面积，采用加权平均法可得场区整体减少厚度为0.22 m。

(2)道路路面结构

考虑到道路施工需挖路槽，将减少部分土方量，计算土方量按照常规确定路面结构厚0.6 m。

(3)地基处理沉降

以开山石和杂填土为填料的场地建议采用强夯法进行地基处理［5］，以减小瞬时沉降。根据笔者在青岛高新区、开发区对软土地基处理经验，5～12 m深淤泥，采用真空预压处理，过程沉降在70～80 cm，但江浙等地相关经验报告分析，类似深度可以达到1.7～2 m。此次结合现场试桩夯沉量，考虑回填土体主要以石方为主，且海底地基相对较好，此处确定沉降量为100 cm。

(4)工后沉降

地基处理完成仍有一定工后沉降，主要取决于海底砂层及软土厚度、回填材料、沉降时间等。按照道路工程地基处理工后沉降要求次干路、支路不大于30 cm，暂定30 cm。

(5)土体损耗

主要包括地下室开挖倒运损失、水冲风吹流失等。初步按照倒运土体积的2%考虑，增加高度5 cm。

填海范围内不同地块土方的调配是土方成本控制的重要内容。不同地块间各自平衡量与总平衡量的差即为内部调配量，遵从就近调配原则进行调配。

5 结语

通过对青岛西海岸名人岛计算和平衡，获取了“三通一平”填海平衡高程以控制填海，获取填海土方量以规划取土场和土方成本，同时获取的分地块填海高程为不同地块调配提供了工程量，达到了预期目标。

实际土方平衡过程相当复杂和繁琐，共计算和编制报告三十多轮，逐步指导和规划填海项目的进行，确保取土场、资金、工期、运输车辆、人员的合理规模和合理范围。本文对一般填海开发项目土方平衡的技术路线、计算方法、土方调配方法进行总结和应用，积累了一定的土方填筑控制经验，在成本控制、工程管理、分时开发等方面取得了较好的效果。

［1］ 颜宇.强夯法在填海造陆地基处理中的应用［J］.中国科技博览，2012(15) :153-154.

［2］ 杨传然.土方工程量计算及场地土方调配探讨 ［J］.科技传播，2011(11) :72-73.

［3］ 谢宗繁，王文贯. DTM模型法在土石方计算中的应用［J］.水利规划与设计，2010(4) :34-35，68.

［4］ 杨玉奎.关于建设用地土方工程若干问题的探讨［J］.城市道桥与防洪，2013(7) :366-368.

［5］ 廖陈林，陈阳亭，郑慧振.强夯法在围海造地地基加固中的应用［J］.港工技术， 2010， 47(3):47-49.

TU751

B

1009-7716(2015)04-0192-03

2014-12-10

王卫东(1979-)，男，陕西合阳人，工学硕士，工程师，主要从事市政路桥设计工作。