Розрахунок обсягів земляних робіт і виймання ґрунту

Ґрунт існує у трьох станах, і обліковане число змінюється між ними приблизно на 10–70 відсотків. Природний стан — це натуральний, непорушений об’єм, який ви знімаєте з креслень: призма виїмки між існуючим ґрунтом і проєктною поверхнею або призма насипу між початковим ґрунтом і остаточною позначкою. Розпушений — це вийнятий, розбухлий об’єм, що заповнює самоскид, який дорівнює об’єму в природному стані, помноженому на одиницю плюс відсоток розпушення. Ущільнений — це укладений і укочений об’єм, який займає готовий насип, що дорівнює об’єму в природному стані, помноженому на коефіцієнт усадки.

Два коефіцієнти пов’язують стани, обидва віднесені до природного стану. Розпушення розширює природний стан до розпушеного, а зворотна величина, коефіцієнт завантаження, перетворює розпушений назад. Усадка зменшує природний стан до ущільненого, тож для готового насипу завжди потрібно більше виїмки чи кар’єрного ґрунту в природному стані, ніж його власний геометричний об’єм: потрібний кар’єрний ґрунт у природному стані дорівнює об’єму ущільненого насипу, поділеному на коефіцієнт усадки. Прирівнювання необробленої виїмки до необробленого насипу без застосування усадки — це класична похибка балансу земляних робіт.

Коефіцієнти сильно різняться залежно від матеріалу. Як приблизні планові значення: зернисті пісок і гравій розпушуються приблизно на 12–18 відсотків і дають усадку приблизно 5–14 відсотків; звичайний ґрунт розпушується приблизно на 25 відсотків і дає усадку приблизно 10–20 відсотків; глина розпушується приблизно на 30–40 відсотків і дає усадку приблизно 10–20 відсотків; а підірвана скельна порода розпушується приблизно на 50–70 відсотків і має від’ємну усадку приблизно 30 відсотків, оскільки розбита порода займає більше простору, ніж природний стан, з якого вона походить. Це опубліковані середні значення для планування; реальні значення отримують з ґрунтового випробування — щільність на місці за ASTM D1556 або D6938 і максимальна суха щільність за випробуванням Проктора за ASTM D698 або D1557.

Який стан обліковувати, залежить від мети. Для тендерної пропозиції ви починаєте з виїмки в природному стані та ущільненого насипу, а потім додаєте кар’єрний ґрунт у природному стані, потрібний для покриття будь-якого дефіциту; для транспортування та вивезення ви переводите в розпушений; для насипу, що оплачується на місці, ви обліковуєте ущільнений. Простий кубічний ярд чи кубічний метр неоднозначний, тому одиницю слід завжди позначати її станом. За більшістю специфікацій автомобільних доріг США виймання дорожнього полотна вимірюється в природному положенні, а насип — в ущільненому положенні, причому підрядник бере на себе розпушення й усадку без окремої оплати.

Переважають два геометричні методи, і правильний з них залежить від типу робіт. Для лінійних і дорожніх земляних робіт метод середніх торцевих площ бере площу поперечного перерізу виїмки чи насипу на кожному пікеті, усереднює дві сусідні площі та множить на відстань між ними. В одиницях США кубічні ярди дорівнюють середньому двох торцевих площ, помноженому на довжину, поділену на 27. Метод дещо завищує об’єм там, де перерізи змінюються швидко, і призматоїдальна поправка уточнює його, коли важлива точність. Точність залежить від інтервалу: прямі ділянки розрізаються на перерізи приблизно через 50–100 футів, зазвичай 100 футів за містом і 50 футів у місті, зменшуючись приблизно до 25 футів або менше на з’їздах, крутих кривих та ділянках, що швидко змінюються.

