不同压实系数下松散土方量的计算

　　摘要：建设工程在进行土石方平衡时，需要考虑松散土方量的影响因素。松散土方量是压实后的填土体积大于原状土体积的部分，与土壤的物理性质和压实程度有关，但目前国内对于松散系数的确定，普遍的作法是查阅经验统计值，缺少针对不同压实系数作用下计算松散土方量的理论方法，本文分析松散土方量、松散系数和压实系数的计算理论，提出在不同压实系数作用下松散土方量的计算公式。
　　关键词：松散系数，土方量，压实系数，计算公式，运用
　　
　　0引言
　　建设工程的土石方施工中，位于挖方区的土壤经挖掘后，土体组织破坏，体积将增加。在天然土壤密实的情况下，如将挖方作为回填料使用，其体积将比天然土体积大。只有当经过长时间的土压力作用、雨水湿润或工程夯实后，土壤颗粒再度结合，方可密实，但仍不能夯实到原土体积［1］。这部分多余的土体就是松散土方量。根据土壤岩性和压实要求的不同，压实后的松散土方量约占挖方土体积的1%~30%不等，因此，在进行土石方平衡计算时，松散土方量是必须要考虑的影响因素。
　　1影响因素
　　松散土方量是由挖方土方量乘以松散系数所得。
　　Vs=Vw•k
　　式中Vs——松散土方量，m3；
　　Vw——挖方土方量，m3；
　　k——松散系数。
　　1.1挖方土方量Vw
　　挖方土方量Vw是由场站所在的具体地形结合竖向设计标高计算得出，目前掌握的计算方法已比较成熟。
　　1.2松散系数k
　　对松散系数的确定，目前工程中普遍的作法是根据土壤的性质查询经验统计表来确定，尚未有理论计算公式。但本文认为，松散系数可由土壤的物理性质和压实系数准确计算得出。在不同的压实系数作用下，松散系数是呈反比变化的，所得出的松散土方量也是呈反比变化的。
　　1.2.1土壤的物理性质
　　土壤的物理性质由建设场地中挖方的土体成份决定，包括比重、含水量、密度、干密度、重度等。
　　1.2.2压实系数λ
　　压实系数是指回填土经压实后的干密度与击试验所得的最大干密度的比值。压实系数根据工程设计的需要来确定，如《工业企业总平面设计规范》（GB50187）中规定：场地内建筑地段不应小于0.90，道路路基地段不应小于0.94，近期预留地段不应小于0.85等［2］［3］［4］。
　　2计算公式［6］［7］［8］［9］
　　k=ρd•（ρmax•λ）-1
　　Vs=Vw•ρd•（ρmax•λ）-1
　　式中k——松散系数；
　　ρd——原状土的干密度，g/cm3；
　　ρmax——击试验所得的最大干密度，g/cm3；
　　Vs——松散土方量，m3；
　　Vw——挖方土方量，m3；
　　λ——压实系数。
　　由上式可以看出，原状土的干密度ρd由土壤的物理性质决定，通过取样分析可以得出，击试验所得的最大干密度ρmax为实验数据，可由地勘报告提供。因此，对有不同压实系数要求的场地，即便土壤成分相同，但实际产生的松散土方量是不同的。
　　将这一理论运用到场地设计中，我们不仅可以根据具体的压实系数要求计算松散土方量，而且可以将同一场地内的不同回填地段分别取不同的压实系数，分区计算松散土方量，再统一进行填挖土石方平衡，让工程设计变得更加经济和严谨。
　　3工程实例
　　国外某大型天然气处理厂选址于沙漠边缘，占地1200余亩，由于当地治沙政策的要求，工厂用地范围外不得进行取土和弃土，在进行场地竖向设计时，需要按照土石方绝对平衡的原则来确定标高。为了实现工程指标经济合理，工厂的平土范围根据总平面布置划分为五个区块来分别计算。区块Ⅲ为天然气处理设备密集区域，场地压实系数取0.94，区块Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ为辅助生产设施和辅助生产厂房区，场地压实系数取0.92，区块Ⅴ为堆场区，场地压实系数取0.90，边坡部分取0.90，见图1。
　　
