开发建设项目弃渣场堆渣量探讨

曹向彬，宋松柏

(西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西咸阳 712100)

1 研究工程概况

本文研究的工程为富广高速，地处山岭重丘区，山高谷深。工程地质条件复杂，软弱地基、岩溶等不良地质分布广，土石方工程量较大，环境保护任务重。为保护生态，减少占地，线路多采用大跨径桥梁和隧道方案通过，桥隧技术复杂[1]。路基土石方915.84万m3，特大桥6 034.8 m/6座，大桥(含互通内主线)共19 199.2 m/38座，中桥2 067 m/15座，隧道19 459 m/19座，桥隧占总里程长度比例为31.4%。

研究对象为富广高速第二合同段的各闷特大桥弃渣场，该合同段建设里程从各甫村到兵吧村，全长6.05 km，地形复杂，仅桥梁就有11座，其中，施工最艰难的就有墩柱高60多m的各闷特大桥和跨度大、墩柱高70多m的对门坡大桥，任务十分繁重。弃渣场所在地地形图见图1。积，用两等高线面积的平均值乘其等高距，得出层间堆渣量;累加各层堆渣量，得出各高程下的总堆渣量。首先在AutoCAD中，量算各等高线所在平面与弃渣场设计堆渣面交线所围成的曲线的面积，再按式(1)和(2)计算堆渣量。

图1 弃渣场地形示意图

2 弃渣场堆渣量计算

2.1 等高线法

所谓等高线法就是利用地形图，确定弃渣场地起点高程和等高距;分别量出各等高线所包围的面

2.1.1 相邻等高线间体积公式

式中:Vn为两等高线间的体积，m3;Hn为两等高线间的等高距，m;Fn，Fn+1分别为相邻上下两等高线所包围的面积，m2。

2.1.2 弃渣场堆渣量

式中:F0为弃渣场挡渣墙顶高程等高线所围成的面积，H0为挡渣墙顶高程等高线与弃渣场库底的高差。

2.2 解析法

解析法就是在计算横断面面积时不用求积仪在图上测量，而是先在横断面上按一定规则取点，并确定点的坐标。再用解析的方法计算横断面面积，此种方法在计算面积时比求积仪精度高，因此堆渣量的计算精度也高[2]。

设有n个点构成任意n边形，如图2，按顺时针方向对这些点进行编号，根据点的坐标(xi，yi)，用解析法计算任意多边形的面积公式为:

或

式中:当 i=1 时，yi－1=yn，xi－1=xn;当i=n时，yi+1=y1，xi+1=xi

图2 多边形划分

如图2所示，弃渣场横断面一般为任意多边形，多边形顶点就是弃渣场横断面与堆渣体及其以下每根等高线的交点。如果以多边形顶点的高程H作为y坐标，以顶点间的水平距离D作为x坐标，建立如图2所示的直角坐标系，将平面直角坐标系转化成弃渣场横断面内的直角坐标系，此时，弃渣场横断面图形上第i个顶点的位置可以用坐标(Hi，Di)来表示[3]。如果按顺时针方向对水库横断面图形各顶点进行编号，根据(3)式可以计算横断面面积为:

式中:当 i=1 时，Di－1=Dn，Hi－1=Hn;当 i=n 时，Di+1=D1，Hi+1=H1。

横断面间体积计算的具体方法是:按照一定的横断面间距，根据地形图，选取并绘制出若干个横断面图，用求积仪分别量算出每个横断面图形的面积Si，设第i个与第i+1个横断面间的间距为Li，i+1，则弃渣场的堆渣量为:

当横断面间的间距Li，i+1都相同并等于L时，弃渣场的堆渣量计算公式为:

式中:L'为最后一个横断面与弃渣场堆渣面边缘的水平距离。

采用解析法计算出横断面面积以后就按式(6)或(7)来计算弃渣场的堆渣量

3 结果与分析

该弃渣场864.00 m高程的设计弃渣量为8 500.00 m3，为典型的非平地型弃渣场。在840.00 m等高线处修一长为15.00m的挡渣墙，由墙脚处开始分层堆渣，堆渣坡度取1∶1.8。当堆渣高差达10.00 m时，设置宽 ＞2.00 m的马道，本文取3.60 m。堆渣体顶面平台高程864.00 m。