Для майданчиків, основ під будівлі та ставків, де немає єдиної осі траси, натомість використовують метод сітки або точкових позначок: накладають сітку, обчислюють глибину виїмки чи насипу в кожному вузлі як існуючу позначку мінус проєктну, і підсумовують призми. Обидва методи дають об’єм у природному стані для виїмки та ущільнений об’єм для насипу; переходи між станами застосовуються потім, а ніколи не закладаються в геометрію.

Платіжний і проєктний обсяг — це проєктна лінія: від існуючого ґрунту до теоретичної поверхні виїмки або остаточної позначки за проєктними бічними укосами. Підрядник майже завжди виймає більше, ніж це, оскільки ґрунт не може стояти вертикально, але цей зайвий ґрунт належить до засобів і методів, а не до вимірюваного обсягу. Облік фактичної призми з укосами замість проєктної лінії завищує платіжний обсяг на об’єм укосу.

Коли розрахунок моделює дійсну вийняту призму для кошторису витрат, бічний укіс визначає об’єм перебору. OSHA Subpart P встановлює максимально допустимі укоси для виймань завглибшки до 20 футів, з обов’язковою захисною системою на глибині 5 футів і більше, якщо стінка не є стійкою скельною породою, та з інженерним проєктом понад 20 футів. Максимальні укоси: вертикальний для стійкої скельної породи, три чверті горизонталі до однієї вертикалі (близько 53 градусів) для ґрунту типу A, один до одного (45 градусів) для типу B і один з половиною до одного (близько 34 градусів) для типу C. Це межі безпеки, а не платіжна лінія.

Виймання траншеї вимірюється до зазначеної платіжної ширини, зазвичай це зовнішній діаметр труби плюс робочий зазор з кожного боку, або ширина, зазначена в договорі чи стандартному вузлі, незалежно від того, наскільки широко копає підрядник. Зазори з кожного боку приблизно 150–300 міліметрів (6–12 дюймів) є поширеною практикою, а не фіксованою величиною, тож звіряйте платіжну ширину з вузлом траншеї проєкту. Перевищення ширини за платіжною лінією — це витрати підрядника.

Об’єм земляних робіт вимірюється за чистим обсягом, без закладеного в геометричну величину запасу на розпушення, усадку чи відходи. Це задекларований принцип у CESMM4, який поділяють NRM2, метод Австралії та Нової Зеландії і DIN 18300. Завищення геометрії на розпушення, а потім ще й застосування коефіцієнта стану призводить до подвійного обліку, тому геометрія залишається чистою, а переходи — явними.

Для земляних робіт немає окремого кодифікованого порога порожнин, а дрібні поодинокі перешкоди, як-от окремі палі чи невеликі інженерні мережі, ігноруються й поглинаються. Основний механізм для існуючих конструкцій та мереж у зоні розкопки — це доплата (extra over), яка додає вартість виймання навколо чи поперек них, а не вираховує їхній об’єм; NRM2 обліковує доплату за виймання вздовж чи поперек існуючих мереж і за розбивання скельної породи, залізобетону чи цегляної кладки. Вираховуються лише значні порожнини, а коли потрібен поріг за розміром, за аналогією використовують величину приблизно 1 кубічний метр з конвенції щодо порожнин для будівельних робіт.

Виймання поділяється за матеріалом, тому що вартість відрізняється на порядок залежно від того, наскільки важко копати ґрунт. Практика США та AASHTO виділяє звичайне виймання, виймання скельної породи (матеріал, що потребує рихлення чи підривання, причому валуни понад зазначений розмір зараховуються до скельної породи) і виймання непридатного або підґрунтового матеріалу — це м’який чи органічний мул, що видаляється нижче позначки й замінюється як окрема платіжна позиція. Поширена також єдина некласифікована позиція виймання, де весь ризик за матеріалом бере на себе підрядник. Розмір валуна, що визначає скельну породу, різниться залежно від відомства; одні використовують об’єм, наприклад приблизно 1 кубічний ярд, інші — випробування на рихлюваність. За NRM2 і CESMM4 виймання поділяється на родючий шар, матеріал, відмінний від родючого шару чи скельної породи, та скельну породу. Німецький VOB з DIN 18300 замінив старі фіксовані класи ґрунтів проєктно-специфічними однорідними зонами.

