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1、* 本文获得中南大学刘宝琛院士科研基金资助 路基土石方计算方法的研究 * 郑益民 ? 倪宏革 ? 孙树贤 (烟台师范学院交通学院? 山东烟台?264025) 摘 ? 要 ? 在分析土石方计算影响因素的基础上, 提出了适用于不同阶段的断面一致、 动态平衡 和价值相等等三个土石方计算模式以及相应的计算方法, 指出今后道路 CAD系统要改进的方面。 关键词 ? 路基? 土石方? 计算模式? 计算方法 1? 引言 路基土石方计算是道路设计、 施工、 监理和计量 等诸方面关注的重要问题, 合理的计算方法是控制 工程规模、 准确度量土石方数量、 合理调配土石方、 编制施工预算的技术保证。但由于影响土石方计
2、算 的因素较多, 从不同方面、 不同阶段考虑时, 其计算 方法及计算结果存在较大差异。本文在分析土石方 计算影响因素的基础上, 对现有土石方计算方法进 行整合, 提出三个土石方计算模式及计算方法, 为建 立统一合理的土石方计算方法提供参考。 2? 土石方计算中的影响因素 影响土石方计算的因素很多, 如断面测量误差、 体积计算公式的误差, 以及本文提及的因素等。为 便于讨论问题, 忽略断面测量误差、 体积计算公式的 误差, 对其影响本文不作考虑, 而下面的影响因素是 本文要着重考虑的。 ( 1)清除表土、 零填和耕地填前压实。根据路 基施工要求, 结合不同地质情况, 在路基施工前将原 地面上的杂
3、草、 耕作物及表土腐殖土清除干净, 用平 地机平整, 再用压路机压实, 并达到规定的压实度, 由上述作业引起的土石方增量 Q。 Q = Fh 式中: F? 填前压 (夯 ) 实的天 然土的 地面面 积, m 2; h? 因压实而产生的沉降量, m, h= p /C 其中 ? C? ? 土的抗沉陷系数, N /c m 3, 其值可 参考表 1; ? ? p? ? 有效作用力, N /cm 2, 一般按 12 15 t压路机的有效力 p= 66 N /cm 2 计算; ? ? h? 沉降量, cm。 ( 2)高路堤沉陷。高填路堤施工过程中, 在土 体自重力作用下引起原地面沉陷, 需增加的填方数 量
4、。其数量由设计者根据沉降理论计算或根据地区 经验确定。 表 1? 各种原状土的 C值参考值 名? 称 C /( N? cm- 3) 名? 称 C /( N? cm- 3) 沼泽土1?0 1?5胶结砂,潮湿粘土3?5 6?0 细砂土1?8 2?5坚实粘土10?0 12?5 松湿粘土、 耕地2?5 3?5泥灰石13?0 18?0 ? ?( 3) 左右侧宽填。在填筑路堤时, 为保证路 基边缘达到规定的压实度,一般在施工时应超出路 基设计宽度填筑,由此引起填方量增加。超填宽度 容许值: 砂性土 0?2 0?3 m, 粉性土 0?15 0?20 m,粘性土 0?1 0?2 m。 宽填数量 = 填方区边缘
5、长度 ?路基平均高度 ? 超填宽度 1。 ( 4) 路面挖槽。在挖方路段施工中,为减少 施工工序, 一般将包括垫层在内的路面结构层一次 挖到路床顶面,需增加挖方量;在填方路段施工 时,一般只填到路床顶面,应减少填方量。 ( 5) 天然方与压实方换算。在路基施工中有 大量的移挖作填土石方,由于挖方是天然密实方, 填方是压实方, 两者之间密度不同, 在移挖作填时 数量是不相等的,在数量上存在一个换算关系,即 天然方 = 换算系数 ?压实方。换算系数由挖方土石 的天然密度和填方路基的压实度确定。 ( 6) 其它因素。施工方法及施工机械不同: 施工中由于施工方法及施工机械不同而引起的土石 方数量增减,
6、如土石方调配中,运量和运距与施工 方法、机械有密切的关系。软基预压: 软土路基 采用预压处理前,要对软土地基采用加载压实,将 地基土压实到一定的压实度, 由此增加填方数量。 上面的影响因数发生在不同施工阶段中, 对土 ?40?全国中文核心期刊? ? ? ? ? ? 路基工程? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2005年第 6期 (总第 123期 ) 石方数量的变化各异。合理的计算方法,应根据适 用于不同阶段的计算模式综合考虑这些影响因素。 3? 土石方计算模式 3?1? 断面一致模式 反映了在设计阶段中(初步设计或施工图设 计的初始方案 ),不考虑施工等其它因素的前提 下, 完全按断
7、面尺寸计算填、挖方数量,移挖作填 运算及土石方调配。土石方只是几何体数量,主要 用于控制土石方工程规模的大小, 提出优化方案的 决策依据等。对施工中土石方调配、概预算编制及 土石方计算等只提供参考作用。传统的施工图设计 就是按这一模式进行土石方填、挖方数量计算, 移 挖作填运算及土石方调配的,断面一致模式示意如 图 1所示。 3?2? 动态平衡模式 动态平衡模式是从施工角度考虑, 按照施工过 程中不同阶段的实际发生的土石方来计算。该模式 是计算土石方数量、编制路基土石方预算、进行招 投标的主要依据。该模式主要体现在以下三个 方面。 ( 1) 按施工的不同阶段计算路基填、挖方数 量。路基的实际填
