1.2 场地平整及土方工程量计算

在丘陵和山区地带，建筑场地往往处在凹凸不平的自然地貌上，开工之前必须通过挖高填低将场地平整。而在场地平整之前，又先要确定场地的设计标高，计算挖、填土方工程量，确定土方平衡调配方案，然后根据工程规模、施工工期、土的工程性质及现有的机械设备条件，选择土方施工机械，拟订施工方案。

1.2.1 土方工程施工前的准备工作

土方工程施工前应做好以下准备工作：

（1）场地清理：包括清理地面及地下各种障碍。在施工前应拆除旧房和古墓，拆除或改建通信、电力设备、地下管线及地下建筑物，迁移树木，去除耕植土及河塘淤泥等。

（2）排除地面水：场地内低洼地区的积水必须排除，同时应注意雨水的排除，使场地保持干燥，以便于土方施工。地面水的排除一般要采用排水沟、截水沟、挡水土坝等措施。

（3）修筑好临时道路及供水、供电等临时设施。

（4）做好材料、机具及土方机械的进场工作。

（5）做好土方工程测量、放线工作。

（6）根据土方施工设计做好土方工程的辅助工作，如边坡稳定、基坑（槽）支护、降低地下水等。

1.2.2 场地平整及土方工程量计算

1．确定场地设计标高

场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总体规划和竖向设计的依据。合理地确定场地设计标高，对减少土方量、加速工程速度都有重要的经济意义。如图1-3所示，当场地设计标高为H0时，填挖方基本平衡，可将土方移挖作填，就地处理；当设计标高为H1时，填方大大超过挖方，则需从场地外大量取土回填；当设计标高为H2时，挖方大大超过填方，则要向场外大量弃土。因此，在确定场地设计标高时，应结合现场的具体条件，反复进行技术与经济的比较，选择最优方案。

场地平整设计标高的确定一般有以下两种情况：

一种是整体规划设计时确定场地设计标高，此时必须综合考虑以下因素：

①要能满足生产工艺和运输的要求；

②要充分利用地形，满足城市或区域地形规划和市政排水的要求；

③要按照场地内的挖方与填方能达到相互平衡（亦称“挖填平衡”）的原则进行计算，以降低土方运输费用；

④要有一定泄水坡度（≥2‰），满足排水要求；

⑤要考虑最高洪水位的影响。

另一种是总体规划没有确定场地设计标高时，按场地内挖填平衡、降低运输费用为原则，确定设计标高，由此来计算场地平整的土方工程量。

场地设计标高一般应在设计文件中规定，若设计文件对场地设计标高没有规定时，可按下述步骤来确定场地设计标高。

（1）初步确定场地设计标高H0

初步计算场地设计标高的原则是场内挖填方平衡，即场内挖方总量等于填方总量（∑V挖=∑V填）。

在具有等高线的地形图上将施工区域划分为边长a=10～40m的若干方格，如图1-4（a）所示。确定每个方格的各角点地面标高，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方格网各角点标高。有了各方格角点的自然标高后，场地设计标高H0就可按以下公式计算：

式中：N——方格网内方格个数；

H1——一个方格仅有的角点标高，m，如图1-4（a）中的H11、H14等共4个；

H2——两个方格共有的角点标高，m，如图1-4（a）中的H12、H13等共8个；

H3——三个方格共有的角点标高，m；

H4——四个方格共有的角点标高，m，如图1-4（a）中的H22、H23等共4个。

（2）调整场地设计标高

根据公式（1-10）初步确定的场地设计标高H0仅为一理论值，实际上，还需要根据以下因素对其进行调整。

①土的可松性影响。由于土具有可松性，会造成填土的多余，故需相应地提高设计标高。

②场内挖方和填方的影响。由于场地内大型基坑挖出的土方，修筑路堤填高的土方，以及从经济角度比较，将部分挖方就近弃于场外（简称弃土）或将部分填方就近取土于场外（简称借土）等，均会引起挖填土方量的变化。必要时，需重新调整设计标高。