3.1 堆渣量计算方法结果比较

共计算出13个等高线与堆渣面所围成的闭合曲线面积，见表1。

解析法计算结果:

直接在AutoCAD绘图软件中进行测量，所用地形图比例尺为1∶2 000。各横断面采用独立直角坐标系，在图上每隔2 mm作一横断面线，横断面线与等高线的各个交点就是任意多边形的顶点，顶点坐标表示成(Hi，Di)。Hi[4]代表多边形顶点高程，Di表示顶点到最左顶点的水平距离。Di只需在图上用DIST命令即可查询。各顶点坐标输入Excel表格中，通过编写简单程序进行计算。本文L=4 m，共取了19个

由式(7)得:V解析=8468.07

由计算结果知，等高线法计算所得结果比设计堆渣量大523.67 m3，解析法计算结果比设计堆渣量小31.93 m3，总的来说，等高线法计算精度要低于解析法计算精度。

本例弃渣场864 m高程设计堆渣量为8 500.00 m3，只是整个弃渣场的一部分，整个弃渣场设计堆渣量为65 000.00 m3，若按简单的倍数放大，当用等高线法进行堆渣量计算时，其结果会比设计堆渣量大4 004.54 m3;而用解析法计算时，其结果比设计堆渣量仅小244.17 m3，因此在当设计堆渣量达到数十万或成百上千万规模时，采用解析法计算，结果会更符合实际。横断面。以下是计算结果:

表1 等高线法计算结果

3.2 不同堆渣坡比堆渣量变化

同一个弃渣场，当堆渣坡度不同时，其堆渣量会变。坡比增大，堆渣量会相应增加[5]。实际工作中设计堆渣坡比一般都在1∶1.5以上，当堆渣高度较大时相应调整堆渣坡比。本文采用的是1∶1.8。

3.3 挡土墙高度对弃渣堆渣量影响

弃渣场设置挡土墙目的有2个:①保持堆渣的稳定;②在不增加占地面积的前提下，增加弃渣场堆渣量。一般来说，挡土墙增高会增加弃渣堆渣量。但是不能无限制地增高挡土墙的高度，应以挡土墙稳定和投资少为前提。

4 结论

4.1 计算方法

1)解析法与等高线法计算结果相差较大。在实际工作中，应尽量避免将等高线法应用于地形变化大且弃渣总量大的项目中[6]。

2)等高线法计算较快，但结果精度不高，计算结果较真实值存在较大的偏差;解析法在进行横断面面积计算时有足够的精度保证，但是计算过程烦琐，数据录入易出错。

3)用解析法进行弃渣场堆渣量的计算，其精度主要取决于图上水平距离的测量精度以及两断面间距离L的大小。实际工作中合理取L值，以兼顾精度和效率。

4)由于客观条件所限本文未对L取值对计算结果的影响作研究，有待今后共同探讨。

5)等高线法虽然精度不高，但是在实际工程中往往采用此法来进行弃渣场堆渣量的计算，如何在实际工作中提高等高线法计算精度也有待进一步探讨。

4.2 影响堆渣量因素

影响堆渣量的因素有以下4点:①影响弃渣场堆渣量的因素主要有原地形起伏状况、设计堆渣坡比、挡土墙高度等;②地形因素是客观限制条件，在选择弃渣场时应尽量选择口小肚大的山谷冲沟;③设计堆渣坡比和挡土墙高度应以稳定性和经济性为前提;④挡土墙高度与堆渣坡比单独及相互影响堆渣量的关系还有待进一步研究。

[1]陈晨宇，厉落，葛培荣.南方山区建设项目河滩地弃渣场设计探讨[J].中国水土保持，2001(05):30－33.

[2]王禹生，万彩兵.开发建设项目弃渣场设计探讨[J].人民长江，2004，35(10):11 －13.

[3]何习平.解析法计算水库库容[J].南昌水专学报，1998，17(03):56－60.

[4]李书杰.水库库容的量算精度[J].东北水利水电，1997(07):34－36.

[5]王镛，石磊中.测量学[M].南昌:江西省高校出版社，1995:145－148.

[6]邓燕，光照水电站弃渣场的设置与综合治理[J].水利水电技术，2005，36(09):58 －61.