Спосіб вимірювання скельної породи відповідає тому самому поділу. У традиції кошторисної справи скельна порода вимірюється як доплата (extra over) до базового виймання: об’єм скельної породи все одно зараховується до базової розкопки, з додатковою розцінкою за складність, незалежно від глибини. Натомість дорожня практика США вимірює скельну породу як окрему платіжну позицію, що замінює базовий обсяг. Помилка тут або призводить до подвійного обліку скельної породи, або пропускає базову розкопку під нею.

Родючий шар знімається й складується окремо від основного виймання, оскільки його повторно використовують для благоустрою. Він вимірюється за площею із зазначеною середньою глибиною зрізу, зазвичай приблизно 100–150 міліметрів (4–6 дюймів), і його також можна обліковувати як об’єм відвалу — площа, помножена на глибину. NRM2 вимірює його саме так, наприклад як знімання родючого шару завтовшки 150 міліметрів за площею.

Вивезення надлишку розписується за позиціями залежно від місця призначення, за звичаєм оцінюється для транспортування за розпушеним об’ємом самоскида, тоді як у кошторисних відомостях його часто вимірюють за об’ємом у природному стані виймання, з якого він походить; привізний насипний ґрунт обліковується за ущільненим об’ємом, який він утворює на місці. Відстань транспортування визначається діаграмою розподілу земляних мас, що відкладає накопичену виїмку мінус насип на спільній основі природного стану вздовж осі траси. У межах договірної відстані безкоштовного перевезення переміщення входить у базову ціну виймання; понад неї перевал оплачується окремо як величина об’єм-відстань, наприклад кубоярд-пікети або кубометр-кілометри, а не як чистий об’єм.

Велика Британія є найбільш кодифікованою. NRM2 і CESMM4 вимірюють виймання за чистим обсягом у кубічних метрах із зазначенням початкової поверхні та зведеної позначки. NRM2 розбиває об’ємне та фундаментне виймання на стадії глибини по 2 метри (не понад 2 метри, від 2 до 4 метрів, від 4 до 6 метрів і так далі), тоді як CESMM4 класифікує за загальною максимальною глибиною. Робочий простір залишається на розсуд підрядника за NRM2, а його друге видання знову запровадило вимірювання кріплення земляних робіт для всіх стінок виймання завглибшки понад 250 міліметрів, незалежно від того, чи вважається воно необхідним.

Дорожня практика США не має законодавчо встановленого методу вимірювання: виймання дорожнього полотна обліковується в природному положенні в кубічних ярдах, насип — в ущільненому, глибина не розбивається на стадії, а підрядник бере на себе розпушення й усадку. В Австралії та Новій Зеландії цивільні виїмка й насип вимірюються за AS 1181, тоді як Australia and New Zealand Standard Method of Measurement охоплює підземну частину будівель, де глибина виймання класифікується з кроком 1 метр (0–1, 1–2, 2–3, 3–4 метри, тож загальна глибина 3,5 метра потрапляє в діапазон 3–4 метри), а робочий простір — це периметр уздовж фундаменту, помножений на глибину. По всій Європі VOB з DIN 18300 обліковує за фактичними розмірами з класифікацією матеріалу за однорідними зонами.

Для проміжних виплат підряднику оплачують або проєктний обсяг, або обсяг, виміряний на місці за остаточними поперечними перерізами. Дорожні департаменти зазвичай оплачують проєктний обсяг, коли немає змін проєкту, повторно вимірюючи лише в разі досягнення визначеного тригера, наприклад коли сусідні торцеві площі відрізняються понад поріг (5-відсоткове відхилення є поширеним, але залежить від відомства), при недокопі, зсуві чи осіданні. Ця основа оплати відрізняється і від тендерного обсягу, і від замовленого обсягу, і ці три ніколи не слід обліковувати один замість одного.