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【摘 要】 目前，在公路建设项目的主体设计中缺乏统筹性，容易破坏水土保持设施、造成水土流失，还将增加工程造价及水土保持投资。针对这一问题，提出土石方平衡的经济计算方法，计算中遵循“可操作性和成本低”两个原则，考虑“时间、空间、质量、数量”等条件，根据施工中的实际情况，对现状的土石方平衡方法进行分析评价，使公路建设项目中所开挖的土石方得到最大限度的利用。
【关键词】 公路;建设项目;水保方案;土石方平衡
一、前言
在公路建设水保方案编制中，水土流失预测和水土流失防治构成了方案编制的中心，其中临时堆渣场、弃渣场及取料场等区域的设置位置、容量大小等均与土石方平衡息息相关。因此，土石方平衡构成了水保方案的基础。公路建设中土石方的开挖及回填地点分散，且开挖与回填地点间距较远，对于线路较长、沿线地形复杂的公路项目，土石方开挖及回填量巨大，进行合理可行的土石方平衡，使工程中开挖的土石方得到最大限度的利用，不仅可降低工程造价，还可减小因取料及弃渣而造成的对水土保持设施的破坏及由此所带来的水土流失，减小取料场及弃渣场所需的防护成本。本文笔者就德兴至南昌高速公路新建工程为例，探讨公路项目水保方案编制中土石方平衡的应用，以期能够为将来的工作提供帮助。
二、土石方平衡原理
目前，在公路建设项目的主体设计中缺乏统筹性，土石方平衡往往只包含主线路基的工程量，没有考虑路基与其它各项目之间的土石方的相互利用问题，而在实际的施工过程中，各项目的土石方数量一般包括以下几种情况：（1）主线路基为余方，其它项目为缺方。（2）主线路基为缺方，其它项目为余方。（3）主线路基和其它项目均为缺方。（4）主线路基和其它项目均为余方。
在情况（1）时，若没有考虑主线路基与其它项目土石方之间的相互利用，就会将主线路基的余方作弃渣处理，同时其它项目中的缺方还需另行取料，但若考虑主线路基与其它项目间的相互利用，主线路基中将有余方用于其它项目的缺方中，就会减小余方和缺方数量，从而减小弃渣和取料数量，甚至会出现仅有弃渣或仅有取料的情况，这样不仅可降低工程造价，还可减小因取料及弃渣而造成的对水土保持设施的破坏及由此所带来的水土流失，减小因取料及弃渣所需的防护成本。在情况（2）时，也会出现类似的结果。在情况（3）和（4）时，不会产生这种后果，但这两种情况出现的概率较低。可见，主体工程中所使用的土石方平衡方法，若没有考虑最大限度地利用工程中的开挖方，很容易破坏水土保持设施、造成水土流失，还将增加工程造价及水土保持投资。
三、关于土石方平衡经济计算的方法
1、平衡原则
在经济的平衡计算中应遵循如下原则：
（1）可操作性原则。至少需考虑以下几种因素：材料质量、施工时序、标段划分、运距、运输道路情况等因素。
（2）低成本的原则。所有土石方均先考虑就近利用，若有余亏，应考虑运距调配利用。
2、计算方法
（1）项目划分。为便于理解，根据公路建设工程的特点及材料质量、施工时序情况，按此类工程的土石方来源将其划分为如下8个项目：改移工程、耕植土、主线路基（含隧道）、防护工程、排水工程、立交桥梁、路面工程、沿线设施。
（2）起讫段划分。按大约每隔1km的间距将公路全线分为若干起讫段，分段时遵循以下原则：若遇桥梁、隧道、河道等阻隔施工运输的因素，应对每段长度进行调整，以保证每段内土石方的调运畅通;分段只能在标段内进行，一般不跨越标段，以保证土石方调运的可操作性。
