浅谈Excel函数在二团六支渠防渗改建土方工程计算中的应用

张玉成

(新疆阿克苏农一师二团水管科 阿克苏 843008)

微软公司的Office应用软件包是在Windows98、Windows2000/xp环境下应用最为广泛的软件之一。作为Office应用软件包的一员,Excel是一个功能强大、技术先进、使用方便的电子数据表软件。它可以进行各种数据处理、统计分析和辅助决策操作,广泛地应用于工程、管理、统计、财政等众多领域。它大大减轻了人工计算数据的烦琐性,提高了工作效率。尤其是Excel的函数编辑功能,通过操作人员的简单编程,能够使看起来枯燥乏味的数字转换成为我们需要的数据。

1 工程概况

二团六支渠防渗改建土方工程位于新疆兵团农一师境内,为以工代赈专款建设项目。渠道全长6.95km,其中0+000～1+850段输水渠道采用预制混凝土六棱块护面加苯板、塑膜的双防渠道,断面为梯形结构，1+850～3+950段输水渠道采用预制混凝土六棱块护面加塑膜的双防渠道。3+950～6+950段输水渠道采用现预制混凝土六棱块护面加苯板、塑膜的双防渠道,沿线配套闸枢纽8座,交通桥4座。

二团六支渠防渗改建土方工程分为三个标段:第一标段为0+000～1+850段输水渠道,渠线长1.85km,设计流量3.5m3/s；第二标段为1+850～3+950段输水渠道,渠线长2.1km,设计流量2.75m3/s；第三标段为3+950～6+950段输水渠道,渠线长3.km,设计流量 2.2m3/s。

2 工程量计算

由于该工程为以工代赈专款建设项目,为了充分使用好资金,发挥其投资效益,工程建设业主单位与监理单位对该项目工程量进行了严格的审核把关。监理单位通过系统分析认为，由于混凝土、戈壁垫层、复合土工膜在沿渠道纵断面上数量变化不大,投资总量较为容易控制,而土方工程由于受地形起伏影响较大,因此,将土方工程作为投资控制的重点之一来抓。土方工程主要包括清基土方、挖方、填方(细划为利用土方与调运土方)。按照农一师勘测设计院提供的技术施工图,渠道沿纵断面每25m一个桩号,全长共计6.950km,面对这么大的工程量,人工计算显然较为烦琐且容易出错。有鉴于此,笔者把自己在工作中总结出的一种方法加以介绍,以供参考。

2.1 计算原理

Excel是具有强大的数据计算与分析功能的电子表格软件,其计算精度远远可以满足工程需要。只要在当前工作表的活动单元格里输入正确的计算公式,就会立即在该单元格中显示计算结果,并在编辑栏里显示出当前单元格的具体公式,且可供编辑与修改。公式是在工作表中对数据进行分析计算的等式,它可以对工作表数值进行加、减、乘、除、开方等运算。公式可以引用同一工作表的单元格、同一工作簿不同工作表中的单元格或者其他工作簿的工作表中单元格。在一个公式中可以包含有各种运算符、常量、变量、函数，以及单元格引用等。

在单元格中输入公式类似于输入文字,不同之处在于输入公式时是以等号(=)作为开头的。在等号(=)后输入公式的内容,然后按回车键或者单击编辑栏的“输入”按钮,表明公式输入完毕。我们就是利用Excel软件来计算渠道工程工程量的。当然,在这里有一个前提条件,那就是假设渠道横断面原始地面起伏不大,为一水平面或者近似为一水平面。这样,整个渠道近似可以分段看作一个个不规则的棱柱体,其清基土方、挖方、填方等均可用棱柱体的体积公式来求解。棱柱体的体积公式为

式中:S1为上底面面积;S2为下底面面积。

2.2 计算步骤

由于渠道每25m一个桩号,相邻两桩号间的渠段(即25m长的渠道)为一个计算单位,也就是说每25m有一个计算断面。先分别计算各段的工程量,并在Excel函数列表中设“累计列”,它可以清楚地反映出土方工程沿渠道纵断面的变化情况(当然,也可以在Excel函数列表中利用求和公式求得整条渠道的土方工程量)。计算过程中的关键是准确快速求出各个计算断面的清基面积，挖、填断面面积,下面介绍其基本计算步骤。

