楊艷婷，舒 愷，姚 艷，周東杰，劉 洋

寧波市電力設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 寧波 315200

1 場地平整標(biāo)高概述

1.1 場地平整標(biāo)高的基本概念

平整標(biāo)高是平整場地的基礎(chǔ)，貫穿于場地土方工程優(yōu)化的整個過程，也是場地垂直布局至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。依據(jù)工程場地的自然地形條件及場地建設(shè)要求確定的場地平整后的高度，才能確定構(gòu)筑物的每個控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)高度和各種運(yùn)輸路線的交界處的主要設(shè)計(jì)高程。場地平整標(biāo)高的確定與土石方工程量的計(jì)算過程存在著極大的關(guān)系，土石方量的計(jì)算過程是整個山地區(qū)域土石方工程的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。合理確定場地平整標(biāo)高，對優(yōu)化土石方工程量、節(jié)約企業(yè)用地、節(jié)省土建投資、加快工程建設(shè)進(jìn)度具有重要影響。在場地平整工程設(shè)計(jì)中，常使用最小二乘法來計(jì)算過程場地平整標(biāo)高，土石方工程量計(jì)算過程方法最常用的是方格網(wǎng)法，其計(jì)算過程前提是土石方工程量的土石方填挖平衡，而最小二乘法的使用可以使得在對場地平整標(biāo)高的主要影響因素存在特定限定的條件的要求下，在土石方工程量達(dá)到最小的情況下，符合場地平整標(biāo)高計(jì)算過程結(jié)果，并在符合場地排水坡度要求的同時避免大規(guī)模填挖，使填挖方量最小。通常，在滿足場地平整要求的前提下，基于總體規(guī)劃設(shè)計(jì)和豎向布置，考慮場地表面土層平整、回填土和土壤松散系數(shù)，初步確定場地平整標(biāo)高度以進(jìn)行填充和挖方，場地開挖達(dá)到基本平衡后繪制初始找平圖，然后根據(jù)每個基坑的土石方量計(jì)算填充填土的高度，在現(xiàn)場的初始平整標(biāo)高的基礎(chǔ)上調(diào)整水平，并確定每個構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)高?；油潦搅恐饕ńㄖ?、構(gòu)筑物和設(shè)備基礎(chǔ)、地下結(jié)構(gòu)、道路、排水管線溝槽等的土石方量。每個基坑中的土石方量的數(shù)量與建筑項(xiàng)目中使用的生產(chǎn)設(shè)備、氣候條件、建筑工地所在區(qū)域的位置以及工地的地質(zhì)條件有關(guān)。

1.2 場地平整標(biāo)高的主要影響因素

（1）場地的設(shè)計(jì)排水坡度應(yīng)大于3‰，確定道路標(biāo)高時，應(yīng)將雨水從建筑物和構(gòu)筑物側(cè)面的闊溝渠排到道路上，應(yīng)特別注意大坡度區(qū)域的防洪排澇設(shè)計(jì)。

（2）減少用于建筑和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)以及用于基坑的土石方工程量，使填方和開挖的土石方工程量基本平衡，利用地形并注意避免在地形變化較大的山區(qū)進(jìn)行大規(guī)模填挖。

（3）建筑和設(shè)備基礎(chǔ)和管溝的設(shè)計(jì)標(biāo)高至少應(yīng)高于地下洪水位。場地地下水位較高時勿開挖，以免地下水位相對增加，基礎(chǔ)設(shè)施投資增加，破壞施工條件。當(dāng)?shù)厮缓艿蜁r，可以在小范圍內(nèi)適當(dāng)開挖，以增加場地的地基承載力，減小地基的埋深和斷面尺寸。