（3）计算步骤。在每一起讫段内，考虑材料质量因素，计算各项目内的开挖方经自身利用后的余缺方数量，并评价填筑材料的质量。当其挖填方材料质量不符合时，需分别标清余、缺方数量。当挖填方材料质量符合，则该项目余、缺方数量为挖填方数量之差。同样标清各部开挖方（余方）、回填方（缺方）数量。
然后平衡计算每段内的考虑材料质量及施工时序等因素的各项目之间的余缺方互相利用后数量。本文称之为本桩利用。方法同前。
最后进行运距平衡利用计算。首先考虑标段划分、运距、运输道路等因素，划分土石方调运边界，确保土石方运输道路畅通，以便于施工操作;其次，在两边界之间的桩号内进行土石方调运，考虑材料质量及施工时序要求，将土石方从有余方的起讫段调至有缺方起讫段。当计算结果某段为余方，则该段需弃渣;若某段为缺方，则该段需借方。
四、具体工程实例
1、项目概况
德兴至南昌高速公路位于江西省东北部，由东至西，路线起点位于德兴市境内新岗山镇的叶家附近，与德婺高速公路相接，沿途经过上饶市的德兴市、万年县、鄱阳县和余干县、景德镇的乐平市、南昌市的进贤县、南昌县、南昌市高新技术开发区等3市8县（市、区），终点位于昌东枢纽互通立交收费广场，路线全长205.544km，连接线长8.943km。在该工程中，建设桥梁110座，其中特大桥4座，大桥49座，中桥51座，小桥6座;修筑隧道1处，互通立交11处，分离立交43处，管理服务设施18处。项目建设总投资概算97.88亿元，其中：土建工程投资76.85亿元。项目于2009年7月底开工建设，计划于2012年6月建成通车，总工期36个月。
2、土石方平衡优化
该主体工程设计中，虽然已进行了总体规划，但其对土石方数量计算较为粗略，对取料、弃渣数量作初步计算，土石方平衡缺乏统筹性，只是进行大致估列，土石方涉及较少。但在施工过程中，各项目的土石方开挖、填筑、移动在主体工程施工、施工营造布置（包括風、水、电及通讯设施及施工工厂、仓库及生活福利设施）、施工临时道路修筑及使用、取土场开挖、弃渣场防护、场地绿化等环节均会产生。要使开发建设项目的土石方平衡达到最优状态，需要满足时间、空间、材料质量及土石方数量等4个条件，当4个条件都满足时，工程本身的土石方得以平衡，不需开采或外购材料，亦不会产生弃渣。但在实际施工中，这4个条件往往难以同时满足，只能对土石方平衡进行优化，调整土石方开挖、回填的数量，最大限度地利用开挖方，减少弃渣的产生，缩短开采、外购料、弃渣的运距，从而减少开发建设项目在建设过程中产生的水土流失，以及节省投资。 3、土石方调运利用
在准确估算整个公路项目各项土石方工程量的基础上，还应全面分析土石方调运利用的可行性：了解周边道路的情况，特别是隧道附近有无现有公路;跨越河道附近是否已有桥梁，桥梁宽度及承载力能否满足施工要求;施工的时序能否衔接;若施工时序衔接不上，有无场地供临时堆置;调出土石方的材质能否满足调入项目的要求等等。在此基础上才能在下一步合理调配土石方，而不是单纯数量的调配。主体设计的土石方数据一般按桩号分段汇总，同时结合方案比选进行附加的分段。土石方平衡分段原则：（1）根据工程填方对材料质量的要求，表土和桥梁钻孔桩基础施工产生的钻渣泥浆不能利用，作为弃方;路堑、隧道、防护排水等开挖土石方以及超载预压的卸载土石方，在施工时序衔接的前提下，均可用于路基填筑;路面工程对石方质量要求較高，一般不考虑综合利用。（2）土石方平衡时根据公路工程特点，首先在各桩号内及就近进行平衡计算，然后根据各桩号内土石方的余缺情况，在充分考虑调运利用可行性的前提下，对全线土石方进行纵向平衡，最终得出工程借方、弃方等情况。（3）各分项工程经平衡后若有弃渣，先作余方对待;在综合考虑其它分项工程无调运利用的可能后，在综合平衡表中作为弃渣对待。