　　图1同一场地内的不同地块分别取不同的压实系数
　　本工程岩土工程报告中显示，本场地第四系上更新统～全新统（Q3-4）粉、细砂：以风砂沉积为主，灰褐～褐黄色，矿物成份为石英、长石、云母等，松散～稍密为主，局部含少量粘性土，表层多有盐渍土胶结层。在风沙滩地内其湿度为稍湿～很湿，波状沙丘内为干燥状态。该层埋藏厚度大，约为20～30m。其砂土的物理性质中干密度ρd为1.69g/cm3，通过击试验取得该种土的最优含水率为19.5%，最大干密度为1.76g/cm3［5］。
　　场地土石方采用20X20m的方格网法进行计算，边坡土石方采用@20m的断面法进行计算，松散土方量按本文公式进行计算，经反复试算，最终的工厂土方平衡情况如表1［5］。
　　
　　
　　表1国外某大型天然气处理厂一次场平土方平衡计算表
　　名称 压实系数 松散系数 挖方量（m3） 松散土方量（m3） 填方量（m3）
　　区块Ⅰ 0.92 1.04 -184501.00 -7380.00 110704.10
　　区块Ⅱ 0.92 1.04 -294097.30 -11763.90 345998.30
　　区块Ⅲ 0.94 1.02 -1119889.10 -22397.80 450385.90
　　区块Ⅳ 0.92 1.04 -371785.40 -14871.40 1275283.10
　　区块Ⅴ 0.90 1.07 -361225.80 -25285.80 310963.20
　　区块Ⅰ边坡 0.90 1.07 -17830.50 -1248.10 13678.60
　　区块Ⅱ边坡 0.90 1.07 -9481.50 -663.70 8131.50
　　区块Ⅲ边坡 0.90 1.07 -36294.30 -2540.60 9228.10
　　区块Ⅳ边坡 0.90 1.07 -67655.00 -4738.90 15719.10
　　区块Ⅴ边坡 0.90 1.07 -5616.00 -393.10 19567.40
　　小计 - - -2468375.90 -91283.30 2559659.20
　　合计 - - -2559659.20 2559659.20
　　4结束语
　　一般来讲，松散系数的范围从1.01~1.30不等，当工程占地面积大，挖方数量多时，如果不能准确计算，对于土石方平衡来说将会产生新的误差因素，因此，采用松散系数的计算公式，准确计算在不同压实系数下的松散土方量对于提高设计质量会有很大的帮助。设计人员在运用本文所提公式时需要获得一些基础数据，如原状土的干密度ρd和击试验所得的最大干密度ρmax等，可在勘察委托中预先明确，以便勘察单位取样和分析。
　　
　　参考文献：［1］韩晓雷.土力学地基基础［M］.西安：冶金工业出版社，2003.89.
　　［2］余翔，李正才.钻孔法计算土石方比例［J］.天然气与石油，2010.28（6）:71-75.
　　［3］张炯，余翔，田静.工程缺陷在总图设计中的分析和预防［J］.天然气与石油，2008.26（1）:57-60.
　　［4］余翔.川渝输气站场总图设计常见问题及改进建议［J］.中国科技博览，2011，29（4）:42-43.
　　［5］余翔，李光文.中国石油工程设计有限公司土库曼斯坦南约洛坦气田100X108m3/a商品气产能建设工程（地面工程部分）天然气处理厂厂区场地平整说明书［R］.成都：中国石油工程设计有限公司西南分公司，2010.
　　［6］余翔，张炯，杨程杰.天然气净化厂厂区主通道宽度的探讨［J］.天然气与石油，2009.27（1）:59-62.
　　［7］薛静，余翔.论总平面规划布置对水土保持的影响［J］.天然气与石油，2010.28（2）:52-55.

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