車輛段與綜合基地建設的土石方計算研究

李繼吳坤

（中冶賽迪工程技術股份有限公司，400013，重慶∥第一作者，工程師）

城市軌道交通車輛段與綜合基地（以下簡稱”車輛段”）是專為列車停放、整備、維護及檢修的場所。根據經驗，1條地鐵線路一般設置1個車輛段和1個停車場，超長線路甚至需設置2個停車場或2個車輛段。每個車輛段或停車場由于占地面積大，在其建設過程中均會產生較大的土石方工程量。特別是部分設置在山地或丘陵地區(qū)的車輛段，其土石方工程量甚至多達上百萬m3。例如，重慶軌道交通10號線某車輛段的土石方挖填工程量接近360萬m3，直接投資額過億?？梢?，通過精細化研究土石方計算以節(jié)約車輛段建設投資尤為必要。

1 土石方工程量計算

1.1 計算方法的選擇

目前，可采用的地鐵車輛段土石方計算方法有橫斷面法和方格網法。相較而言，橫斷面法更為普遍。

1.1.1 橫斷面法

橫斷面法計算過程為：首先，沿著車輛段基線方向，每間隔30～40 m取1個紅線范圍內的勘測斷面（局部地形復雜地區(qū)加密間隔）；然后，獲取各斷面的地面線資料，并輸入到計算機系統進行橫斷面設計；最后通過橫斷面設計，可得出橫斷面i的土石方填挖面積Si挖和Si填（如圖1所示）。

圖1 斷面法土方計算示意圖

相鄰斷面i與i+1之間的挖方和填方分別為：

Vi挖=（Si挖+S（i+1）挖）（Ki+1-Ki）/2（1）

Vi填=（Si填+S（i+1）填）（Ki+1-Ki）/2（2）

式中：

Vi填，Vi挖——分別為第i與i+1斷面之間的土石方填挖量；

Ki，Ki+1——分別為第i與i+1斷面的里程。

1.1.2 方格網法

方格網法常用于市政民建工程設計，其計算過程為：將車輛段紅線范圍內用地根據工藝需求標高不同劃分為不同設計區(qū)塊，并將每個設計區(qū)塊劃分為多個邊長為a的小方格。其中，a≤20 m，在局部區(qū)域a可取10 m（如圖2所示）：

圖2 方格網法土方計算示意圖

通過計算機測算出每個方格點的施工高度，則可知第j個方格內的填挖方量為：

Vj=a2（h1+h2+h3+h4）/4

式中：

h1，h2，h3，h4——分別為方格各角點施工高度；

a——方格邊長。

1.1.3 計算方法選擇

上述兩種計算方法在工程實踐中均偶爾會出現設計計算工程量與施工過程中實際發(fā)生量差別較大的情況。經分析，采用橫斷面法時，斷面間距布置較大（多數大于或等于30 m），會導致基礎數據采集量較??；采用方格網法時，盡管基礎數據采集量更大（方格邊長較小，多數小于或等于20 m且為垂直雙向取點），但該計算方法更適用于場地原始地形較為平整、場區(qū)設計標高變化不大、場區(qū)支擋結構產生土石方工程量小或者占總土石方工程量比例很小的項目，但不能實際反映場地局部區(qū)域的微小地形變化及支擋工程產生的土石方工程量等。

綜上分析，在方案比選等對土石方工程量精確度要求相對不高的設計階段，方格網法得益于軟件技術的發(fā)展可作為首選；當設計成果對土石方工程量精確度要求較高時仍應采用橫斷面法，但應減小斷面間距至不大于20 m以提高計算精確度，且應在地形變化較大的地段增加橫斷面數量。同時，為減少勘察工作量，勘測單位只需針對個別斷面進行工程勘察，而其他斷面提供測繪斷面即可滿足要求。

1.2 土石比的確定

當采用方格網法進行土石方計算時，由于計算過程中不體現相關地質勘察數據，故最終計算工程量不能將產生的土方與石方區(qū)分開來。而土方和石方的施工單價相差很大，因此土石比的確定對土石方工程總造價的直接影響很大。

以重慶《兩江集團建設項目投資估算參考指標》為例，挖土方的單價約為爆破挖石方單價的1/3～1/4，約為機械開挖石方價格的1/10。然而，勘察文件一般不會直接提供土石比數據，在具體設計過程中多由設計人員根據經驗確定，從而可能使最終土石方工程造價產生較大誤差，導致施工單位和審計單位的后續(xù)工作均難以做到有理有據。

通過方格網法對場地平整（以下簡為“場平”）區(qū)域進行零線繪制，確定場區(qū)內挖方區(qū)范圍，將挖方區(qū)范圍在對應的每一個勘察剖面圖上標示出來，并分別計算出該斷面挖方土層面積S土和挖方巖層面積S巖。

則土石比P為：

P=∑S土/∑S巖

需要說明的是，即使勘察文件提供了土石比相關數據，也僅可作為參考。由于勘察文件的數據針對整個場區(qū)，而設計所需的土石比僅針對場平挖方區(qū)，故精確的土石比取值仍需按公式計算。

1.3 清表、清淤及排水工程量的計算

進行車輛段場坪施工前，植被、草皮、樹根、雜填土、雜物、耕植土、腐殖土、淤泥及淤泥質土等應清除干凈。由于清表、清淤的土方均需外運，且單價很高，故有必要精確計算該部分工程量。

