场地平整方法在道路工程中的应用比较

葛 娟，欧阳钦

（1.天津市市政工程设计研究院，天津市 300457；2.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410004）

0 前言

道路施工时，在预制梁场、混凝土拌合站、山区公路服务区、观景台等的建设中，场地平整都是一项不可缺少的工作，由此产生的填、挖方土方量常占有较大比例。因此,合理地确定场地的设计高程和坡度,充分考虑场地现有地形条件,做到填、挖方量平衡,且使场地平整总土方量为最小,这是建筑场地平整土方量计算的一个重要问题。它对于节省工程费用,加快工程进度具有重要的实用价值。合理地选用土方量的计算方法就显得十分重要。为此，本文对目前在道路施工中使用较多的断面法与在工民建施工中使用较多的网格法进行了对比分析。

1 网格法计算方法原理分析

1.1 定义

将待平整场地划分若干一定间隔（一般为10～20 m）的正方形方格，根据方格点的自然地面标高，按填挖土方量平衡原则计算出场地设计标高，再计算出场地设计标高与自然地面标高的差值，即方格点的施工高度（“+”表示挖方高度,“-”表示填方高），然后分别计算每一方格的填挖土方量，其总和即为平整场地的总挖方量与总填方量，这种计算方法叫做网格法。

1.2 计算步骤

（1）绘方格网,并求格网点高程。

根据场地范围绘制方格网。方格网的大小根据地形复杂程度、地形图的比例尺、施工精度要求而定。一般人工施工多采用10 m×10 m、20 m×20 m的方格;机械施工时多采用50 m×50 m的方格,并进行编号。由等高线内插出每一方格顶点的地面高程,标注在相应顶点的右上方。

（2）确定场地平整的设计高程。

方格网点的标高计算有算术平均法和加权平均法。加权平均法比算术平均法精度高，高差越大，两者数据差距越大，对高差较大的场地，应采用加权平均法求平均标高。

水平面的设计高程等于场地地面高程的平均值,即根据方格顶点的地面高程及其在计算每格平均高程时用到的总次数求权平均值,所以设计高程H0的计算公式为:

式（1）中,n为方格数。

（3）计算挖、填方高度。

计算各方格顶点处的挖、填高度。用方格顶点高程减去设计高程,得每一方格点的挖、填方高度,即挖填高度h=H地面高程-H设计高程，“+”表示挖方高度,“-”表示填方高度。挖、填方高度应标注在相应方格点右下方。

（4）计算挖、填土石方量。

实际计算时,可按方格依次计算。土石方量等于挖方面积（或填方面积）乘以平均挖、填方高度。若格内既有填方又有挖方，则分别求之,然后再计算挖方量总和和填方量总和。挖、填土石方量的计算也可根据角点、边点、拐点和中心点的挖、填方高度,分别代表 1/4、2/4、3/4、1方格面积的平均挖、填方高度,按下式分别计算：

角点：挖（填）方高度h×1/4方格面积；

边点：挖（填）方高度h×2/4方格面积；

拐点：挖（填）方高度h×3/4方格面积；

中心点：挖（填）方高度h×1方格面积。

计算出各点的工程量后,再分别计算挖方量和填方量总和,填、挖方工程量应大致相等。

2 断面法

2.1 定义

在地形图上或碎部测量的平面图上,根据土方计算的范围,以一定的间距等分场地,将场地划分为若干个相互平行的横截面;按照设计高程与地面线所组成的断面图,计算每条断面线所围成的面积;以相邻两断面面积的平均值乘以等分的间距,得出每相邻两断面间的体积;将各相邻断面的体积加起来,求出总体积,这种方法称为断面法。

2.2 计算步骤

在需平整的场地中每隔一定距离Ln设置横断面 An、An+1，

式（2）中:An,An+1为相邻两横段面的挖方或填方面积;Ln为相邻两横段面之间的距离。

同样方法计算其他相邻断面间的土石方量,各部分的挖方量与填方量分别相加,其总和即为平整场地的总挖方量与总填方量。需要注意的是，填方和挖方面积需要分开计算。

3 实例分析

3.1 工程概况

该项目为厦漳跨海大桥服务区平整设计，在合理位置需要设置一监控中心场，范围控制在约260 m×120 m内。该场地地形北高南低，变化比较平缓，横向单坡为1.9%，纵向为双向横坡，坡度为1.5%。

3.2 土方量计算

由于该项目主体工程为高速公路，所以沿线的监控中心管理场的高程测量资料是以公路为基准线测量服务区内一系列的断面特征点。场地平面图见图1，给定同一平整后标高，分别按断面法和网格法计算土方。

（1）断面法计算土方量（作垂直于公路的横断面并采用EXCEL软件计算土方量，见表1）

图1 断面法场地平面示意图

表1 管理中心场土石方量统计表（断面法计算）

续表1 管理中心场土石方量统计表

结果分析：填方数量41 821.0 m3，挖方数量102 703.8 m3，挖方多于填方数量60 882.8 m3，土方总量为144 524.8 m3。

（2）网格法计算土石方（采用湘源控规V4.0软件）

图2为网格法场地平面示意图，表2为管理中心场土石方量统计表，表3为土石方平衡表。

图2 网格法场地平面示意图

表2 管理中心场土石方量统计表（网格法计算）

表3 土石方平衡表

计算结果：填方数量40 943.1 m3，挖方数量100 947.28 m3，挖方多于填方数量60 004.18 m3。土方总量为141 890.38 m3。

4 分析比较

4.1 土方总量分析

（1）网格法的土方总量是141 890.38 m3，断面法的土方总量是144 524.8 m3，网格法计算出的土方总量要小于断面法的土方总量。

（2）填挖平衡分析，网格法的挖方多于填方数量 60 004.18 m3，断面法的挖方多于填方数量60 882.8 m3，网格法填挖平衡优于断面法填挖平衡。

4.2 结果分析

（1）断面法在计算体积时，常采用平均断面法，即假定断面之间是一个棱柱体，若设计的填挖基本平衡时，则填方断面中多计的面积与挖方断面中少计的面积相互抵消，其总体积与实际体积相差不大；若设计的填挖不平衡时，则计算出的体积与实际体积相差较大。网格法计算每个单位格中的体积，误差相对较小，但是在网格布设有困难的地段，计算的误差也较大。

（2）断面法和网格法对测量的要求也不一样，由于道路测量的习惯，故在与道路有关的施工中常常采用断面法计算土方量，若能使测量方法与计算方法有效统一，能很大程度上减少误差。

5 结论与建议

在原始地形相对平缓，设计标高尚未确定时，利于布设方格网的场地，网格法无论在计算精度，填挖平衡都有较理想的结果，但在细狭长地带，填挖深度都较大且不规则的地段，断面法也具有其优势。在预制梁场、混凝土拌合站、高速公路服务区等的场地平整中，往往地形相对平缓，利于布设网格网，采用网格法是最优选择。打破惯常的思维定势，以经济最优为目的，在施工时多比较几种方法取其中最优的实施定能带来最大的效益。

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