土方工程量计算及场地土方调配探讨

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摘要 在土方工程施工之前，必须计算土方的工程量。主要有土方平整量、调配量和土方开挖量计算。一般情况下，将土方划分成一定的几何形状，采用一定精度的方法进行计算。本文就土方工程量计算及场地土方调配采用文图表等方式进行了详细的阐述。

关键词 土方工程；工程量；计算；土方调配

中图分类号F321 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）55-0072-02

1 场地平整的土方量计算

场地平整的工作就是将天然地面改造成我们所要求的设计平面。由设计平面的标高和天然地面的标高之差，可以得到场地各点的施工高度，由此可计算场地平整的土方量。

场地平整土方量的计算方法通常有方格网法和断面法。方格网法适用于地形较为平坦的地区，断面法则多用于地形起伏变化较大的地区。

1.1 场地设计标高的确定

选择设计标高，需考虑以下因素：

1）满足生产工艺和运输的要求；

2）尽量利用地形，以减少挖方数量；

3）场地以内的挖方与填方能达到相互平衡以降低土方运输费用；

4）要有一定的泄水坡度（≥2960），使其满足排水要求；

5）考虑最高洪水位的要求。当设计文件上对场地标高无特定要求时，场地的设计标高可照下述步骤和方法确定。

（1）初步计算场地

设计标高将地形图划分方格，方格一般采用20m×20m~40m×40m，如图1（a）所示。每个方格的角点标高，一般根据地形图上相邻两等高线的标高，用插入法求得：在无地形图的情况下，也可在地面用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出。

一般说来，理想的设计标高，应该使场地内的土方在平整前和平整后相等而达到挖方和填方的平衡，如图1 (b)所示，即

式中：H0-计算的场地设计标高（m）； a-方格边长（m）；H11，…, H22任一个方格的4个角点的标高 （m）。

从图1 中可看出，H11系中一个方格的角点标高，H22和H21均系2个方格公共的角点标高，H22则系4个方格公共的角点标高。如果将所有方格的4个角点标高相加，那么，类似H11，这样的角点标高加了1次，类似H12和H21的标高加了2次，而类似H22的标高则加了4次。因此，上式可改写成下列的形式：

（2）计算设计标高的调整值

式（1-3）所计算的标高，纯系理论计算值，实际上，还需考虑以下因素进行调整：

①由于上具有可松性，必要时应相应地提高设计标高；

②由于设计标高以上的各种填方工程用土量影响设计标高的降低，或者设计标高以下的各种挖方工程而影响设计标高的提高；

③由于边坡填挖土方量不等(特别是坡度变化大时)而影响设计标高的增减；

④根据经济比较结果，而将部分挖方就近弃土于场外，或将部分填方就近取土于场外而引起挖填土的变化，需增减设计标高。

1.2 场地平整土方量计算

根据每个方格角点的自然地面标高和实际采用的设计标高，算出相应的角点填挖高度，然后计算每一个方格的土方量，并算出场地边坡的土方量，再将场地上所有方格和边坡的挖填土方量分别求和，这样即可以得到整个场地的挖、填土总方量。

1）场地各方格的土方量的计算计算步骤如下：

（1）根据已有地形图划分成若干个方格网，尽量与测量的纵、横坐标网对应。将设计坐标和自然地面标高分别标注在方格点的右上角和右下角。设计地面标高与自然地面标高的差值，即各角点的施工高度（挖或填），填写在方格网的左上角，挖方为“一”，填方为“+”，如图2所示。各方格网点的挖填高度计算公式：