基于以上原则，经计算，该项目路基土石方6467.93万m3，其中挖方2629.29万m3，填方3838.64万m3。本着多利用少弃方、力争经济合理，尽量节约用地的原则，综合考虑取土运距、运输条件和对环境的影响，对项目建设土石方进行平衡调配。需借土的路段到指定的地点取土;对废弃的或多余的土方，亦选定在地势低洼，且对环境影响尽量小的地方进行集中堆置。路基土石方经平衡调配后，需借方1589.03万m3（其中土方1143.1万m3，砂445.93万m3），产生弃方379.68万m3（其中永久性弃方335.58万m3，临时性弃方44.10万m3）。详见表3-11和图3-2。
五、结束语
公路项目水保方案编制中土石方平衡计算是一项繁琐工作，涉及专业面广、考虑问题多，方案编制人员只有在熟悉公路工程的设计、施工和管理等多方面知识，才能较为准确的估算出整个项目的土石方工程数量。本文笔者根据具体工程实例和自己多年工作经验，对公路项目水保方案编制中的土石方平衡做出简要的分析，但以上所提到的内容还远远不足以对公路项目水保方案编制中土石方平衡计算问题做出解释，因此还需要在今后的工作中进一步结合施工组织的实际情况加以改进。相信随着勘测手段、计算机辅助设计能力的提高，加上编制人员认真细致的工作，土石方平衡的计算将会更科学、更准确，更切合工程实际，从而更有利于公路项目的水土保持工作。
参考文献：
[1]李永平，杜敏：《浅析水土保持方案编制应考虑的问题》，《农业科技与信息》，2009年02期
[2]陈立华，夏文博：《水土保持方案编制的探讨》，《安徽水利水电职业技术学院学报》，2008年04期
[3]叶建锋，葛培龙：《高等级公路水土保持方案编制探讨》，《水电站设计》，2003年03期
[4]林恩标：《公路建设项目水土保持方案编制探讨》，《亚热带水土保持》，2007年01期
【关键词】 公路;建设项目;水保方案;土石方平衡
一、前言
在公路建设水保方案编制中，水土流失预测和水土流失防治构成了方案编制的中心，其中临时堆渣场、弃渣场及取料场等区域的设置位置、容量大小等均与土石方平衡息息相关。因此，土石方平衡构成了水保方案的基础。公路建设中土石方的开挖及回填地点分散，且开挖与回填地点间距较远，对于线路较长、沿线地形复杂的公路项目，土石方开挖及回填量巨大，进行合理可行的土石方平衡，使工程中开挖的土石方得到最大限度的利用，不仅可降低工程造价，还可减小因取料及弃渣而造成的对水土保持设施的破坏及由此所带来的水土流失，减小取料场及弃渣场所需的防护成本。本文笔者就德兴至南昌高速公路新建工程为例，探讨公路项目水保方案编制中土石方平衡的应用，以期能够为将来的工作提供帮助。
二、土石方平衡原理
目前，在公路建设项目的主体设计中缺乏统筹性，土石方平衡往往只包含主线路基的工程量，没有考虑路基与其它各项目之间的土石方的相互利用问题，而在实际的施工过程中，各项目的土石方数量一般包括以下几种情况：（1）主线路基为余方，其它项目为缺方。（2）主线路基为缺方，其它项目为余方。（3）主线路基和其它项目均为缺方。（4）主线路基和其它项目均为余方。
