浅谈在山区填挖方土的工程应用

浅谈在山区填挖方土的工程应用

土木工程工程计算的精度直接影响项目的成本和施工时间。特别是在山区，方工程量相对较高，单项工程投资占总投资的约10%。这是气田设计的主要技术指标之一。因此,土石方工程计算的准确性十分重要,对土石方工程计算进行分析,并提出相应的改进措施。1清初数据1.1规范对仪器测量精度和测量地形的要求地形测量包括现场勘测及内业成图两个阶段。现行工程测量规范如GB/T50537—2009《油气田工程测量规范》,虽然对测量仪器工具精度、现场勘测及内业成图均提出了相关要求,但测量地形图与实际地形仍然存在一定的误差。1.2储模量及处理建议地质勘察报告中包含与土石方计算相关的信息,如,压缩模量、土层性质及厚度、渗透系数及地基处理方式的建议。通过对相关数据的查阅,利于合理调配土石方,确定沉降系数和综合松散系数等数据。1.3利用单一地质情况相似工程计算模型除上述必备资料外,设计人应搜集其他相关资料以供借鉴。如,收集一些地质情况相似的工程,参考其土石方计算数据;进行现场调研,对地形地貌及岩土断面有一个直观认识,有助于后续设计中土石方的计算等等。2计算和分析岩石土石方计算包括场地平整、表层耕植土处理、建构筑挖方、土石方松散系数、场地沉降系数、土石方调配等几项内容。2.1双截面法和断面法场地平整是根据地形测量图和竖向设计标高,利用土石方计算方法,将自然地形改造成工程上所需要的地形。场地平整时兼有填方和挖方,这部分土石方量是土石方计算中最基本的数据。在场地平整中通常采用土石方计算软件进行计算(如GPCAD、TFT等),常用的计算方法有断面法和方格网法,断面法适用于地形起伏较大的区域;方格网法应用广泛,对于地形平缓和台阶宽度较大的场地更为适用。一般在山区建设的项目,这两种计算方法会同时使用。式(1)中:±V——挖填土石方量,m3(+为填方,-为挖方);a2——方格边长,m;通常取10～20m;h1、h2、h3、h4——四角点的挖填高度,m。方格网法计算时,方格边长a越小,精度越高。但限于(1:500或1:1000)图面表达,方格边长不宜小于10m,通常取20m。断面法计算工序较为复杂,根据设计计算要求,需进行相关的横断面测量。一般情况下,横断面要求垂直于围墙、道路、铁路等范围内的条形构筑物,便于精确计算。通过断面图的绘制和计算,得出各个断面图的面积,进而得出相邻两断面间的填挖方量。2.2分层腐蚀,引起分层。据外部分表层耕植土中含有大量有机质,可能发生腐烂、发酵等生化反应,引起体积膨胀或萎缩,对地基的稳定不利;某些耕植土呈酸性或碱性,对地基造成不同程度的腐蚀,引起分层。因此,表层耕植土应进行处理。一般情况下,对表层耕植土予以清除。清除厚度应根据地质勘察报告和现场实际情况,再结合经验数据进行确定(见表1)。当场地内有大型树(群)时,清除厚度会达到0.4m或更多。对于填方高度达到2m以上的地段,可以保留耕植土,只清除植物根系。另外,条件许可时可以保留耕植土。根据耕植土的具体成分对表层耕植土过筛,必要时添加石灰或水泥,作为基础持力层使用。此时耕植土不作为外运土方。2.3建筑物的钻孔油气田工程中建构筑种类繁多,工程做法各异,其挖方量是土石方计算中较难于统计的一部分。2.3.1储油罐基础形式根据储油罐环梁基础深度及储油罐横截面积求得挖方总量。在计算过程中需要注意储油罐的基础形式,如,油库储罐区设置于一个削平的石山上,由于自然地基承载力达到设计要求,环梁没有设置人工基础,而是在平整后的场地上直接建造环梁,此时储油罐将不产生挖方量。2.3.2雨水池污油气田工程中的含油污水处理池、雨水监控池、消防水池及化粪池等,通常为地下或半地下式,容积较大,根据其建筑形式计算相应土方量。2.3.3工程做法相异生产区、办公区、装卸区等由于不同的使用要求,工程做法相异。铺装场地挖方量计算式为:式(2)中:q总——挖方总量,m3;f——平整场地面积,m2;h——结构层厚度,m。2.3.4不同基础形式的挖方量建筑物基础形式有条形基础、独立基础、伐形基础、箱形基础等,不同的基础形式挖方量差异较大。油气田工程中建筑物通常采用条形基础,在施工过程中往往将出土全部回填,其挖方量甚至可以忽略不计。2.3.5墙身土方量的计算根据围墙、防火堤及挡土墙的基础形式及长度即可求得相应的挖方量。当挡土墙横截面积较大,长度较长时,墙身挖方不可忽略。应结合GPCAD(总图规划设计软件)中区域边界线的绘制位置,计算墙身土方量。在某油库设计中,挡墙地上部分横截面积6.6m2,长度420m,产生了2772m3的挖方。2.3.6基土材料的基础薄弱埋地管道及其附件、排水沟、通信照明灯具基础、地下卧罐、各种管墩等,理论上在设计中应对这些挖方逐一计算,但是,在实际设计中,设计人员往往根据经验取得一定数值或忽略不计。