Подсчёт объёмов земляных работ и выемки грунта

Грунт существует в трёх состояниях, и указываемая величина меняется между ними примерно на 10–70 процентов. Плотное тело — это естественный, ненарушенный объём, который вы считываете с чертежей: призма выемки между существующей поверхностью земли и проектной поверхностью либо призма насыпи между исходной поверхностью земли и проектной отметкой. Рыхлое состояние — это разработанный, разрыхлённый объём, заполняющий кузов, равный объёму плотного тела, умноженному на единицу плюс процент разрыхления. Уплотнённое состояние — это уложенный и укатанный объём, который занимает готовая насыпь, равный объёму плотного тела, умноженному на коэффициент усадки.

Два коэффициента связывают состояния, оба отсчитываются от плотного тела. Разрыхление превращает плотное тело в рыхлое, а обратная ему величина — коэффициент уплотнения при загрузке — пересчитывает рыхлое обратно. Усадка уменьшает плотное тело до уплотнённого, поэтому готовая насыпь всегда требует больше выемки или карьерного грунта в плотном теле, чем её собственный геометрический объём: требуемый карьерный грунт в показателях плотного тела равен объёму уплотнённой насыпи, делённому на коэффициент усадки. Сальдирование чистой выемки против чистой насыпи без применения усадки — классическая ошибка баланса земляных работ.

Коэффициенты сильно различаются по материалу. В качестве приблизительных плановых значений: зернистые песок и гравий разрыхляются примерно на 12–18 процентов и дают усадку около 5–14 процентов; обычный грунт разрыхляется примерно на 25 процентов и даёт усадку около 10–20 процентов; глина разрыхляется примерно на 30–40 процентов и даёт усадку около 10–20 процентов; а взорванная скальная порода разрыхляется примерно на 50–70 процентов и имеет отрицательную усадку порядка 30 процентов, поскольку раздробленная порода занимает больше места, чем плотное тело, из которого она получена. Это опубликованные средние значения для планирования; реальные значения берутся из испытаний грунта — плотность в естественном залегании по ASTM D1556 или D6938 и максимальная плотность сухого грунта по испытанию Проктора согласно ASTM D698 или D1557.

Выбор состояния для указания зависит от цели. Для оферты вы исходите из выемки в плотном теле и уплотнённой насыпи, затем добавляете карьерный грунт в плотном теле, необходимый для покрытия любого дефицита; для транспортировки и вывоза вы переводите в рыхлое состояние; для насыпи, оплачиваемой на месте, вы указываете уплотнённое состояние. Просто кубический ярд или кубический метр неоднозначен, поэтому единица всегда должна сопровождаться указанием состояния. Согласно большинству дорожных спецификаций США, разработка грунта дорожного полотна обмеряется в плотном теле, а насыпь — в уплотнённом состоянии, при этом подрядчик берёт на себя разрыхление и усадку без отдельной оплаты.

Преобладают два геометрических метода, и выбор правильного зависит от вида работ. Для линейных и дорожных земляных работ метод средних площадей поперечных сечений берёт площадь сечения выемки или насыпи на каждом пикете, усредняет две соседние площади и умножает на расстояние между ними. В единицах США кубические ярды равны среднему из двух торцевых площадей, умноженному на длину и делённому на 27. Метод немного завышает объём там, где сечения меняются быстро, а призматоидальная поправка уточняет его, когда важна точность. Точность зависит от шага: на прямых участках сечения берутся примерно через 50–100 футов, обычно 100 футов на загородных и 50 футов на городских участках, и сокращаются примерно до 25 футов или менее на съездах, крутых кривых и быстро меняющемся рельефе.

Для площадок, оснований под здания и прудов, где нет единой оси трассы, вместо этого применяется метод сетки или отдельных отметок: накладывается сетка, в каждом узле вычисляется глубина выемки или насыпи как существующая отметка минус проектная, и призмы суммируются. Оба метода дают объём в плотном теле для выемки и уплотнённый объём для насыпи; пересчёт состояний выполняется после, и его никогда не закладывают в геометрию.

Расчётный и проектный объём — это проектная линия: от существующей поверхности земли до теоретической поверхности выемки или проектной отметки, при проектных откосах. Подрядчик почти всегда вынимает больше, потому что грунт не может стоять вертикально, но этот лишний грунт относится к средствам и методам производства работ, а не к обмеряемому объёму. Указание фактической призмы с откосами вместо проектной линии завышает расчётный объём на объём откосов.

Когда подсчёт моделирует истинную выемочную призму для сметной оценки, откос задаёт величину перебора. OSHA Subpart P устанавливает максимально допустимые откосы для выемок глубиной до 20 футов, при этом защитная система требуется при глубине 5 футов и более, если стенка не сложена устойчивой скальной породой, а при глубине свыше 20 футов нужен инженерный проект. Максимальные откосы таковы: вертикальный для устойчивой скальной породы, три четверти по горизонтали к одной по вертикали (около 53 градусов) для грунта типа A, один к одному (45 градусов) для типа B и полтора к одному (около 34 градусов) для типа C. Это пределы по безопасности, а не расчётная линия.

Выемка траншеи обмеряется по заданной расчётной ширине, обычно равной наружному диаметру трубы плюс рабочий зазор с каждой стороны, или по ширине, указанной в контракте или типовом узле, независимо от того, насколько широко роет подрядчик. Зазоры порядка 150–300 миллиметров (6–12 дюймов) с каждой стороны — это распространённая практика, а не фиксированное значение, поэтому сверяйте расчётную ширину с узлом траншеи проекта. Перебор по ширине за пределами расчётной линии — это затраты подрядчика.