（1-4）

式中：hn-各角点的挖填高度，即施工高度（m），以“+”为填，以“一”为挖；

Hn-角点的设计标高（m），若无泄水坡时，即为场地的设计标高；

H-角点的自然地面标高（m）。

（2）计算零点位置

在一个方格网内同时有填方或挖方时，要先算出方格网边的零点位置，并标注于方格网上，连接零点就得零线，是填方区与挖方区的分界线。零点位置可采用图解法直接求出或用计算公式确定，如图3和图4所示。

h1、h2-分别为填和挖角点施工高度； x1、x2-分别为零点至填和挖角点水平距离

2）边坡的土方量的计算

场地挖方区和填方区的边沿，都需要做成边坡，其平面图如图5所示。边坡的土方工程量可以划分成两种近似的几何形体，即三角棱锥体（如场地边坡平面图5中体积①一③，⑤一⑩即为三角棱锥体）和三角棱柱体（如场地边坡平面图中体积④即为三角棱柱体）。

2 基坑、基槽土方量

计算基坑、基槽上方量计算可按立体几何中的拟柱体（由两个平行的平面做底的一种多面体）体积公式计算。

2.1 基坑土方量

所谓基坑是指长宽比小于等于3的矩形土体。如图6所示，基坑土方量近似计算公式：

式中：V-基坑土方量（m3）；A1、A2-基坑的上、下底面积（m2）；A0-基坑中截面的面积（m2）；H-基坑深度（m）。

2.2 基槽．路堤土方量

基槽与路堤通常根据其形状（曲线、折线、变截面等）划分成若干计算段，分段计算土方量，然后再累加求得总的土方工程量。基槽第i段如图7所示。其土方量计算公式：

将各段土方量相加即得总土方量：

（2-3）

式中：V-基槽总土方量（m3）；Vi-第i段基槽土方量（m3）；

Ai1、Ai2-基槽的上、下底面积（m2）；Ai0-基槽中截面的面积（m2）；Li-基槽长度（m）。

3 土方调配量的计算

土方调配，就是对挖土的利用、堆弃和填土的取得三者之间的关系进行综合协调的处理。好的土方调配方案，应该是使土方运输量或费用达到最小，而且又能方便施工。

3.1 土方调配原则

1）应力求达到挖、填平衡和运距最短的原则；

2）土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则；

3）土方调配应采取分区与全场相结合来考虑的原则；

4）土方调配还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合；

5）合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、运输线路，使土方机械和运输车辆的性能得到充分发挥。

3.2 土方调配图表的编制

场地土方调配，需作成相应的土方调配图表，其编制的方法如下：

1）划分调配区。在场地平面图上先划出挖、填区的分界零线；根据地形及地理条件，把挖方区和填方区再适当地划分为若干调配区，其大小应满足土方机械的操作要求，例如调配区的大小应大于或等于机械的铲土长度；

2）计算土方量。计算各调配区土方量，并标明在图上；

3）求出每对调配区之间的平均运距。取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方的重心位置，即

式中：、-挖或填方调配区的重心坐标；V-每个方格的土方量（m3）;

X、y-每个方格的重心坐标。

有时因地形复杂，重心的计算颇为繁琐，所以也有用作图法近似地求出形心位置以代替重心位置的，此法用得较多。

当挖方区土方重心和填方区土方重心分别求出后，标于相应的调配区图上，然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距。

当填、挖方调配区之间的平均运距较远，采用汽车、自行式铲运机或其他运土工具沿工地道路或规定线路运土时，其运距应按实计算。

3.3 土方最优调配方案

好的调配方案就是要在最大限度地保护自然地貌的情况下，使土方总的运输量最小。

大型的土方工程，可利用电算求解该线性规划问题。如果是中小工程，挖填方数目不多，可采用如下的“表上作业法”求解土方调配问题。

4 结论

总之，土方工程工程量大、施工条件复杂，受到的影响因素多，在土方工程施工前，应详细分析与核对各项技术资料，对土方工程进行精心的计算，从而制定出技术可行、经济合理的施工方案。

参考文献

[1]罗德仁，邹自力，汤江龙.工程土方量计算比较分析[J].东华理工学院学报，2005(1).

[2]朱洪威，谢志华.高速公路工程设计中土方工程量计算精度的方法分析[J].黑龙江交通科技，2010(1).