在情况（1）时，若没有考虑主线路基与其它项目土石方之间的相互利用，就会将主线路基的余方作弃渣处理，同时其它项目中的缺方还需另行取料，但若考虑主线路基与其它项目间的相互利用，主线路基中将有余方用于其它项目的缺方中，就会减小余方和缺方数量，从而减小弃渣和取料数量，甚至会出现仅有弃渣或仅有取料的情况，这样不仅可降低工程造价，还可减小因取料及弃渣而造成的对水土保持设施的破坏及由此所带来的水土流失，减小因取料及弃渣所需的防护成本。在情况（2）时，也会出现类似的结果。在情况（3）和（4）时，不会产生这种后果，但这两种情况出现的概率较低。可见，主体工程中所使用的土石方平衡方法，若没有考虑最大限度地利用工程中的开挖方，很容易破坏水土保持设施、造成水土流失，还将增加工程造价及水土保持投资。
三、关于土石方平衡经济计算的方法
1、平衡原则
在经济的平衡计算中应遵循如下原则：
（1）可操作性原则。至少需考虑以下几种因素：材料质量、施工时序、标段划分、运距、运输道路情况等因素。
（2）低成本的原则。所有土石方均先考虑就近利用，若有余亏，应考虑运距调配利用。
2、计算方法
（1）项目划分。为便于理解，根据公路建设工程的特点及材料质量、施工时序情况，按此类工程的土石方来源将其划分为如下8个项目：改移工程、耕植土、主线路基（含隧道）、防护工程、排水工程、立交桥梁、路面工程、沿线设施。
（2）起讫段划分。按大约每隔1km的间距将公路全线分为若干起讫段，分段时遵循以下原则：若遇桥梁、隧道、河道等阻隔施工运输的因素，应对每段长度进行调整，以保证每段内土石方的调运畅通;分段只能在标段内进行，一般不跨越标段，以保证土石方调运的可操作性。
（3）计算步骤。在每一起讫段内，考虑材料质量因素，计算各项目内的开挖方经自身利用后的余缺方数量，并评价填筑材料的质量。当其挖填方材料质量不符合时，需分别标清余、缺方数量。当挖填方材料质量符合，则该项目余、缺方数量为挖填方数量之差。同样标清各部开挖方（余方）、回填方（缺方）数量。
然后平衡计算每段内的考虑材料质量及施工时序等因素的各项目之间的余缺方互相利用后数量。本文称之为本桩利用。方法同前。
最后进行运距平衡利用计算。首先考虑标段划分、运距、运输道路等因素，划分土石方调运边界，确保土石方运输道路畅通，以便于施工操作;其次，在两边界之间的桩号内进行土石方调运，考虑材料质量及施工时序要求，将土石方从有余方的起讫段调至有缺方起讫段。当计算结果某段为余方，则该段需弃渣;若某段为缺方，则该段需借方。
四、具体工程实例
1、项目概况
德兴至南昌高速公路位于江西省东北部，由东至西，路线起点位于德兴市境内新岗山镇的叶家附近，与德婺高速公路相接，沿途经过上饶市的德兴市、万年县、鄱阳县和余干县、景德镇的乐平市、南昌市的进贤县、南昌县、南昌市高新技术开发区等3市8县（市、区），终点位于昌东枢纽互通立交收费广场，路线全长205.544km，连接线长8.943km。在该工程中，建设桥梁110座，其中特大桥4座，大桥49座，中桥51座，小桥6座;修筑隧道1处，互通立交11处，分离立交43处，管理服务设施18处。项目建设总投资概算97.88亿元，其中：土建工程投资76.85亿元。项目于2009年7月底开工建设，计划于2012年6月建成通车，总工期36个月。
2、土石方平衡优化