此外,当工程地基局部为特殊性岩土时,某些建构物基础会做出相应的地基处理措施,如,置换湿陷性黄土,在软土地基中掺加石灰等。在计算时要将这部分的填挖量计入土石方总量中。2.4分散系数d土石方平衡时,除场地平整的土石方外,应考虑土石的松散性质,即土石方松散量。不同种类土石的松散系数不同,土壤松散系数见表2。2.5生物处理方法强夯是对软弱地基进行强化处理的措施之一,主要用来提高地基的承载力,减少压缩性,使建构筑下沉量控制在允许的剩余沉降范围内。目前,软土地基沉降的计算方法很多,但是,由于软土的复杂性,对其进行准确预测是很困难的。在实际工程中,经常采用反分析方法,即,通过实际观测信息反演确定物理力学参数模型,再对后期沉降进行预测。当不具备专业团队予以配合的条件时,设计人可以参照沉降计算经验系数进行取值,详见表3。对软弱土地基进行强夯处理时,回填土石方量的计算公式为:式(3)中:q实——场地的实际填方量,m3;q理-场地的理论计算填方量,m3;——沉降系数。在某油库一期工程中,场地软土层厚0.4～55.5m。在设计中,利用低能级强夯方法对软弱地基进行排水固结处理,设计沉降系数取值0.7,理论沉降量达到136×10m43。施工期间,根据堆载预压实验结果,实验区207天实际沉降量达到1.4m,与沉降系数取值基本吻合。2.6填挖方区土方调配方案土石方调配是对挖土的利用、堆弃和填土的取得。在设计中,需要确定填挖方区土方的调配方向和数量,划出填挖边界线(即零线),列出土方调配方案表。在土方调配过程中,需要将以下土方量计入土石方工程总量中。2.6.1填土的种类砂土、爆破石渣及含水量符合压实要求的黏性土可作为填方土料。淤泥、冻土、膨胀土、有机质含量大于8%的土、硫酸盐含量大于5%的土以及水含量大的黏土均不能做回填土。土石方工程中,需要结合地质勘察报告,计算出不符合回填要求的土方量。2.6.2回填造林地基表层耕植土经常予以清除,但是,它却是绿化中上好的资源,应回填至绿化区域或应用于边坡复绿,尽量消化掉这部分土方。多余耕植土可用于本地的土地恢复。2.6.3针对不同的地下水位的需求设置黏土隔水层油气田工程中,为了避免地上固液废弃物对地下水的影响,经常需要设置黏土隔水层。同时,当地下水位高,回填土透水性较大时,为了避免降雨引起地基的沉陷,也需要设置黏土隔水层,其厚度约为0.3～1.0m。土石方计算时,应根据地质勘察报告,查看场地现有黏土渗透系数是否达到要求,然后确定回填、外运及外购量。2.6.4山地合成社会主义新技术根据勘察数据,当地基土石性质达到工程用料要求时,可以通过与业主和施工方的协商及方案比选,将挖方作为建构筑物的供料。某油库一期工程中,将爆破后的山体石料按粒径进行挑拣利用,用来砌筑挡土墙、围墙、防火堤和排水沟等,将石子现场加工成符合基层使用要求的级配碎石,共消耗石方8.5×104m3。上述因素是目前油气田工程中土石方调配的常见情况。在设计中,应针对工程具体情况,对影响土石方总量的因素应进行全面分析、核实,计入计算总量中,避免遗漏。2.7应注意的几个问题综上所述,在土石方计算过程中设计人员应综合考虑,理清各项内容间的逻辑关系,力求数据准确。土石方总体余缺量计算式为:式(4)中:q余—土方余缺量,m3(q余为负值时,场地缺土;当为正值时,场地填土);q平挖——场地平整挖方量,m3;q建——建构筑物挖方量,m3;q调1——土方调配量(不能用于场地回填的土石),m3;q平填——场地平整填方量,m3;q调2——土方调配量(未参与场地平整的土石利用量,如,作为建构筑材料的土石),m3;k——最后松散系数。在利用公式进行土石方计算时,存在的问题:场地平整土石方量是根据公式进行的模拟计算,与实际土方量存在一定误差;表层耕植土厚度取值、土石方松散系数取值和强夯沉降系数取值为区间范围,设计人员根据经验进行选择;建构筑挖方量统计难以做到全面。同时,测量地形图与实际地形存在一定误差,即使设计人员在计算过程中考虑了所有影响因素,土石方量仍然不可能完全精准,甚至会出现较大的余缺量。因此,土石方工程设计计算时,尚应注意以下几点:一是,测量图比例。地形平坦的地带,测量图比例可以是1:500或1:1000;地形起伏较大的地带,测量图比例应为1:500,并根据实际需要增补测点。二是,计算方法。地形复杂的地段,宜采用方格网法和断面法相结合的方式计算。三是,计算分区。根据需要将高差较大的区域分别计算,如,将下沉罐区与办公区、道路等分开计算。3做好土方设计、堆土及不足的准备工作土石方计算中的误差是不可避免的,但是,可以通过一些方法减少误差,力求计算精准。一是,相关专业提供尽量准确的