生产建设项目土石方工程实证分析

王超

(江苏仁合中惠工程咨询有限公司 江苏苏州 215004)

关于水土流失的话题由来已久，随着人类文明进程的加速、生产力的提高，全球关于水土流失的问题日趋显现。为实现人类文明和自然的和平相处，保护和合理利用水土资源，减轻水、旱、风沙灾害，保障经济社会可持续发展，我国于1991年从法律的高度确定了水土保持的主体地位。此后的30年内，国内外众多学者对水土流失的研究逐渐深入，对水土保持的探索也日趋广泛。

水土流失文献综述：田卫堂等人[1]对我国水土流失现状做全面分析，指出我国水土流失的严重性，以黄土高原地区为例对水土流失的形成、危害进行综合分析并提出基本对策；李占斌等人[2]利用过程学理论，分析土壤侵蚀的本质，探索植被和工程措施对水土流失的调控作用；梁音等人[3]以区域为视角，从二级类型区出发通过分析南方红壤地区水土流失情况，提出水土流失的治理对策；靳雪艳等人[4]以土壤流失测算导则为基础对土壤流失进行应用初探，为土壤流失测算提供科学依据。

水土保持研究进展：王丽霞等人[5]主要研究生态保护红线和水土保持区划两个不同区划的关系，以此为基础基本划分出了我国水土保持的各个区划；刘宝元等人[6]通过梳理前人研究成果，创造性地提出措施分类新体系，对我国水土保持研究具有重要意义；袁普金等人[7]从行政角度出发，针对水土保持技术方案提出相关审查意见。

纵观现有文献内容，关于水土流失和水土保持方面的理论研究较为广泛，对于以更为具体、更为微观的工程案例为基础进行严密科学的工程计算和合理的理论探讨仍然欠缺。该文以工程实际案例为基础，从水土流失本质出发，对水土保持中出现的重点问题、难点问题进行理论化分析、系统性总结，通过工程实践案例对水土保持方案中若干问题进行实证分析。

1 项目概况

拟建项目位于东南沿海湖泊地区，项目场地区域的地震水平、地震活动属中等偏下，无影响场地稳定性的不良地质作用及地质灾害，属基本稳定场地；拟建工程抗震设防烈度为7 度，设计地震分组为第一组。根据大运河水文资料（黄海高程）：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，历史最高水位2.69 m，历史最低水位0.01 m。项目所在地浅层地下水主要接受大气降水补给，其水位随季节、气候变化而上下波动，属典型蒸发入渗型动态特征。

根据《水利部办公厅关于印发＜全国水土保持区划（试行）＞的通知》（办水保〔2012〕512号）文件，拟建项目一级区为南方红壤区（南方山地丘陵区），二级区为江淮丘陵及下游平原区，三级区为太湖丘陵平原水质维护人居环境维护区。根据《土壤侵蚀分类分级标准》（SL 190—2007）规范3.2.1和4.1.1条，拟建项目土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，容许土壤流失量为500 t/（km2·a）。

2 工程总平面布置

以经批准的规划文件和建筑设计图纸为基础，结合《生产建设项目水土保持技术标准》（GB 50433-2018）规范4.1.2 条、4.4.1 条、4.4.2 条等，基本确定拟建项目水土流失防治责任范围中永久征地1.00 hm2。

为实现项目的建设，科学合理的组织工程施工，该工程新增生产区、生活区、办公区及施工道路等临时用地0.64 hm2。因此，该项目水土流失防治责任总范围主要包括永久征地1.00 hm2、临时用地0.64 hm2，共计1.64 hm2。水土流失防治责任表、工程总平面布置图具体如表1、图1所示。

表1 拟建项目水土流失防治责任范围表

图1 工程总平面布置图

3 工程平面布置

拟建场地原有建筑物均已拆除，场地南侧有一间一层砖砌临时用房，东南角有树林及废弃民用水井，南侧局部填埋生活垃圾，北侧为河道（驳岸形式为自然驳岸），河道驳岸距地下室边线约为15 m。场地表层局部有分布原有建筑物基础及铲除后的灌木根茎。

该项目建设内容主要包括主体建筑一栋（1/-1F）、附属用房一栋（2/-1F）和一定范围内的地下车库。用地范围内的道路呈环形布置，道路总长约258 m，道路宽度为4.5～6.5 m，道路出入口位于项目北侧，设置1处主要出入口；结合出入口、道路、停车位设置点、面状草本地被植物；沿道路、建筑物四周设置线状、带状绿地，通过种植地方特色树种（以灌木为主），形成当地独特的景观风貌。