清表工程量可按經驗將整個場區(qū)取15 cm、30 cm或50 cm等厚度予以估算。但此做法的誤差較大。精確計算時應將整個場區(qū)按現狀及地質情況進行分區(qū)，分別確定清表厚度，再予以計算。例如，一般情況下，腐殖土區(qū)清表厚度為100 cm、林地區(qū)清表厚度為50 cm、植草區(qū)清表厚度為30 cm、巖石出露區(qū)清表厚度為10 cm、建筑物和水塘區(qū)域不需清表。經分區(qū)計算后，將挖方區(qū)和填方區(qū)的清表工程量分別統計為V挖表和V填表。

水塘區(qū)域清淤工程量及排水工程量（不含拋石擠淤等其他處理方式）亦需分別統計每個水塘的面積、儲水平均深度及淤泥層平均厚度（根據地質斷面估算）等進行計算。統計得到挖方區(qū)水塘清淤工程量V挖淤、填方區(qū)水塘清淤工程量V填淤、挖方區(qū)水塘排水工程量V挖水及填方區(qū)水塘排水工程量V填水。

1.4 基槽余土的計算

基槽余土包括建（構）筑物基礎、機械設備基礎、地下工程、道路及管線等開挖土石方量。該部分土石方量在場地“三通一平”后的施工過程中需被開挖及換填，又被稱作二次土石方工程量。針對車輛段與綜合基地，基槽余土主要體現在建構筑物樁基承臺、建筑物地下空間、支擋結構、暗埋涵洞隧道及埋地管線等方面。

基槽余土沒有特定的計算方法。建構筑物及支擋結構的余土工程量約等于其樁基承臺及支擋結構本體混凝土量，建筑地下室及暗埋涵洞隧道等的余土工程量約等于其本體占用地下空間的體積，埋地管線等余土工程量較小，一般適當估算即可。

在場平施工時，由于房屋建筑和檢修設備工程尚在設計中，無法考慮其基槽深度和設備基礎的挖方量，故可參照類似工程經驗或者上一階段的設計資料對可能產生的基槽工程量預估予以考慮。針對大部分地質條件較好的車輛段，該部分工程量不會太大。但針對處于深回填區(qū)或部分區(qū)域填方量大的車輛段設計項目，由于需滿足地鐵對路基沉降量控制的高要求，相應的基礎工程量會增加較多，進而導致基槽余土工程量增加。另外，現在很多車輛段由于考慮上蓋開發(fā)，上蓋部分建筑單體的結構設計荷載大幅增加，建筑由鋼結構轉換為混凝土結構，建筑跨距減小，無形中會再次導致建構筑物基礎工程量（即基槽余土工程量）陡增。例如，重慶某停車場計算所需總填方量約為40萬m3，基槽余土工程量達約20萬 m3，占 50%。

因此，在車輛段的土石方計算過程中需重視基槽余土V基。

1.5 松散系數的取值

由于土壤的可松性，故天然密實土挖出來后體積會擴大，擴大后的土體體積V2與天然密實土的體積V1的比值k1為最初松散系數；將這部分土轉到填方區(qū)壓實時，壓實后的體積也比最初天然密實土的體積要大，壓實后的體積V3與天然密實土體積V1的比值k2為最終松散系數。

松散系數的取值主要根據挖方區(qū)的地質情況，一般憑經驗確定。土質k1一般取1.1～1.3，巖質k1一般取1.3～1.5；土質k2一般取1.01～1.1，巖質k2一般取1.1～1.2。

1.6 土石方平衡設計

計算土石方，不僅要算出天然挖方體積、所需的天然填方體積，還要考慮土石方量的平衡，即在同一場地中應能將挖出來的土石彌補填方，并盡量使二者基本相當，以節(jié)省投資，縮短施工工期。

土石方平衡的關鍵在于確定合理的場平設計標高。部分車輛段場平標高設計僅考慮了線路運行條件、周邊市政設施接駁條件及最高洪水位等部分因素，卻忽略了場地的土石方平衡設計，未對場平設計標高進行試算和調整，從而導致填挖方相差數十萬m3的情況出現，造成施工成本和時間成本的巨大浪費。由于場平設計標高的確定一般為方案設計階段內容，對計算的精確度要求相對不高，因此方格網法宜作為首選。

土石方平衡并不意味著計算出來挖方體積等于填方體積即可，而應該綜合考慮土壤松散及基槽余土等因素的影響。

根據上述分析，場區(qū)最終土石方挖填工程量分別為：

V挖=（V計挖-V挖表-V挖水-V挖淤）

V填=（V計填+V填表+V填水+V填淤）

當土石方量平衡時：V挖×k2=V填-V基

需外運清淤及清表工程量為：

V清=V挖表+V挖淤+V填表+V填淤

2 結語

在車輛段的設計過程中，土石方工程量巨大，費用極高，一直是工程建設過程中各方關注的重點。在實際工程中，經常遇到因土石方量計算值與現場實際發(fā)生量間的誤差而產生的糾紛，特別在部分總承包的工程項目中尤為明顯。本文針對車輛段土石方計算工作在計算方法的選擇、土石比的取值、清淤清表及基槽余土工程量的確定、松散系數的選取，以及土石方平衡方面進行了精細化土石方計算研究，以提高土石方量計算的準確性。

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