土木工程施工：场地平整与土方量计算

1.2.1 场地平整前的施工准备工作

场地平整是将现场平整成施工所要求的设计平面，以方便下一步施工。场地平整前需做好以下主要准备工作:

(1) 充分了解施工现场技术资料。在组织施工前，施工单位应充分了解施工现场的地形、地貌，掌握原有地下管线或构筑物的竣工图、土石方施工图以及工程、水文地质、气象条件等技术资料，做好平面控制桩位及垂直水准点位的布设及保护工作，施工时不得随便搬移和碰撞。

(2) 场地清理。将施工区域内的建筑物和构筑物、管道、坟墓、沟坑等进行清理。对影响工程质量的树根、垃圾、草皮、耕植土和河塘淤泥等进行清除。将场地内对环境有污染的土壤及其他物质进行清除。

(3) 地面水排除。在施工区域内设置排水设施，一般采用排水沟、截水沟、挡水土坝等，临时性排水设施应尽量与永久性排水设施结合考虑。应尽可能利用自然地形来设置排水沟，使水直接排至场外或流向低洼处。沟的横断面尺寸可以根据当地实际气象资料，按照施工期内的最大排水量确定，一般不小于500mm×500mm。排水沟的边坡坡度应根据土质和沟深确定，一般为1∶ 0.7～1∶ 1.5，岩石边坡可以适当放陡。

(4) 修建临时道路、临时设施。主要道路应结合永久性道路一次修筑。临时道路除路面宽度要能保证运输车辆正常通行外，最好能在每隔30～50m的距离设一会车带。路基夯实后再铺上碎石面层即可，但在施工过程中随时注意整平，以保证道路通畅。在城市施工时，为保证施工场地内的泥土不被车辆轮胎带入市区道路造成城市环境污染，场地内一般可以用低标号混凝土浇筑一层混凝土路面，确保城市内的文明化施工。

(5) 制定冬季、雨季施工措施。如果土石方工程的施工期中有冬季或雨季，在编制施工组织设计时应制定冬季、雨季土石方工程施工的安全、质量与进度的保证措施，如雨季施工中的防洪、土方边坡稳定措施，冬季施工中的冻土开挖、填方等内容。

1.2.2 场地平整土方量计算

场地平整前，要确定场地平整与基坑 (槽) 开挖的施工顺序，确定场地的设计标高，计算挖、填土方量，进行土方调配等。

场地平整与基坑开挖的施工顺序，通常有三种不同情况:

(1) 对场地挖、填土方量较大的工地，可以先平整场地，后开挖基坑。这样，可以为土方机械提供较大的工作面，使其充分发挥工作效能，减少与其他工作的相互干扰。

(2) 对较平坦的场地，可以先开挖基坑，待基础施工后再平整场地。这样可以减少土方的重复开挖，加快建筑物的施工进度。

(3) 当工期紧迫或场地地形复杂时，可以按照现场施工的具体条件和施工组织的要求，划分施工区域。施工时，可以平整某一区域场地后，随即开挖该区域的基坑; 或开挖某一区域的基坑，并做好基础后进行该区域的场地平整。

场地平整一般是进行挖高填低。平整前首先计算场地的挖方量和填方量，确定场地的设计标高，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(即填、挖高度)，由此可以计算场地平整的挖方和填方的工程量。

1. 场地设计标高确定

场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总图规划和竖向设计的依据。合理确定场地的设计标高，对减少土石方量、加速工程进度都有重要的经济意义。如图1.2.1所示，当场地标高为H0时，填挖基本平衡，可以将场地土石方移挖作填，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充分进行技术经济比较，选择其中相对最优方案。其原则是: 满足生产工艺和运输的要求; 满足设计时考虑的最高洪水位的影响; 充分利用地形，尽量使挖、填平衡，以减少土方运输量。场地设计标高若无其他特殊要求，则可以根据挖、填土方量平衡的原则加以确定。

图1.2.1 场地不同标高的影响

(1) 初步确定场地设计标高(H0)

将场地划分成边长为d=10～40m的若干个正方形方格。每个方格的角点标高，在地形较平坦时，可以根据地形图上相邻两条等高线的高程，用插入法求得; 当地形起伏较大，用插入法有比较大的误差时，则可以在现场用木桩打好方格网，然后用测量的方法求得。

如图1.2.2所示，根据场地内挖、填土方量平衡的原则，若平整前后土方量相等，则

图1.2.2 场地设计标高简图

高线; 2—自然地坪; 3—设计标高平面; 4—自然地面与设计标高平面的交线 (零线)

即

式中: H0——所计算场地的设计标高(m);

a——方格边长 (m);

N——方格数;

H11、H12、H21、H22——某一方格的4个角点标高(m)。

从图1.2.2可见，H11是1个方格的单独角点标高，H12、H21为2个方格共有的角点标高; H22为4个方格共有的角点标高。因此，如果将所有方格的4个角点标高相加，则类似H11这样的角点标高加1次，类似H12、H21的角点标高加2次，类似H22的角点标高加4次。此外还有三方格共有一个角点标高 (加3次) 的情况。因此，式 (1.2.1) 可以改写为

式中: H1——1个方格独有的角点标高(m);

H2——2个方格共有的角点标高(m);

H3——3个方格共有的角点标高(m);