考虑项目的实际情况，以工程设计的施工图纸为基础并结合施工工艺水平，该项目基坑支护拟采用SMW 工法桩+一道钢筋混凝土支撑的支护型式；地下结构采用顺做法施工；降排水方式采用坑内管井降水+坑周止水帷幕。其中，基坑止水帷幕采用三轴搅拌桩，具体参数如下：三轴搅拌桩采用Φ850，L=17.5 m，水泥掺量20%，数量为303 幅；SMW 工法桩H 型钢采用H700×300×13×24 型钢，长度15 m/18 m，插二跳一/密插，数量264/196根。

结合规划、设计、施工工艺等多方面考虑，该项目工程平面布置主要包括用地红线范围、基坑开挖范围、地下车库范围、地上建筑范围等4 个面积范围。各个围合范围的面积参数详见表2，具体围合范围示意图具体如图2所示。

表2 工程平面范围面积汇总表（单位：hm2)

图2 工程平面布置图

4 工程竖向布置

拟建建筑场地地势开阔平坦，局部稍有起伏，场地地面一般标高2.35～5.32 m，总体较平缓。以1985国家高程为基准，通过探勘点位置平面图并经面积加权换算，基本确定该项目场地自然地面平均高程为3.5 m。

该工程的基础形式采用桩基础工程，桩基础承台顶面相对标高为-6.85 m，承台高为800 mm，垫层厚为150 mm，由于室内首层地坪绝对标高为3.8 m（±0.000 m），经计算确定建筑物区地下室范围内基础垫层底面绝对标高为-4.00 m。场地平整土方量计算中，承台顶面相对标高为-0.60 m，承台高1 000 mm，垫层厚为150 mm，经计算室外场地平整范围内垫层底面绝对标高为2.05 m。建筑室内地面设计及做法参考《建筑地面设计规范》（GB 50037—2013）和拟建项目施工图。

项目的顶板顶面相对标高为-1.80 m，顶板面厚为250 mm，结合室内地坪绝对标高可确定顶板顶面绝对标高为2.00 m。室外道路及配套设施地坪绝对标高为3.50 m，根据相关规范及施工图纸内容可确定道路做法及施工要求，确定道路厚度为0.50 m。参考相关施工标准以及工程技术经验，室外场地平整厚度一般取±30 cm。考虑实际施工的规模化、整体化、机械化和施工成本情况，该工程道路及配套设施区场地平整厚度取30 cm，绿化区场地平整厚度取45 cm。

根据《人民防空工程建设管理规定》（国人防办字〔2003〕18 号）文件第47 条、《人民防空地下室设计规范》（GB 50038—2005）规范3.2.2 条及该项目的设计图纸等确定拟建项目顶板覆土参数，其中道路及配套设施区顶板覆土厚1.00 m，绿化区顶板覆土厚1.15 m。根据《园林绿化工程施工及验收规范》（CJJ 82-2012）规范4.1.1 及拟建项目施工图纸确定绿化覆土参数为0.45 m。拟建工程竖向设计基本参数信息汇总情况如表3所示，工程典型剖面竖向设计结构图如图3所示。

表3 工程平面及竖向设计参数表

图3 工程典型剖面竖向设计图

5 土石方工程量计算

该文从工程学的角度出发，对拟建项目的地貌水系特征、工程总体布局、水土流失影响因素等多方面综合考虑，在现行建筑结构设计规则及配套的施工图纸上，结合项目施工组织设计和施工方案分别计算建筑物区、道路及配套设施区、绿化区这3个方面的土石方工程量。通过工程平面布置范围和竖向空间参数设计，以空间立体的形式将拟建工程进行全面解剖，运用数值运算法以表格的形式将该工程土石方工程量的计算过程表现出来，为相关行业研究以及后来学者探索提供一定的参考标准。

建筑物区的土石方工程量主要包括地下室的挖方量、场地平整、肥槽（工作面）的挖填方量。其中，地下室挖方量2.325 万m3，场地平整挖方量0.044 万m3、填方量0.046 万m3，肥槽（工作面）挖方量1.045 万m3、填方量1.045万m3。

道路及配套设施区土石方工程量主要包括地下室开挖、顶板覆土、场地平整、管线工程。其中，地下室挖方量1.615 万m3，顶板覆土填方量0.170 万m3，场地平整挖方量0.160 万m3、填方量0.060 万m3，管线工程挖方量0.150万m3、填方量0.100万m3。

绿化区土石方工程量主要包括地下室开挖、顶板覆土、场地平整以及绿化覆土。其中，地下室挖方量1.330 万m3，顶板覆土填方量0.161 万m3，场地平整挖方量0.120 万m3、填方量0.068 万m3，绿化覆土填方量0.131万m3。