（4）合理使用基坑中剩余的土壤可以減少地基的埋深。對于填土區(qū)，由于開挖后土壤的孔隙度大于原始土石的孔隙度，應(yīng)充分考慮土壤的疏松性。

（5）場地平整標(biāo)高必須保證與場地外道路的合理連接，使場內(nèi)外道路連接平順，以利于場區(qū)內(nèi)外的運(yùn)輸。

1.3 場地平整標(biāo)高的重要性

場地的自然地形通常是多種多樣的，其總體布局難以滿足各種建筑物和構(gòu)筑物、運(yùn)輸線路和場地雨水排水的設(shè)計(jì)標(biāo)高要求，因此必須根據(jù)總體規(guī)劃設(shè)計(jì)的技術(shù)來修改場地的自然地形。豎向放置場時需確定場地的標(biāo)高，這是在山地區(qū)域進(jìn)行土方工程的先決條件。只有確定場地平整標(biāo)高，才能有效地進(jìn)行山地區(qū)域的土石方計(jì)算以及確定其他建筑物、構(gòu)筑物和道路的標(biāo)高。場地的基礎(chǔ)平整是在合理場地平整標(biāo)高的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，以使場地平整適應(yīng)建筑物和構(gòu)筑物的垂直布置要求，滿足技術(shù)工藝和運(yùn)輸技術(shù)條件，并迅速排干場地的雨水。若設(shè)計(jì)不科學(xué)、不合理，將會使獲得的土石方量的準(zhǔn)確性降低，導(dǎo)致填土和挖掘量增加，并造成填土和挖掘的不平衡，將影響施工進(jìn)度并增加基礎(chǔ)設(shè)施的投資量。因此，確定場地平整標(biāo)高是山地區(qū)域土石方工程的關(guān)鍵。這直接關(guān)系到投資的經(jīng)濟(jì)性以及土地是否充足和合理地利用，是否使用以及是否滿足各種建筑物和結(jié)構(gòu)的功能和技術(shù)條件。

2 常用的場地平整標(biāo)高計(jì)算方法

2.1 方格網(wǎng)法

方格網(wǎng)法的原理是在設(shè)計(jì)現(xiàn)場建立用于場地平整和高程計(jì)算過程的坐標(biāo)系；沿著坐標(biāo)系的基軸，坐標(biāo)軸應(yīng)垂直于或平行于站點(diǎn)上大多數(shù)建筑物和結(jié)構(gòu)的軸，并應(yīng)選擇基點(diǎn)的布局。根據(jù)不同的精度要求確定網(wǎng)格邊長的值；在網(wǎng)格的每個角上標(biāo)記自然標(biāo)高，再根據(jù)改進(jìn)的最小二乘法確定場地的水平標(biāo)高，進(jìn)一步確定施工高度，計(jì)算出在該過程中填充和挖掘的土石方量。

2.2 斷面法

斷面法的原理是確定找平區(qū)域，并根據(jù)自然標(biāo)高布置剖面線；在每個斷面部分上繪制假定的場地平整標(biāo)高，它應(yīng)在剖面分布區(qū)域內(nèi)并且低于原始自然地面的最低點(diǎn)，這樣方便計(jì)算過程中水準(zhǔn)控制點(diǎn)的每個點(diǎn)的高度；計(jì)算過程中每個部分的填方和開挖面積，然后計(jì)算出填方和開挖工作量。

2.3 最小二乘法

最小二乘法是一種工程上常用的優(yōu)化算法，通過對數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差求最小平方進(jìn)而計(jì)算出該組數(shù)據(jù)的最佳擬合函數(shù)，可在保持場地土石方填挖平衡的同時使土石方工程量減到最小，但實(shí)際獲得的場地平整標(biāo)高應(yīng)考慮是否符合最低洪水位、場地排水坡度及避免大規(guī)模填挖的要求。

3 場地平整標(biāo)高優(yōu)化方法

在山地區(qū)域土木工程中，確定場地平整標(biāo)高度不僅會影響土石方工程量和工程投資的計(jì)算過程，而且會影響技術(shù)過程以及公路和鐵路運(yùn)輸，因而引起了設(shè)計(jì)人員越來越多的關(guān)注。