③考虑泄水坡度对设计标高的影响。按调整后的同一设计标高进行场地平整时，整个场地表面处于同一水平面，但实际上由于排水的要求，场地需要一定泄水坡度。平整场地的表面坡度应符合设计要求，如无设计要求时，排水沟方向的坡度应不小于2‰。因此，还需要根据场地的泄水坡度要求（单项泄水或双向泄水），计算出场地内各方格角点实际施工所用的设计标高。

a．单向泄水时，场地各点设计标高的求法。当考虑场内挖填平衡的情况下，按公式（1-10）计算出的初步场地设计标高H0作为场地中心线的标高，如图1-5所示。场地内任一点的设计标高按以下公式计算：

式中：Hn——场地内任一点的设计标高，m；

l——该点到H0的距离，m；

i——场地单向泄水坡度，不小于2‰。

b．双向泄水时，场地各点设计标高的求法。其原理与单向泄水相同，如图1-6所示。初步场地设计标高H0作为场地中心点标高，场地内任一点的设计标高按以下公式计算：

式中：Hn——场地内任一点的设计标高，m；

lx、ly——该点与x-x、y-y方向距场地中心线的距离，m；

ix、iy——该点与x-x、y-y方向的泄水坡度。

2．场地土方工程量计算

大面积场地的土方量通常采用方格网法计算，即根据方格网的自然地面标高和实际采用的设计标高，计算出相应的角点挖填高度（即施工高度），然后计算出每一方格的土方量，并算出场地边坡的土方量，这样便可得整个场地的填、挖土方总量。其计算步骤如下：

（1）计算场地各方格角点的施工高度

场地内各方格角点的施工高度按以下公式计算：

式中：hn——角点施工高度，即填挖高度，以“+”为填，“-”为挖，m；

Hn——角点设计标高，m；

H——角点的自然地面标高，m。

（2）确定“零线”

“零线”即挖方区和填方区的分界线，也就是不挖不填的线。零线的确定方法是先求出有关方格边线（此边线的特点一端为挖，另一端为填）上的“零点”（不挖不填的点），将相邻的零点连接起来，即为零线。

确定零点采用图解法，如图1-7所示。其中，h1为填方角点的施工高度；h2为挖方角点的施工高度，0为零点位置。零点可按以下公式计算：

（3）计算场地填挖土方量

场地土方量计算可采用四方棱柱体法或三角棱柱体法。用四方棱柱体法计算时，依据方格角点的施工高度，分为以下3种类型：

①方格四个角点全部为填或全部为挖，如图1-8所示，其土方量按以下公式计算：

式中：V——挖方或填方的体积，m3；

h1、h2、h3、h4——方格角点的施工高度，均用绝对值代入，m。

②方格的相邻两角点为挖，另两角点为填，如图1-9所示，其挖、填方土方量分别按以下公式计算：

③方格的三角点为挖，另一角点为填（或三填一挖），如图1-10所示，其填、挖方土方量分别按以下公式计算：

1.2.3 场地平整土方量计算实例

某建筑场地方格网（a=20m）及各方格顶点地面标高如图1-11所示。该场地土质为亚黏土（普通土），地面设计双向泄水，泄水坡度为ix=3‰、iy=2‰。在建筑设计、生产工艺和最高洪水位等方面均无特殊要求。按挖填平衡要求，试确定场地设计标高（不考虑土的可松性影响，如有余土，用以加宽边坡），并计算挖、填土方工程量。（小数点后保留两位）