该文关于土石方挖填工程量的计算均以立方元理论为基准进行设计，对土石方工程实际施工的挖填工程量计算需整体考虑土石方的松实系数进行单独换算。具体理论土石方工程量计算过程和计算结果具体如表4所示。

表4 拟建项目土石方工程量计算表

6 土石方平衡分析

土石方平衡分析是以土石方计算的理论方量为基础，对不同状态的土石方进行系数换算，从工程设计及施工工艺角度对形成的土石方进行方量参数平衡，实现土资源的合理开发与综合利用。根据《水利部关于颁发＜水土保持工程概(估)算编制规定和定额＞的通知》（水总〔2003〕67号）文件中的附件《水土保持工程概算定额》附录二-1中关于土石方松实系数的规定：以1个自然方为基准，松方系数为1.33，实方系数为0.85。

通过对类似文献的研究，例如张捷[8]、杨建成等人[9]、廖耀元[10]、石峰等人[11]以工程实践中的案例为基础对土石方工程进行量化分析等文献，该文提出土石方平衡分析中的土石方总量守恒原则，具体如下：第一，调入及调出总量守恒；第二，挖借方与填弃方总量守恒。

考虑计算口径的因素并结合工程实际情况，该文将土石方计算的理论方量均换算为松方量。土石方在平衡时，除管线工程和绿化覆土的填方量根据工程实际需要按照松方计算外，其他填方量均以实方考虑。

为充分利用开挖的土石方，减少土石方外运带来的水土流失，经地质勘察和工程施工复核，该项目开挖的土石方最大限度用于内部回填消化，实现土资源的综合利用。由于绿化覆土的特殊需要，该工程拟采用商购方式获取。该项目不涉及取土场，项目施工所产生的弃方量均外运至项目西侧闲置农田进行回填利用，因此不涉及弃土场。根据调查，建设单位拿地前，当地政府已进行整平，项目占地范围内表层土灰黄色、松散，以黏性土为主，含建筑垃圾及碎砖等，无可剥离的表土，因此该项目不考虑表土剥离与回覆平衡。

项目土石方平衡分析情况及工程土石方流向情况如表5、图4所示。

图4 拟建项目工程土石方流向框图(单位：万m3)

表5 拟建项目土石方平衡分析表（单位：万m3)

7 理论探讨及建议

基于现行法规政策及规范标准的框架体系，全面梳理本行业众多学者已经形成的研究方式、研究程序及研究结论，以实际工程为案例，对水土保持中若干重点问题进行全方位深入剖析。针对上文分析的实际情况，现总结性地提出以下若干结论及相关建议。

（1）对土石方工程平衡问题的实证研究，不仅对土石方工程平衡体系有更全面的认识，同时可以更微观地探索土石方在建设中的系数关系。基于该项目的研究结论来看，实际方量和理论方量比值为：挖填总量系数1.364、挖方系数1.330、填方系数1.492。

考虑工程设计及施工的实际情况，挖方工程以自然方全部转换为松方，因此挖方理论系数为1.330；填方工程车主要存在两种形态：一是全部由松方（系数1.330）回填压实（系数0.85）；二是全部由松方（系数1.330）进行回填为自然方（系数1.000），因此，填方系数区间为[1.330，1.565]；挖填方总量等于挖方量与填方量总和，因此，挖填方总量系数应在挖方量和填方量系数之间进行权重分配。因此，挖填方总量系数区间为[1.330，1.565]。详细土石方工程量平衡分析系数具体如表6所示。

表6 土石方工程量平衡分析系数表

（2）水土保持的本质源归于对水土流失的预防和治理。水土流失主要包括水损失和土流失两个方面。根据《水土保持术语》（GB/T 20465—2006）规范2.1.2规定，水的损失是指大于土壤入渗强度的雨水或融雪水因重力作用而沿坡面流失的现象。简单概括为，因重力的存在使得土壤无法保留入渗强度之外的水资源，导致水资源的流失。土资源的流失是由于外力（包括水力、风力、重力、冻融等）或人力的作用导致土壤的流失破坏。

综上分析，水资源的损失和土资源的流失的重点仍然是生产建设项目在建设、生产期间对土结构的破坏。因此，准确合理计算土壤的工程量，以及土壤的合理利用（即土石方平衡分析）是水土保持重点关注的问题。考虑不同项目（如点状、面状、线状）的特征，不同设计风格、不同施工工艺以及不同的组织管理模式使得土结构的破坏多种多样，因此有针对性地探索这方面的问题，可以有效地控制水土流失，实现水土保持目标。

（3）由于水土流失存在的客观性，水土保持的相关措施显然尤为重要。如何更为高效简捷、科学合理地实现水土保持措施系统化、理论化地运用于生产建设项目，是今后学术探索和工程实践的重点。