場地設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)力求土石方最小，并使填挖量達(dá)到或接近平衡。為了滿足場地的排水要求，通常會使場地具有一定坡度，便于水的排放。在滿足總設(shè)計(jì)要求后，還需保證交通運(yùn)輸便利，且場地標(biāo)高的確定還應(yīng)與建設(shè)項(xiàng)目的道路、排水設(shè)施等連接點(diǎn)的標(biāo)高互相適應(yīng)。若原地形較為平緩，在對場地設(shè)計(jì)標(biāo)高沒有特殊要求的情況下，一般按照挖填土方量相等原則確定場地設(shè)計(jì)標(biāo)高。按傳統(tǒng)方法求出的設(shè)計(jì)平面只能達(dá)到填挖量平衡的要求，但卻難以使土石方量降到最少，從而增加工程造價。應(yīng)用最小二乘法的原理求最佳設(shè)計(jì)平面標(biāo)高，不僅可滿足土方挖填平衡要求，還可使土石方的總工程量最少，從而優(yōu)化最小二乘法確定的場地平整標(biāo)高，使其滿足土石方開挖平衡和最小土石方工程量的要求。因此，文章基于改進(jìn)的最小二乘方法對場地平整標(biāo)高進(jìn)行優(yōu)化，使場地平整標(biāo)高滿足預(yù)期的約束條件，使其能夠很好地應(yīng)用于工程實(shí)踐中。

3.1 改進(jìn)最小二乘法優(yōu)化場地平整標(biāo)高模型

最小二乘法可優(yōu)化場地的平整高度。在優(yōu)化過程中，應(yīng)符合土石方平衡開挖原理和土石方最小開挖量原則。但是，大規(guī)模的山區(qū)容易進(jìn)行大規(guī)模的填埋和挖掘。為避免此種情況，基于最小二乘法對場地平整標(biāo)高進(jìn)行優(yōu)化，以改善其約束條件。為了獲得最佳的場地找平高度，有必要使場地范圍內(nèi)所存在的場地平整標(biāo)高或微體積的土石方工程量達(dá)到最小，即其平方和達(dá)到最?。?/p>

目標(biāo)函數(shù)：

山區(qū)地形起伏較大，因此有很多開挖和深層填土。傳統(tǒng)最小二乘法獲得的場地平整高程約束條件沒有考慮避免大規(guī)模填土和開挖，文章基于約束條件得到了改善。

改進(jìn)后約束條件：

式中：m、n、p、q為平整場地內(nèi)方向上允許坡度限值；Z高為平整場地范圍內(nèi)允許標(biāo)高最低限值；Z低為平整場地范圍內(nèi)允許標(biāo)高最高限值。

3.2 改進(jìn)最小二乘法優(yōu)化場地平整標(biāo)高算例

在一個面積為40m×40m的場地上，各點(diǎn)的間距為10m，橫向坡度取值為0.5%～3%，縱向坡度取值為0.5%～2%，使確定的場地平整標(biāo)高盡量符合山地區(qū)域土石方工程基本要求，并符合填挖方量基本平衡、土石方工程量最少及避免大規(guī)模填挖的要求。應(yīng)用上述改進(jìn)最小二乘法進(jìn)行優(yōu)化處理。

計(jì)算結(jié)果顯示，對于施工高度調(diào)整系數(shù)的取值，在不同的地形條件下，依據(jù)改進(jìn)最小二乘法的目標(biāo)函數(shù)及約束條件，應(yīng)進(jìn)行分析計(jì)算。與應(yīng)用傳統(tǒng)方法獲得的結(jié)果進(jìn)行對比，應(yīng)用改進(jìn)算法不僅可以滿足山地區(qū)域土石方工程的基本要求，且能實(shí)現(xiàn)填挖土石方工程量基本平衡，同時避免場地土石方的大規(guī)模填挖。

4 結(jié)論

對于土木工程施工來說，土地平整是一項(xiàng)尤為重要的工作，是工程動工的第一步，也是關(guān)鍵的一步，關(guān)系著工程項(xiàng)目的投資金額和施工方案，其完成質(zhì)量直接影響后續(xù)施工能否正常進(jìn)行。因此，必須做好場地平整施工與管理工作，使工程項(xiàng)目與場地融合成有機(jī)的整體，從而提高土地利用效率和工程質(zhì)量。