核电厂土石方平衡影响因素分析

王威 谢伟

摘要：核电项目土石方工程量较大，土石方费用较高，因此土石方平衡计算应作为核电厂总体规划的一项重要工作。本文主要从理论计算和现场施工控制的角度出发对土石方平衡计算的影响因素进行了分析，并结合实例提出核电厂土石方动态平衡时应注意的关键问题。

关键词：核电厂;土石方平衡

1引言

核电工程项目场地平整工作（粗平）中产生的土石方工程量较大（以千万方计），土石方计算的精确度对工程投资控制、项目施工进度等都有着较大的影响，因此如何提供较为准确的土石方工程量、如何制定合理的土石方迁移分配方案以及如何通过土石方动态平衡使现场土石方施工与其他设施的施工进度相匹配、如何避免土石方二次倒运等都对总承包模式下的核电项目有着十分重要的经济影响。

2 土石方量计算结果影响因素分析

核电项目影响土石方工程量计算精度的因素主要可以有以下几类：

（1）计算输入条件

地形测量图作为土石方工程量计算的输入，其正确与否对与计算结果有直接影响作用。例如某核电项目，由于厂址区域内植被较为稠密，在地形测量时地形图中所标示的地形标高与实际地形标高产生了较大误差，对后续土石方的计算带来了较大影响。因此一般情况下，如厂址区域植被较多，建议清表后再进行地形测量工作，以便得出较为准确的测量数值。

强风化、中风化、微风化基岩等高线的误差也是影响土石方计算精确度的重要影响因素之一。由于厂址原始地形一般起伏较大，可研阶段钻孔又相对稀少（一般1个钻孔需控制100～150m范围的地质条件），因此容易产生厂址基岩等高线图误差偏大的问题，有时局部范围还可能出现基岩等高线高出地表的错误情况。

针对此问题，建议设计人员在工作开始时结合地形测量图对基岩等高线图进行全面的核查，发现问题后请相关专业充分利用综合工程地质测绘成果对图件进行修正，务必在计算土石方工程量时采用相对准确的基岩等高线资料。

（2）设计因素

主要包括计算模型或计算方法的选择，土石比、松散系数的确定等。

a. 核电项目土石方计算一般采用方格网法和断面法等。根据相关研究成果，在地形平坦地区，方格网法优于断面法，其计算的误差完全可以忽略不计;目前引入三维设计软件（例如CIVIL 3D）后，计算精度已得到进一步的提高。

b. 土石比是影响土石方量计算的一个重要因素，目前计算土石比主要是根据可研阶段钻孔柱状图结合基岩等高线图测算，当地层分布不均匀时，基岩等高线图误差会比较大，土石比计算结果也会有一定的误差。为提高土石比的准确性，可根据基岩等高線结合现场开挖情况、根据现场局部开挖范围内的岩性、风化情况等因素适时调整，以便得出较为可靠的数据。

根据某核电工程土石方爆破合同费用，爆破一立方石料价格为1.52元，而爆破一立方土的价格为0.18元，前者价格约为后者的8.4倍，因此土石比估算精确度对现场土石方费用有一定影响。

c. 松散系数是影响土石方量计算的又一重要因素。土石方量计算时，设计人员主要根据厂址区域内岩土特性结合工程经验判定松散系数的大小，但是在实际工程中，由于施工爆破控制等原因，会造成石方粒径过大过小的情况，这也是设计取值与实际松散系数不匹配的重要原因。

d. 成料率也是影响土石方平衡计算的一个因素：核电项目中取/排水明堤工程量较大，需要一定规格的石料进行回填（爆破渣料无法作为回填材料）。因此在土石方进算中需要考虑土石方的成料率的影响（一般在50%左右，具体工程需结合现场岩土条件确定）。

（3）场地因素

主要指陆域内河塘等区域或海域回填场地的沉降因素。为满足填挖平衡的需求，核电项目往往会有较大面积的陆域回填和海域填海造地，这些区域回填后或多或少会产生一定量的沉降，当场地回填面积较大时，这部分沉降量就会对土石方平衡的带来影响。

（4）现场施工因素

a. 爆破控制

核电项目土石方正挖过程中需对爆破进行严格控制，特别是对岩性较好的中风化及微风化石料。如爆破控制不当则会产生较多的废弃石渣，有可能还会带来额外的弃土量的风险。

b. 场地回填

在建、构筑物拟建位置处的场地回填过程中，设计单位会对回填技术参数如回填材料、地基承载力要求、压实系数、孔隙率等进行一定的要求，如前期海域回填时无法达到设计要求，则会对土石方回填量的控制带来一定影响。根据以往工程经验，回填区域沉降一般会持续较长时间，如回填场地对室外标高控制有较高要求，则需在土石方平衡过程中对沉降所引起的补充回填量进行合理的估算。

3核电厂土石方平衡考虑因素分析

3.1 土石方平衡的主要原则

（1）料尽其用

核电厂土石方主要用途主要分为以下几类：

A. 较好的石料：这部分石料主要用于海工取、排水明堤、混凝土骨料以及电厂保护区室外铺砌碎石等。

B. 一般石料及渣土：这部分石料主要用于场地回填材料或场地平整的填料。

C.耕植土：这部分土料主要用于今后厂区场地还绿时使用，现场正挖时需要临时堆弃在堆土场储存。

D. 弃土：无法作为回填料使用或余方需要外运的土石料。

场地平整土石方计算过程中应对土、石料工程量分别进行计算，并分类统计好料、一般石料、表土、弃土等的工程量（中风化及微风化岩石应按照成料率区分为好料和一般石料）。同时，在明确各类土石料区域供需关系的前提下采用就近分配的原则进行土石方调配，做到土石料对应分配并尽量减少各类土石料的运输距离。

