王斐 周鵬 孟旋

（1、陜西機電職業(yè)技術(shù)學院土木工程學院，陜西 寶雞721001 2、河南省公路工程局集團有限公司，河南 鄭州450001 3、陜西航空職業(yè)技術(shù)學院管理工程學院，陜西 漢中723102）

1 概述

眾所周知，土方工程作為一個重要的分部工程直接影響著整個工程施工，土方施工前要計算土方總量并確定場地設(shè)計標高。場地設(shè)計標高合理與否直接影響后期土方工程量計算的準確度，對工程成本和施工進度控制造成重大影響[1]。具體見圖1。

圖1 不同設(shè)計標高對土方工程量影響

假設(shè)某施工場地的地形如圖1 所示，若把場地設(shè)計標高定為H0，則挖填土方量基本平衡；若場地設(shè)計標高定為H1，則將會有大量的余土需要外運；相應(yīng)地，場地設(shè)計標高定為H2，則需要從場外取土進行填方[2]。

因此，場地設(shè)計標高是否合理，對工程土方量有重要影響。當然，這只是理想情況。事實上，場地設(shè)計標高確定后，還要進行調(diào)整。

在調(diào)整場地設(shè)計標高過程中，需要考慮很多因素，本文重點分析研究土的可松性和區(qū)域地形特征這兩個關(guān)鍵因素。

2 土的可松性

土的可松性是指在長期自然作用下的土體，經(jīng)開挖后體積松散變大，即使再次回填夯實也無法恢復(fù)到原先密實體積狀態(tài)的一種特性[3]。用可松性系數(shù)表示土的可松程度：

式中：KS- 最初可松性系數(shù)，K'S- 最終可松性系數(shù)。V1- 土在天然狀態(tài)下的體積，V2- 土在松散狀態(tài)下的體積，V3- 土經(jīng)回填壓實后的體積[3]。

很明顯可以看出：

由此可見，用常用方法計算得出的場地設(shè)計標高H0必須進行調(diào)整，應(yīng)適當調(diào)高設(shè)計標高。我們可以假定H'0為調(diào)整后的設(shè)計標高，SW和VW分別為設(shè)計標高為H0時的挖方底面積總量和挖方體積總量；ST和VT分別為設(shè)計標高為H0時的填方底面積總量和填方體積總量。詳見圖2。設(shè)ΔH 為考慮了土的可松性之后適當增加的設(shè)計標高值，則調(diào)整標高后的挖方土方總量為：

圖2 土的可松性對場地設(shè)計標高影響

調(diào)整后的填方總體積為：

此時，填方區(qū)的設(shè)計標高也適當調(diào)高ΔH，則有：

由公式（6）可得：

因此，考慮了土的可松性影響，場地設(shè)計標高可以調(diào)整為：

3 挖填方區(qū)域地形特征

挖填方區(qū)域的地形特征也是影響設(shè)計標高調(diào)整的一個重要因素，下面分三種情況進行計算分析：

（1）挖填方區(qū)域為直立壁時

圖3 直立壁地形

這種情況下，只考慮土的可松性，按照式（8）對設(shè)計標高進行調(diào)整即可。

（2）挖填方區(qū)域有坡度，剖面圖截交線為近似直線

圖4 近似直線坡度對場地標高調(diào)整影響

從圖4 可以看出，公式（4）中用SW·ΔH 來表示提高設(shè)計標高后減少的挖方量并不準確。明顯可以看出，實際減少的挖方量并沒有這么多，因為實際地形不是直立壁，而是有一定坡度的。實際挖方量計算如下：

公式（9）中ΔSW為多計算的土方底面積，令η1=ΔSW/SW，則有：

同理，此時的填方區(qū)土方量為：

公式（11）中ΔST為少計算的土方底面積，令η2=ΔST/ST，則有：

由挖填平衡原則和公式（10）（12）可得出：

（3）挖填方區(qū)域有坡度，剖面圖截交線為曲線

圖5 曲線坡度對設(shè)計標高調(diào)整影響

同理可知，公式（4）中用SW·ΔH 表示提高設(shè)計標高后減少的挖方量也不準確，計算原理同上。但此時要注意，多減去的挖方量和填方區(qū)增加的土方量計算區(qū)域不再是一個規(guī)則圖形，而是一個不規(guī)則的曲面立體。實際工程中，若曲面坡度很接近于一個平面，我們可以近似的采用公式（13）來確定ΔH 的值；但是若曲面坡度起伏變化很大，則要準確計算小陰影部分體積。

但是，一般情況下，由公式（13）確定ΔH 的值已經(jīng)足夠，因為這樣做雖然可能會造成棄土和外運土，但是土方量較少，成本較低，在此不去繁瑣計算。

4 結(jié)論

由此可見，土的可松性和區(qū)域地形特征對場地設(shè)計標高調(diào)整有重要影響。項目實施過程中，還需要根據(jù)不同的土質(zhì)和坡度來具體調(diào)整，以期達到降低成本和縮短工期的最終目標。