Объём земляных работ обмеряется в чистом виде, без надбавок на разрыхление, усадку или потери, заложенных в геометрический объём. Это явный принцип CESMM4, и его разделяют NRM2, австралийско-новозеландский метод и DIN 18300. Завышение геометрии разрыхлением, а затем дополнительное применение коэффициента состояния приводит к двойному учёту, поэтому геометрия остаётся чистой, а пересчёты — явными.

Для земляных работ нет специально кодифицированного порога пустот, а мелкие отдельные препятствия, такие как одиночные сваи или небольшие инженерные сети, игнорируются и поглощаются. Основной механизм учёта существующих конструкций и сетей в зоне разработки — надбавка «extra over», которая добавляет стоимость разработки вокруг или поперёк них, а не вычитает их объём; NRM2 учитывает надбавку extra over за разработку рядом с существующими сетями или поперёк них и за разрушение скальной породы, железобетона или кирпичной кладки. Вычитаются только значительные пустоты, и там, где нужен порог по размеру, по аналогии применяется значение примерно 1 кубический метр из соглашения о пустотах в строительных работах.

Выемка делится по материалу, потому что стоимость различается на порядок в зависимости от того, насколько тяжело разрабатывать грунт. Практика США и AASHTO разделяет обычную разработку, разработку скальной породы (материал, требующий рыхления или взрывания, при этом валуны крупнее заданного размера считаются скальной породой) и разработку непригодного или подстилающего грунта, то есть мягкого или органического ила, удаляемого ниже отметки и замещаемого как отдельная позиция оплаты. Также распространена единая неклассифицированная позиция разработки, при которой весь риск по материалу берёт на себя подрядчик. Размер валуна, при котором материал относят к скальной породе, различается по ведомствам; одни используют объём, например около 1 кубического ярда, а другие — испытание на разрыхляемость. Согласно NRM2 и CESMM4 выемка делится на растительный слой, материал, отличный от растительного слоя или скальной породы, и скальную породу. Немецкий VOB с DIN 18300 заменил старые фиксированные классы грунтов проектно-зависимыми однородными зонами.

Способ обмера скальной породы следует тому же делению. В традиции количественного учёта (quantity surveying) скальная порода обмеряется как надбавка extra over к базовой выемке: объём породы всё равно учитывается в базовой разработке, с дополнительной расценкой за трудность, независимо от глубины. Дорожная практика США, напротив, обмеряет скальную породу как отдельную позицию оплаты, которая заменяет базовый объём. Ошибка здесь приводит либо к двойному учёту породы, либо к пропуску базовой разработки под ней.

Растительный слой снимается и складируется отдельно от основной выемки, поскольку он повторно используется для благоустройства. Он обмеряется по площади с указанием средней глубины снятия, обычно около 100–150 миллиметров (4–6 дюймов), и может также указываться как объём отвала — площадь, умноженная на глубину. NRM2 обмеряет его именно так, например как снятие растительного слоя толщиной 150 миллиметров по площади.

Вывоз излишков расписывается по местам назначения, традиционно расценивается для транспортировки по рыхлому объёму в кузове, тогда как сметные ведомости (quantity surveying) часто обмеряют его по объёму в плотном теле той выемки, из которой он получен; привозной грунт для насыпи расценивается по уплотнённому объёму, который он образует на месте. Дальность транспортировки определяется графиком распределения земляных масс, на котором вдоль оси трассы строится накопленная разность выемки и насыпи на единой основе плотного тела. В пределах договорной дальности бесплатной возки перемещение включено в базовую цену выемки; за её пределами сверхдальняя возка оплачивается отдельно как объём, умноженный на расстояние, например в кубоярд-станциях или кубометр-километрах, а не как чистый объём.

Великобритания наиболее кодифицирована. NRM2 и CESMM4 обмеряют выемку в чистом виде в кубических метрах, с указанием начальной поверхности и приведённой отметки. NRM2 разбивает массовую и фундаментную выемку на ступени глубины по 2 метра (не более 2 метров, от 2 до 4 метров, от 4 до 6 метров и так далее), тогда как CESMM4 классифицирует по общей максимальной глубине. Рабочее пространство по NRM2 оставлено на усмотрение подрядчика, а во втором издании вновь введён обмер крепления стенок выемки для всех граней глубиной более 250 миллиметров, независимо от того, считается ли оно необходимым.

В дорожной практике США нет юридически закреплённого метода обмера: разработка грунта дорожного полотна — в плотном теле в кубических ярдах, насыпь — в уплотнённом состоянии, глубина не разбивается на ступени, а разрыхление и усадку берёт на себя подрядчик. В Австралии и Новой Зеландии гражданские выемка и насыпь обмеряются по AS 1181, тогда как Австралийско-новозеландский стандартный метод обмера охватывает подземную часть зданий, где глубина выемки классифицируется с шагом 1 метр (0–1, 1–2, 2–3, 3–4 метра, так что общая глубина 3,5 метра попадает в диапазон 3–4 метра), а рабочее пространство — это периметр по фундаменту, умноженный на глубину. По всей Европе VOB с DIN 18300 расценивает по фактическим размерам с классификацией материала по однородным зонам.

Для промежуточных расчётов подрядчику оплачивается либо проектный объём, либо объём, обмеренный в поле по итоговым поперечным сечениям. Дорожные управления обычно оплачивают проектный объём, если изменений в проекте не было, и проводят повторный обмер только при срабатывании определённого условия, например когда соседние торцевые площади расходятся сверх порога (отклонение в 5 процентов распространено, но зависит от ведомства), при перевыборе грунта, оползне или осадке. Эта основа оплаты отличается и от объёма по оферте, и от объёма по заказу, и эти три величины никогда не следует выдавать одну за другую.