该主体工程设计中，虽然已进行了总体规划，但其对土石方数量计算较为粗略，对取料、弃渣数量作初步计算，土石方平衡缺乏统筹性，只是进行大致估列，土石方涉及较少。但在施工过程中，各项目的土石方开挖、填筑、移动在主体工程施工、施工营造布置（包括風、水、电及通讯设施及施工工厂、仓库及生活福利设施）、施工临时道路修筑及使用、取土场开挖、弃渣场防护、场地绿化等环节均会产生。要使开发建设项目的土石方平衡达到最优状态，需要满足时间、空间、材料质量及土石方数量等4个条件，当4个条件都满足时，工程本身的土石方得以平衡，不需开采或外购材料，亦不会产生弃渣。但在实际施工中，这4个条件往往难以同时满足，只能对土石方平衡进行优化，调整土石方开挖、回填的数量，最大限度地利用开挖方，减少弃渣的产生，缩短开采、外购料、弃渣的运距，从而减少开发建设项目在建设过程中产生的水土流失，以及节省投资。 3、土石方调运利用
在准确估算整个公路项目各项土石方工程量的基础上，还应全面分析土石方调运利用的可行性：了解周边道路的情况，特别是隧道附近有无现有公路;跨越河道附近是否已有桥梁，桥梁宽度及承载力能否满足施工要求;施工的时序能否衔接;若施工时序衔接不上，有无场地供临时堆置;调出土石方的材质能否满足调入项目的要求等等。在此基础上才能在下一步合理调配土石方，而不是单纯数量的调配。主体设计的土石方数据一般按桩号分段汇总，同时结合方案比选进行附加的分段。土石方平衡分段原则：（1）根据工程填方对材料质量的要求，表土和桥梁钻孔桩基础施工产生的钻渣泥浆不能利用，作为弃方;路堑、隧道、防护排水等开挖土石方以及超载预压的卸载土石方，在施工时序衔接的前提下，均可用于路基填筑;路面工程对石方质量要求較高，一般不考虑综合利用。（2）土石方平衡时根据公路工程特点，首先在各桩号内及就近进行平衡计算，然后根据各桩号内土石方的余缺情况，在充分考虑调运利用可行性的前提下，对全线土石方进行纵向平衡，最终得出工程借方、弃方等情况。（3）各分项工程经平衡后若有弃渣，先作余方对待;在综合考虑其它分项工程无调运利用的可能后，在综合平衡表中作为弃渣对待。
基于以上原则，经计算，该项目路基土石方6467.93万m3，其中挖方2629.29万m3，填方3838.64万m3。本着多利用少弃方、力争经济合理，尽量节约用地的原则，综合考虑取土运距、运输条件和对环境的影响，对项目建设土石方进行平衡调配。需借土的路段到指定的地点取土;对废弃的或多余的土方，亦选定在地势低洼，且对环境影响尽量小的地方进行集中堆置。路基土石方经平衡调配后，需借方1589.03万m3（其中土方1143.1万m3，砂445.93万m3），产生弃方379.68万m3（其中永久性弃方335.58万m3，临时性弃方44.10万m3）。详见表3-11和图3-2。
五、结束语
公路项目水保方案编制中土石方平衡计算是一项繁琐工作，涉及专业面广、考虑问题多，方案编制人员只有在熟悉公路工程的设计、施工和管理等多方面知识，才能较为准确的估算出整个项目的土石方工程数量。本文笔者根据具体工程实例和自己多年工作经验，对公路项目水保方案编制中的土石方平衡做出简要的分析，但以上所提到的内容还远远不足以对公路项目水保方案编制中土石方平衡计算问题做出解释，因此还需要在今后的工作中进一步结合施工组织的实际情况加以改进。相信随着勘测手段、计算机辅助设计能力的提高，加上编制人员认真细致的工作，土石方平衡的计算将会更科学、更准确，更切合工程实际，从而更有利于公路项目的水土保持工作。
参考文献：
[1]李永平，杜敏：《浅析水土保持方案编制应考虑的问题》，《农业科技与信息》，2009年02期
[2]陈立华，夏文博：《水土保持方案编制的探讨》，《安徽水利水电职业技术学院学报》，2008年04期
[3]叶建锋，葛培龙：《高等级公路水土保持方案编制探讨》，《水电站设计》，2003年03期
[4]林恩标：《公路建设项目水土保持方案编制探讨》，《亚热带水土保持》，2007年01期