【解】（1）初步计算场地设计标高H0：

∑H1=44.24+43.35+44.89+45.55=178.03（m）

2∑H2=2×（43.79+43.36+44.18+44.43+45.25+45.09+44.93+44.76）=711.58（m）

3∑H3=0

4∑H4=4×（44.34+44.70+45.00）=536.16（m）

H0=（∑H1+2∑H2+3∑H3+4∑H4）/（4N）=（178.03+711.58+536.16）/（4×8）=44.56（m）

（2）根据要求的泄水坡度计算各方格角点的设计标高，以场地中心点角点为H0，其余各角点设计标高为：

H1=H0-40×3‰+20×2‰=44.56-0.12+0.04=44.48（m）

H2=H1+20×3‰=44.48+0.06=44.54（m）

H3=H2+20×3‰=44.54+0.06=44.60（m）

H4=H3+20×3‰=44.60+0.06=44.66（m）

H5=H4+20×3‰=44.66+0.06=44.72（m）

H6=H0-40×3‰=44.56-0.12=44.44（m）

H7=H0-20×3‰=44.56-0.06=44.50（m）

H8=H0=44.56（m）

H9=H0+20×3‰=44.56+0.06=44.62（m）

H10=H0+40×3‰=44.56+0.12=44.68（m）

H11=H0-40×3‰-20×2‰=44.56-0.12-0.04=44.40（m）

H12=H11+20×3‰=44.40+0.06=44.46（m）

H13=H12+20×3‰=44.54+0.06=44.52（m）

H14=H13+20×3‰=44.60+0.06=44.58（m）

H15=H14+20×3‰=44.66+0.06=44.64（m）

（3）计算角点的施工高度：

h1=44.48-44.24=+0.24（m）

h2=44.54-44.76=-0.22（m）

h3=44.60-44.93=-0.33（m）

h4=44.66-45.09=-0.43（m）

h5=44.72-45.55=-0.83（m）

h6=44.44-43.79=+0.65（m）

h7=44.50-44.34=+0.16（m）

h8=44.56-44.70=-0.14（m）

h9=44.62-45.00=-0.38（m）

h10=44.68-45.25=-0.57（m）

h11=44.40-43.35=+1.05（m）

h12=44.46-43.36=+1.10（m）

h13=44.52-44.18=+0.34（m）

h14=44.58-44.43=+0.15（m）

h15=44.64-44.89=-0.25（m）

（4）计算零点，标出零线位置：

1～2:x=20×0.24/（0.24+0.22）=10.4（m）（或9.6m）

2～7:x=20×0.22/（0.22+0.16）=11.6（m）（或8.42m）

7～8:x=20×0.16/（0.16+0.14）=10.7（m）（或9.3m）

8～13:x=20×0.14/（0.14+0.34）=5.8（m）（或14.17m）

9～14:x=20×0.38/（0.38+0.15）=14.3（m）（或5.66m）

14～15:x=20×0.15/（0.15+0.25）=7.5（m）（或12.5m）

（5）计算各方格土方工程量：

第一种类型的方格，即全挖或全填的方格：

3、4、9、8方格：

四点挖

4、5、10、9方格：

四点挖

6、7、12、11方格：

四点填

第二种类型的方格，即两填和两挖的方格：

8、9、14、13方格：

两点挖V挖=31.33（m3）

两点填V填=28.33（m3）

第三种类型的方格，即三挖一填或三填一挖的方格：

1、2、6、7方格：

一点挖

三点填

2、3、8、7方格：

一点填V填=2.4（m3）

三点挖V挖=61.73（m3）

7、8、13、12方格：

一点挖V挖=1.27（m3）

三点填V填=131.94（m3）

9、10、15、14方格：

一点填V填=1.06（m3）

三点挖V挖=113.06（m3）

（6）汇总挖、填土方工程量：

∑V挖=4.06+61.73+128+221+1.27+31.33+113.06=560.45（m3）

∑V填=86.06+2.4+296+131.94+28.33+1.06=545.79（m3）

（7）将计算出的场地设计标高、施工高度、零线位置及施工土方工程量在计算过程中，分别填入相应的方格中，具体如图1-12所示。