（2）时间匹配

由于核电项目场地平整一般均为一次平整完成，大量的土石方工程开挖进度应与海工工程施工进度、临时弃土场的投运时间等紧密结合。时间进度应尽可能使土石方开挖时间及开挖量应与各类土石料的使用时间及使用量相匹配，按照土石方供需关系及时消纳各类土石料，在保证施工高峰用料的同时也要避免大量土石料二次倒运导致的经济损失。

（3）容量适度

由于核电项目土石方工程量较大，且往往会由于工程进度原因导致土石方的临时堆放，因此现场需合理规划一定区域作为堆料场和弃土场。

在工程初期应合理设置堆料场和弃土场的容量（以尽可能少占地），其容量要满足土石料周转对贮存量及贮存时间的要求，同时要考虑土石方动态平衡过程中各个时间段都能最大限度利用堆料场和弃土场。

3.2 土石方平衡应注意的问题

3.2.1 场地平整过程中需定期进行地形测量

原始地形测量时由于场地植被、建构筑物等地表物的影响，会在很大程度上导致土石方计算的误差，因此建议定期对场地进行地形测量以满足动态平衡的需求。厂址区域地形测量可大致分为以下几个时间点：

（1）土石方工程开始前

工程前期进行的地形测量主要应用于对土石方量的大致估算，以确定工程量大小及其费用。

（2）场地平整阶段地表植被等清除后

地表植被清除后重新进行地形测量可以排除地表植被引起的误差。

（3）场地平整阶段地表土剥离后

在开挖范围地表土剥离后再次进行地形测量可以较为精确的确定基岩面，同时可以准确的计算开挖区域范围的表土量进而确定土石比，可为后续土石方动态平衡计算提供基础数据。

（4）正挖阶段根据现场需要进行定期测量

土石方动态平衡过程中如需了解现场土石方开挖量的准确数据，可根据需要进行定期测量。计算结果同时可作为复核现场工程量的基础数据。

3.2.2合理确定松散系数

在核电项目土石方工程量计算及动态平衡过程中应根据情况采用不同的土石料松散系数。如开挖料直接用于场地回填，回填量应采用实方×最终松散系数;如堆放在料场备用，其堆放量应采用实方×最初松散系数。

根据相关规范土壤松散系数表可知，不同类型土的最初松散系数选取值范围差介于4%～15%，不同类型土的最终松散系数选取值范围差介于1%～10%。对于土石方量为千万方计的核电项目，如松散系数选取不当则会对土石方平衡带来较大影响。

（1）最初松散系数的确定

大面积土石方工程开始前可划定某代表性区域作为现场试验区，现场表土剥离出露基岩面时统计土方虚方量并与实方量理论值进行对比，从而判断判断该区域土方的最初松散系数，石方的最初松散系数也可通过该方法确定。

核电现场大多通过统計标定方量汽车运输次数的方法测算虚方量，该方法存在土石料装载不密实的缺陷，需结合车辆地磅测重综合测定。

（2）最终松散系数的确定

回填前可划定现场试验区，按照回填标高和回填要求计算回填实方量并统计虚方量（按照最初松散系数）后按下式计算最终松散系数：

最终松散系数=回填实方量理论值×最初松散系数/实际回填虚方量

4 核电项目土石方实例分析

某核电项目土石方工程较大，海域及陆域回填条件限制导致土石方施工工期严重滞后。2016年6月至2018年9月期间，该项目开展了六次土石方动态平衡。在动态平衡过程中发现了一些问题：

（1）各次土石方计算均是根据地形测绘资料进行的理论计算，计算目的主要为了解剩余未开挖土石方量，计算所采用的土石比、松散系数等均是按照项目初期勘察资料设定。动态平衡过程未对土石方已开挖量、已回填量、已堆置量进行综合对比，未结合现场实际施工情况对土石比、松散系数等进行调整。

（2）动态平衡土石方调配过程中未考虑石料开挖过程中的成料率，其平衡图及土石方量如下图所示：

该动态平衡方案中，土方按照松散系数1.07进行计算，计算结果基本满足平衡要求。但该方案中需未对海工堤心石回填料是否满足回填量进行详细分析，按照该方案，石料成料率需达到72%，但是根据工程经验一般很难达到。

从该项目多次土石方平衡过程中可以看出，尽管现场多次进行了土石方计算，但计算成果仍为理论计算值，其结果与实际工程量仍可能存在较大的出入。

5 对于核电项目开展土石方动态平衡的建议

土石方动态平衡的意义在于及时调整土石方计算过程中存在的偏差，并根据现场工程进度对土石方调配方案进行适应性调整，通过本文分析内容，建议后续核电项目在土石方动态平衡中开展以下工作：

（1）定期对各开挖范围内土石方的土石比、松散系数进行测定和修正;

（2）对开挖石料进行详细分类并对各类土石料数量进行详细计算，同时对其分配区域进行详细规划，以满足不同回填区域对回填料的需求;

（3）结合现场土石料需求、场地需求以及施工进度等，合理划分开挖范围并制定相应的开挖进度。