基于项目区土石方挖填平衡计算探讨

孙志强

(铁岭市水利事务服务中心，辽宁 铁岭 112000)

1 概述

在城市化的过程中，大规模的基础设施建设将会破坏原有地形和植被，在某种程度上，造成人为的土壤侵蚀。一旦发生，就会对人们的生活造成威胁。尤其是在城市发展的各个不同阶段，土壤和废物的意外堆积以及为建设而不定期地挖掘土壤等问题，会导致洪水、泥石流和其他灾害，考虑到城市开发建设项目中的土石平衡问题，开展城市土壤侵蚀研究，为提高城市水土保持和实现城市经济可持续发展提供技术支撑具有重要意义。项目区位于大连市金普新区拥政街道九里村，南侧紧靠华润新地块，东侧紧临202国道，西侧靠近永安大街，北侧为九苑小区。项目区规划占地5.59hm2，主要建有14栋住宅(1～14)、1座公建(15)、1个幼儿园(16)和1个地下车库(17)及配套设施等，总建筑面积131947m2。3#楼、15#公建和16#幼儿园位于项目区建设区东北角，其余建筑物在项目区内横纵对齐、均匀分布。考虑2#～4#建筑和6#～11#建筑全部或部分位于17#地下车库上方，基底面积主要是17#地下车库基础占地面积和其余建筑占地面积，基底面积约3.07万m2。区内道路随建筑物分布延伸，呈环通式布置。项目区共设2个车行出入口，位于项目区建设区北侧和东侧。小区内设停车位1285个，其中地上车位642个，沿小区道路分布。区内建筑均匀排布，各建筑物之间通过硬化(砖铺)衔接，区内景观小品设计错落有致。

项目区地处辽宁南部，土壤类型属暖温带落叶阔叶林棕壤带[1]，平均林草覆盖率约30%。该工程涉及土壤为棕壤性土、棕壤，棕壤又称为棕色森林土，是大连地区分布最广、面积最大的地带性土壤。属于北方土石山区的水力侵蚀类型，属于轻度侵蚀。该区建筑物层数3～23，层高2.90～4.80m，设计檐口标高70.80～135.10m，设计室内平均底标高54.50～64.20m。17#地下车库设计室内标高49.85～57.50m，车库层高3.65～6.65m。车库顶板平均覆土厚度1.80m(含绿化覆土层和硬化结构层)。地势西北高东南低，主体设计室外场地标高53.90～64.00m，总体坡度2°。项目区外为市政道路标高54.62～61.78m，项目区与市政道路和其他地块通过规划绿地或景观硬化顺接[2]。设计16#幼儿园地势略高并布设107m围墙。

2 土石方平衡

根据项目区建设场地原地貌及主体工程建筑结构、形式及施工组织等[3-4]，确定项目区挖填方主要为建(构)筑物基坑与基础挖填方、场平工程、管沟挖填方、地下车库上方回填覆土和绿化种植土回覆。

2.1 坑挖填方

2.1.117#地下车库(不含建筑)基坑挖填方

根据规划17#地下车库占地面积约为2.17hm2。考虑原地貌平均高程59.12m，设计室内标高49.85～57.50m，设计室内底板平均顶高程为54m，设计室外平均标高59.50m。其底板厚度0.35m，垫层0.10m。原地貌平均高程高于设计室内平均顶标高，底板及垫层厚度0.45m，需要下挖5.57m。考虑挖至底板垫层底，再挖基础。基坑放坡坡比1∶0.5，考虑0.50m的工作面L，扩挖回填至设计室外平均标高。

计算公式为：

H=H地貌-H室内+h底板+h垫层

(1)

式中，H—开挖平均深度，m；H地貌—原地貌平均高程，m；H室内—设计室内平均底标高，m；h底板—底板厚度0.35m；h垫层—垫层厚度0.10m。

S挖截=(2L+0.5H)·H/2

(2)

式中，S挖截—挖截面积，m2；L—基坑长度，m。

W扩挖=L·S挖截

(3)

式中，W扩挖—扩挖量，m3；L—基坑长度，m。

W开挖=S占地·H+W扩挖

(4)

式中，W开挖—开挖量，m3；S占地—占地面积，m2。

如设计室外平均标高>原地貌平均高程，则扩挖回填量计算公式为：

W扩挖回=W开挖+(H室外-H地貌)·L

(5)

式中，W扩挖回—扩挖回填量，m3；H室外—设计室外平均标高，m。

如设计室外平均标高≤原地貌平均高程，则W扩挖回=W扩挖回。计算结果详见表1。

表1 17#地下车库基坑挖填方计算表

2.1.2车库外建筑物基坑挖填方

建筑物采用桩基础和独立基础，考虑原地貌平均高程低于设计室内底板垫层底标高，基坑需要垫填，垫填至底板的垫层底[5-8]；原地貌平均高程高于设计室内底板垫层底标高，需要下挖，挖至底板的垫层底，基坑放坡坡比1∶0.5，考虑0.50m的工作面，扩挖回填至设计室外平均标高。计算结果详见表2。

表2 建筑物基坑挖填方计算表

2.2 基础挖填方

2.2.1桩基础挖填方

计算公式为：

W承台挖方量=(H+h垫层-h底板垫层)·
(A+1)×(B+1)·n承台数量

(6)

V承台=(H+h垫层-h底板垫层)·A·B·n桩数量(7)

W总挖方量=(W承台挖方量+W桩挖方量)·(1+30%)

(8)

W填方量=W承台挖方量-V承台

(9)

