浅谈特殊复杂条件下土方平衡计算方法

潘光斯

摘 要：土方平衡计算作为土地整理项目中的一项重要工作，其计算过程直接决定工程造价的高低，其设计合理性对于施工总造价及工程是否能够顺利实施起着至关重要的作用。土方平衡计算的复杂程度取决于需要改良的自然地貌。地形简单，面积不大则土方平衡计算比较简单，而一些地形复杂并且地物地貌变化众多的情况，土方平衡计算的设计都复杂很多，计算过程则较为复杂。同样一个地形，设计不同，工程量便不同，工程造价也会有很明显的差距。这就需要我们因地制宜地去把握施工中的每一个细节，合理设计、节约成本。

关键词：土方量；方格网法；平衡计算

引言

工程建设中，常常需要根据工程规划要求将某些特殊地形的自然地貌改造成一个水平的或者有一个或几个梯度的场地，以满意实际应用。地形的复杂程度直接关系到工程的总造价。而不同的土方平衡计算方法又会使工程造价有些许差异，这就容易引起工程方面的经济纠纷。因此，合理的土方平衡设计方案，准确科学的计算方法显得到关重要。下面就以海岛补充耕地易地开发项目为例，浅谈一下特殊复杂条件下土方平衡计算。

1 地形分析

该实例属典型岛屿复杂多变地形，表面砂层，东高西低，中间一条凸出背脊，从东向西呈“W”形，地势以东北方向为圆心由东南方向正北方弯曲成平摆的“香蕉”的形状。田块的开发改良要求是覆盖住1.3m-8m厚的细粒砂层并且在东、西、北三个方向均留置植林防护区。

2 施工分析与土方量计算

为達到耕地易地改造的效果，我们对地块需要进行砂面平整、土方挖运、填调配工程三个方面进行施工。具体分取土场的施工、临时施工通道的修筑、田地块的施工等几个环节进行设计。

采用方格网法进行计算。其原理是将施工现场划分为若干个尽量与测量的纵横坐标网对应的方格，以每个方格为单位，根据其顶点的高度与设计高度进行对比，低的进行填平，高的部分进行挖运。根据方格四个顶点的挖填的平均加权值及方格的面积来计算土方量。

当同一方格网内既有挖方又有填方时，首先把找进方标边缘上的零点位置。

零点的位置按下式计算

x1=■×a x2=■×a

式中x1、x2-角点至零点的距离（m）；

h1、h2-相邻两角点的施工高度（m），均用绝对值；

a-方格网的边长（m）。

图1

如图1所示，将方格网边缘上的零点位置连起线，就得到了挖方区与填方区的分界线。

2.1 取土场的施工

2.1.1 取土场的选址

根据实际地形地貌，改良后的田块由北往面的耕作面高程从低（？荦62）往高（？荦68），因此施工由北面开始。

取土场则选取东面和西面砂层较薄的位置，为便为施工，东西面各细分出区域，先由推土机推开表层砂面再进行挖土。

2.1.2 土场可开挖深度的确定

为了减少运输工作量，需要合理选择取土区。先由挖土机在规划区域挖取多个探测坑。然后将各个坑的挖掘深度进行加权平均来算出该区域的可挖深度和可挖面积。

2.1.3 取土总量的构成

根据现场地形，取土总量=田块填土方量+施工道土方量+田间道土方量+生产道土方量+蕉园填土方量。

其中，田块填土方量=（田块面积-蕉园面积）×施工深度。

2.1.4 取土工程量的校核

计划取土面积=取土总量/可开挖深度

实际可取土面积等于各个取土区域面积之和

实际可取土总量=各取土区域取土量之积

其中，每个区域取土量=取土面积×可开挖深度

当实际可取土面积大于等于计划取土面积，实际可取土总量大于等于计划取土总量，该取土方案可行。

2.1.5 取土场的施工设计

在东、西面各选取一个取土区，先用推土机将表层砂推开，堆放到东、南、西面，留出与田块距离最近的北面运送田块填土，这样以减少运距，节省施工成本。当取土区取土完毕，再将堆放在东、南、西面的表层砂回填到土坑中。

2.2 临时施工通道的修筑

2.2.1 临时施工通道的设计

由于施工现场的地表高低不平，低凹处由取土场挖土、运土平衡，高凸需要挖运大量砂土用来回填土坑，这两种施工共用一条施工通道。因为两种施工同时进行，所以施工车辆较多，对于施工通道建筑宽度的设计应充分考虑安全问题。