H4——4个方格共有的角点标高(m)。

(2) 计算设计标高的调整值

按式 (1.2.2) 计算出的设计标高为一理论值，而在实际施工过程中，还需考虑下列因素的影响而对设计标高进行调整。

1) 土的可松性影响

由于土具有可松性，虽经回填压实，还会造成填土的多余，相应地提高了设计标高。如图1.2.3所示，设Δh为土的可松性引起设计标高的增加值，则设计标高调整后的总挖方体积V'W为

图1.2.3 设计标高调整示意图

V'W=VW-FW·Δh　(1.2.3)

式中: V'W——设计标高调整后的总挖方体积;

VW——设计标高调整前的总挖方体积;

FW——设计标高调整前的挖方区总面积。

设计标高调整后，总填方体积变为

V'T=V'WK's= (VW-FWΔh) K's　(1.2.4)

式中: V'T——设计标高调整后的总填方体积;

K's——土的最后可松性系数。

此时，填方区的标高也应与挖方区一样，提高Δh，即

式中: VT——设计标高调整前的总填方体积;

FT——设计标高调整前的总填方区总面积。

经移项整理简化得(当VT=VW时)

故考虑土的可松性后，场地设计标高的计算公式应调整为

H'0=H0+Δh　(1.2.6)(www.xing528.com)

2) 考虑泄水坡度对设计标高的影响

按上述计算出设计标高进行场地平整时，是假设整个场地为一个水平面，实际上由于排水的要求，场地表面要有一定的泄水坡度。泄水坡度要符合设计要求，若设计无要求，一般要求泄水坡度不小于0.2%。设计时要根据场地泄水坡度的要求 (单向泄水或双向泄水)，计算出场地内各方格角点实施施工时所用的设计标高，如图1.2.4所示。

在进行双向泄水坡度设计标高计算时，考虑本场地土石方量的填、挖平衡，将已调整的设计标高(H'0) 作为场地纵横方向的中心点的设计标高，则场地内任意一点的设计标高为

式中: lx、ly——计算点沿x、y方向距中心点的距离;

ix、iy——场地沿x、y方向的泄水坡度。当ix(或iy) 为零时，为单向泄水;

计算点比中心点高时，取“+”; 计算点比中心点低时，则取“-”。

图1.2.4 考虑泄水坡度对设计标高的影响

例如，在图1.2.4中，要求分别计算角点H52、H42的设计标高分别为:

①对于H52点，属单向泄水，H52=H0-li=H0-1.5ai;

②对于H42点，属双向泄水，H42=H0-lxix-lyiy=H0-1.5aix-0.5aiy。

2. 场地平整土方量计算

场地土方量的计算方法有方格网法和断面法两种，当场地地形较为平坦时宜采用方格网法; 当场地地形比较复杂或挖填深度较大、断面不规则时，宜采用断面法。

(1) 方格网法

1) 方格网法的步骤

方格网法是利用方格网来控制整个场地，从而计算土方工程量，主要适用于地形较为平坦、面积较大的场地。场地宜划分为正方形方格网，通常边长以10～40m居多。

在求出场地各方格角点的自然地面标高和设计标高后，可以按下式计算各角点的施工高度 (挖或填)

hn=Hn-H　(1.2.8)

式中: hn——角点的施工高度(m)，计算结果“+”值表示填方，“-”值表示挖方;

Hn——角点的设计标高(m);

H——角点的自然地面标高 (m)。

然后分别计算每一方格的填、挖方量，并计算出场地边坡的土方量，将挖方区 (或填方区) 的所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得出场地挖方和填方的总土方量。

计算挖、填方土方量前先确定“零线”的位置。零线即挖方区与填方区的分界线，在该线上的施工高度为零。零线的确定方法是: 在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上 (即方格边线角点的施工高度一正一负)，用插入法求出各零点的位置，将方格网中各相邻边线上的零点连接起来，即为零线。

零点位置可以通过下式确定 (见图1.2.5)

图1.2.5 零点位置计算示意图

式中: x——零点至A点距离;

h1、h2——施工高度;

a——方格边长 (m)。

零线确定后，便可以进行土方量计算。

2) 方格中土方量的计算方法

方格中土方量的计算可以用四角棱柱体法。计算时，根据方格角点的施工高度，分为三种类型:

①方格四角全部为挖或填时 (见图1.2.6)，其体积为

图1.2.6 全部为挖或填的方格

图1.2.7 两挖和两填的方格

式中: V——填方或挖方体积(m3);

h1、h2、h3、h4——方格四个角点的施工高度(m);

a——方格边长 (m)。

②方格的相邻两角点为挖方，另两角点为填方 (见图1.2.7) 时，则填方部分土方量为

挖方部分的土方量为

式中: ∑h——填方或挖方施工高程总和，用绝对值代入;

b、c——零点到一角点的边长。

③方格的3个角点为挖方 (或填方)，另一角点为填方 (或挖方)，如图1.2.8所示。

填方部分的土方量为

图1.2.8 三挖一填的方格

挖方部分的土方量为

(2) 断面法

断面法是沿场地取若干个相互平行的断面 (当精度要求不高时可以利用地形图定出，若精度要求较高时，应实地测量定出)，将所取的每个断面 (包括边坡断面) 划分为若干个三角形或梯形，如图1.2.9所示。对于任一断面，其三角形或梯形的面积计算为

图1.2.9 断面法示意图

断面面积为

Fi=f1+f2+f3+…+fn

各个断面面积求出后，设各断面面积分别为F1，F2，…，Fn，相邻两断面之间的距离依次为l1，l2，…，ln，则所求的土方体积为