式中，W承台挖方量—承台挖方量，m3；H—承台厚度，m；h底板垫层—底板垫层厚度，m；A—桩底边长，m；B—桩底边宽，m；n承台数量—承台数量；n桩数量—桩数量；V承台—承台下部体积，m3；W总挖方量—挖方量，m3；W桩挖方量—桩挖方量，m3；W填方量—填方量，m3。

根据施工设计图，1#～6#、11#、12#楼基础形式为桩基础，7#、10#、13#楼基础部分采用桩基础，采用钻(冲)孔灌注桩，桩径D为700mm，平均桩长为30m。承台厚度0.80m，基础下垫层厚度0.10m，工作面0.50m。地梁方量按照基础方量的30%计取。填方为承台的工作面(0.50m)回填。经计算总挖方量为16549m3；填方量为1230m3，计算结果详见表3。

表3 桩基础挖方计算表

2.2.2柱下独立基础挖填方

计算公式为：

W下部挖方量=n独立基础数量·(h-h底板垫层+h垫层)/3·

{(A·B)+[A+2·(h-h底板垫层

+h垫层)/tan60°]·[B+2·(h-h底板垫层

+h垫层)/tan60°]+{A×B×[A+2×

(h-h底板垫层+h垫层)/tan60°]×[B+2

×(h-h底板垫层+h垫层)/tan60°]}0.5}

(10)

式中，W下部挖方量—基础下部挖方量，m3；n独立基础数量—独立基础数量；h—柱下独立基础厚度，m；其余变量含义同前文所述。

根据施工设计图，8#、9#、14#、17#楼基础形式为柱下独立基础，直接浇筑，不扩挖，回填量忽略不计。地梁方量按照基础方量的30%计取。计算挖方量为1685m3，计算结果详见表4。

表4 柱下独立基础挖方计算表

2.2.3独立柱基础挖填方

计算公式为：

W独基挖方量=[A+2·(h工作面+h垫层)]·[B

+2·(h工作面+h垫层)]·(1+h1+h2

+h3+h垫层)·n数量

(11)

V独基体积=[h垫层·(A+0.2)·(B+0.2)

+1·a·b+h1·A·B+h2·A1·B1

+h3·A2·B2]·n数量

(12)

W挖方量=W独基挖方量+W独基挖方量·30%

(13)

W填方量=W挖方量-V独基体积

(14)

式中，W独基挖方量—独立柱基础挖方量，m3；A—底边长度，m；B—底边宽度，m；h工作面—工作面厚度，m；h垫层—垫层厚度，m；h1、h2、h3—底边到顶部棱台每层厚度，m；V独基体积—独立柱基础体积，m3；a—顶边长度，m；b—顶边宽度，m；W挖方量—挖方量，m3；W填方量—填方量，m3。

表5 独立柱基础挖方计算表 单位：m

综上所述，建筑物基础挖方2.21万m3，填方0.36万m3。

2.3 场平工程挖填方

根据项目区原地貌图和规划设计图，地下车库基坑外原地貌平均高程与设计室外平均标高(扣除绿化或硬化结构层厚度0.30m)有明显高差，需要挖填场地，经表6计算，场平填方量为0.27万m3，挖方量1.88万m3。

表6 场平填方计算表

2.4 地下车库覆土回填

地下车库上方未建建筑物的区域需要覆土回填为地面后，进行绿化或硬化工程。覆土面积为地下车库占地面积扣除地下车库上方建筑占地面积。经计算，覆土回填量为3.51万m3。计算见表7。

表7 地下车库覆土回填计算表

2.5 绿化种植土回覆

项目区绿地面积1.96hm2，种植土平均厚度按0.30m计算，则回填方量为0.59万m3。

2.6 管沟挖填方

项目区雨水沟长度2460m，污水管长度1376m，考虑管沟挖深1.5m，底宽1m，放坡坡比1∶0.5。经计算，管沟挖方量1.25万m3，挖方堆在管沟两侧，后回填并压实，填方量1.20万m3。

2.7 挖填方汇总

项目区挖方为20.13万m3，填方为7.82万m3，借方为6.35万m3，其中外购种植土0.59万m3，外购土石方5.76万m3，余(弃)方18.66万m3，由土石方单位运至垃圾处理厂场地平整，余(弃)方防治责任由接收单位负责[9-10]。借方主要来自业主单位自有房地产项目，土石方购买的防治责任由供方承担，不包含在项目区中。采用封闭式运土车辆并苫盖，避免造成撒漏，挖填方汇总详见表8—9。

表8 挖方量汇总表 单位：万m3

表9 填方量汇总表 单位：万m3

2.8 挖填方平衡

经计算，项目区挖方为20.13万m3，填方为7.82万m3，借方为6.35万m3，余(弃)方18.66万m3。据上述挖填方计算，对项目区挖方、填方和余方进行平衡计算，见表10。

表10 土石方平衡表 单位：万m3

3 结语

土石方开挖和填方平衡是一种技术手段，可以帮助项目工程管理土石方处理，提高施工效率，避免不必要的投资，实现了开挖和回填的平衡，缩短了施工时间，降低了施工成本，提高了施工质量。同时土石方平衡计算是又水土保持规划的一个重要组成部分。如果土石方平衡计算不合理，后续的规划设计就没有技术支撑，通过对金普新区拥政街道九里村项目区土石方开挖和填方平衡计算，土石方挖填都在项目建设区域内实施，有效减少了扰动地表面积和土壤流失。随着工程技术的不断更新和发展，相信未来的土石方开挖和回填技术将更加高效和实用，从而带动其在建筑领域的应用。