2.2.2 临时施工通道所需土方量的计算

施工通道土方量=施工道总长度×施工道填筑宽度×填土厚度

对于施工道填筑的土不需要进行回收，在运砂填坑时分段填埋，从而达到节省成本的效果。

2.3 田地块的施工

2.3.1 田地块施工设计

对于田地块的施工，首先建造砂平台用来堆填取土坑挖出来的土方量，然后将进行取土场取土、田块填土、田块的整平、运砂来回填土坑，最后砂面进行平整。

该施工工序自北向南逐段进行，每一个工序的循环，砂平台的制造都是第一个步骤。砂平台的采用避免因取土场中的土方被超前挖出而堆放在已经经过平整的田块上，而引起的土方再次被转运或者需要增加推运的工序，不仅减少了工作量，还加快了施工进度，很好地控制了工程成本。

在对田地块的施工过程中，需要对两个方面进行很好的控制，从而保证施工改良效果，即砂面平台高程控制、填土厚度的高程控制。

2.3.2 砂面平台高程控制

根据方格网法的计算原理，将施工区域划分根据施工需要划分为若干个区域，其中低于设计面高程的区域称为填方区，高于设计面高程的区域称为挖方区。

首先根据地形规划田块方格网点，然后进行测量放样。用木桩标记每个田块方格网点。采用水准仪进行多次测量，确保每一个桩点的标记高程与设计要求相符。

对于砂面平台高于设计高程填方区，用推土机刮平；对于低于设计面的挖方区，用推土机堆高再刮平，经过平整后的砂平面不应该留有凸突的砂埂痕迹。

2.3.3 填土厚度的高程控制

对于填土厚度的高程控制好坏直接影响施工效果，因此，在土方填筑到第三层前，一定要及时恢复田块高程方格网控制点的标杆作用。每个田块都要使用木桩标记清楚对应田块桩号及土面高程，以便于对该田块的填土厚度和田面平整高程进行控制。其计算方法如表1所示。

表1

填土高程不能够满足设计要求的部分，汽車要继续往该区域倒土。达到设计要求后再使用推土机进行推平压实。

2.3.4 田块耕种附带部分的施工

田块耕种附带部分包括田间道、生产道、斗渠、农渠、斗沟、农沟，对这部分的施工要等到田块完成填土后，在确保不影响施工运输车辆正常作业的前提下进行。

其中，田间道土方量=田间道长度×平均宽度×路面厚度

生产道土方量=生产道长度×平均宽度×路面厚度

2.3.5 砂面土方平衡计算

依据以上施工设计，在充分考虑到实例中地形的独特性即填方区并没有天然的可以直接补填的“虚位”，而且施工顺序要求必须由北向南逐段推进。因此，通常的调配计算方法在这里显然不能够适用。

对于砂面土方平衡计算依照“最小元素法”与施工次序以及施工方法相配合的原则进行。

其中，填方区的容积=原地形方量+取土坑填方量

推填总工程量等于挖方区总容量减去填方区总容量。当推、填总工程量运距大于80m时，该工程量则作为外运砂工程量。

3 结束语

不同的施工环境，不同的施工设计， 使用的计算方法不同，对于计算精度和施工速度的影响作用很大。当精度要求较高时，可以用不同的计算方法进行分析对比，从而得到更为理想的结果。因为土方量计算产生的分歧引发的纠纷一直困扰着工程施工。这就要求我们在实际工作中，不断积累宝贵的经验，合理设计、科学计算，做到快速、高效、合理的评估土方量、平衡土方量，把好工程实施的第一关。

参考文献

[1]张亚峰，宁甜甜，姚尧，等.利用土方平衡确定设计标高的方法研究—以曲阜春秋华庭小区为例[J].华中建筑，2012（5）：124-125.

[2]张光辉，吴珊瑚，宋金良.利用高压水射流切割技术和旋喷注浆技术进行建筑物纠偏与加固实例分析[J].建筑技术开发，2000（4）：248-249.

[3]周启明，许海岩，许利捷，等.土石方估算方法在市政BT项目中的应用[J].建筑技术开发，2015（8）：547-578.

[4]张亚峰，宁甜甜，姚尧.利用土方平衡确定设计标高的方法研究—以曲阜春秋华庭小区为例[J].华中建筑，2012（5）：124-154.

[5]颜志俊，张明月，逄勇，等.南水北调东线江苏段深化治污重点方向及措施研究[J].南水北调与水利科技，2014（4）：147-148.