2.2.1 渠道设计土方工程计算基本参量收集

在工程量的计算过程中要用到下列数值参量 (渠道纵断面、横断面尺寸数据已定):

a.纵断面上,对应于各桩号的原始地面高程、清基后高程、设计渠顶高程、设计渠底开挖高程

b.横断面上,渠道底宽b、渠深h渠，内边坡系数m1,外边坡系数 m2，左、右岸渠顶道路宽度 B1、B2(在本工程中,左、右岸渠顶道路宽度相同,即B1=B2)

2.2.2 各断面挖、填方底面面积计算公式

由于渠道开挖高程和渠道清基高程的相对位置不同,即断面挖填深度不同,渠道断面可分为三种类型:全挖方断面、半挖半填断面和全填方断面三种断面类型。设渠道断面开挖深度为h,这里h为清基地面高程—渠底开挖高程。当h<0时,渠道为全填方断面;当0

a.h<0时,渠道为全填方断面。其断面形式如图1所示。其挖、填方断面面积计算公式为

说明:此时h仅仅在数值上为负值,并不是真正意义上的负值。

图1 全填方渠道断面图

b.0

在以上两种情况下,即渠道为全填方断面与渠道为半填半挖断面时,清基土方断面面积计算公式为

说明:清基厚度为一不定值,主要以清除原始地面腐殖土、树皮、杂草等为标准,清基宽度为渠道两端外坡脚线各加1m。

图2 半填半挖渠道断面图

c.h渠

图3 全挖方渠道断面图

其挖、填方断面面积计算公式为

清基土方断面面积计算公式为

2.2.3 工程量计算

利用Excel软件建立一个Exce1工作簿,在工作簿的工作表A列依次输入桩号,分别在B列、C列、D列等依次输入与A列桩号相对应的实测地面高程、清基高程、渠顶高程、设计开挖高程等。挖深等于清基高程减去设计开挖高程,即对应于每个桩号的设计挖深h值,填高等于渠顶高程减去清基高程。计算土方工程量应根据对应列的设计挖深h值的大小,区分断面形式(全挖方断面、半挖半填断面或全填方断面)而分别采用不同的计算公式。例如:工程当中设计渠深为2.2m,故挖方面积、填方面积应采用式(4)、式(5)计算,清基面积采用式(6)或式(9)计算(高程单位以m计,面积单位以m2计,土方量单位以m3计)。将土方量计算式(1)输入后即可求得各个桩号断面处的挖、填清基方工程量。利用Excel软件的自动求和功能可以比较容易地求出整条渠道的土方工程量。

特别要说明的是,由于填方由两部分构成，即利用方与调运方,所谓调运方是指该段桩号内(25m以内)利用方不能满足渠堤填筑的数量,而需要从别的渠段调运土方。所谓利用方是指该段桩号内(25m以内)能直接用于渠堤填筑的挖方土,它的数量受到两个因素制约:ⓐ利用方数量不大于该段挖方数量；ⓑ利用方数量最大不能超过渠堤填筑土方量。受上述两因素的制约,利用方的计算不能够利用自编函数解决,需借助Excel函数中的if语句计算,原理如下:如果该段挖方大于填方,则渠堤填筑土方可完全由挖方提供,利用方等于填方；如果该段挖方小于填方,则渠堤填筑土方一部分由挖方提供,另一部分由调运方提供,利用方等于挖方。根据以上方法,计算出各段的利用方,利用Excel软件的自动求和功能就可以算出整条渠道的利用方数量,同时也可计算出填方数量(即调运方数量)。

2.2.4 注意事项

a.在渠道挖填方断面面积计算时,起、末点挖(填)断面面积异号时,应将末点挖(填)断面面积修改为零。

b.应根据渠道挖深或者填高数值,合理选择计算公式。

3 结 语

采用上述方法对二团六支渠防渗改建土方工程进行土方量计算,从设计资料的收集、输入、断面面积公式编辑到进行计算,所用时间不超过1天。而采用手算则需要半个月,而采用此方法不仅可以节省大量时间,而且方法简便快捷,易于掌握,不易出错,从而大幅度降低了工程人员的劳动强度,也在一定程度上提高了工作效率。也可利用此计算方法计算各种形式渠道、河道堤防、均质坝的土方量,只要根据实际的断面形式采用相应的计算公式就可以了。此计算方法在工程土方量计算中的应用与推广,对Excel函数在水利工程中的全面应用与推广也具有一定的积极意义。■