8、挖方数量,按下面两个不同施工 阶段来计算, 一是对填方路堤采用经过清表、零填 和填前压实等处理,挖方路段经过清表处理后的填 前地面线作为填挖起始线,而不是采用测量地面 线。二是在填挖终止时采用路面底基层施工前的路 基断面作为计算断面。在如图 2所示的动态平衡模 式中,填方面积是由路床顶面线、设计线和填前地 面线所包围的面积。挖方面积是由路床顶面线、设 计线和挖前地面线所包围的面积。体现了填挖面 积、土石方体积的动态平衡。 ( 2) 按土体性质进行移挖作填运算。动态平 衡模式的第二个方面体现在土石方数量的动态平 衡,在移填作挖时, 考虑天然土方与压实方之间的 体积变化, 反映了土石方填挖利用中的
9、真实情况, 是进行土石方调配的直接依据。如图 2中挖余的天 然方经过换算成压实方后被利用至填缺断面, 真实 反映了土石方虚实的动态平衡。 ( 3) 按施工场地、施工方法和机械进行土石 方调配。动态平衡模式的第三个方面体现在土石方 的调配上, 即土石方的远运利用、借方和弃方。土 石方调配是一个综合作业,它不仅是数量的动态平 衡,还全面反映出土石方调配中的场地、施工方法 和机构等方面的影响,体现了土石方调配中的动态 价值。 3?3? 价值相等模式 全面考虑土石方影响因素,按最终价值计算土 石方工程量。该模式反映了土石方工程的全部价 值,主要用于路基施工预算的编制、招投标工程 中。其全部价值的表现形
10、式为:计价土石方数量和 单价、与土石方工程有关的分项工程或分摊工程。 4? 土石方计算方法 4?1? 净断面法 净断面法是基于断面一致模式的土石方计算方 法,不考虑施工工程中影响因素, 其断面面积是测 量地面线与设计?帽子线 ? 围成的面积,土石方 填挖平衡直接表现为断面的平衡。传统的土石方计 算方法及其土石方计算表格式,都是净断面法的具 体表现。在土石方计算中,最主要的是土石方的填 挖方数量、不考虑其它影响因素的断面利用方 (本桩利用方,远运利用 )、外借和弃方。其土石 方的平衡式为: 填方 + 弃方 = 挖方 +借方。主要用 于控制土石方工程规模的大小,提出优化方案的决 策依据等。 4?2
11、? 动态平衡法 动态平衡法是基于动态平衡模式的土石方计算 ?41?郑益民, 等: 路基土石方计算方法的研究 方法,也是目前道路 CAD系统在施工图设计阶段 中采用的一种方法。但由于在动态平衡中影响土石 方工程的因素较多,使计算者有时会感到无所适 从。本文从动态平衡模式的三个特点出发, 阐述土 石方动态平衡的计算方法。 ( 1) 首先是填挖面积的计算要符合实际情况, 且要便于计算,按施工的不同阶段计算路基填、挖 方数量充分体现了这一要求。在计算填挖面积时, 对填方区,一般情况下要考虑的因素有清表、零填 和耕地填前压实、路基填至路床顶面。对于高填沉 陷所增加的数量, 当有足够资料可以计算出该增量
12、时, 将增量加入填方数量中。当收集的资料还不足 以计算出该增量时,可在预算中以分项工程体现。 对于左右侧宽填引起的土石方增量,按施工过程来 看, 宽填土方经过刷坡后可以利用到其它填方区, 对土石方数量的变化影响不大, 主要是增加了调运 工作量(刷坡以整修边坡单独立项 )。该增量价值 可以分摊于整个土石方工程中, 以计价土石方价格 来体现, 不宜以增加土石方数量来表现,这样处理 使土石方调配更接近实际。对挖方区, 一般情况下 要考虑的因素有清表、挖出路槽或挖至路床顶面。 ( 2) 第二是移挖作填时的土石方利用,对压 实方与天然方的换算,天然方 = 换算系数 ?压实 方。换算系数由挖方土石的天然密
13、度和填方路基的 压实度确定, 在没有挖方土石资料时, 采用公路工 程预算定额 2 中给出的压实方与天然方之间的换 算系数, 如表 2所示。 表 2? 压实方与天然方之间的换算系数表 公路等级松土普通土硬土运输(土 )石方 二级以上1?231?161 ?091?190?92 三、四级1?111?051 ?001?080?84 ?( 3) 第三是土石方调配过程中的利用方(本 桩利用和远运利用 )、借方和弃方数量的计算。对 本桩利用和免费运距内的土石方调配, 只计压实方 与天然方之间换算土方而不另计运费; 对超过免费 运距又在经济运距内的土石方调配,除计算总运量 外, 还要计算平均运距。免费运距、经
14、济运距与施 工场地、施工方法和施工机械有着密切关系。这一 阶段的土方平衡公式: 借方 (压实方 )= 填方 (压实方 )- 利用方 (压实方 ); 弃方 (天然方 )= 挖方 (天然方 )- 利用方 (压实方 )?换算系数; 计价土石方 = 挖方(天然方 )+ 借方 (压实 方 ); 或 = 挖方(天然方 )+ 填方(压实方 ) - 利 用方(压实方 )。 4?3? 价值法 价值法是基于价值相等模式的土石方计算方 法,体现了土石方工程的全部价值, 是对上面动态 平衡法中还未考虑的土石方价值进行追加,主要表 现有两方面:一是以分摊方式在计价土石方价格上 表现, 二是以增列分项工程来体现。如上面提
15、到的 左右侧宽填、高填沉陷、因受地形限制的二次倒 运、逆坡调运等因素引起的土石方增量或增值可以 通过分摊方式在计价土石方价格上体现出来。而对 于路基软基处理、单独的路基排水工程、改河工程 等可以增列分项工程来体现其价值。价值法主要适 用于预算编制、招投标过程中。 5? 结语 传统的净断面法计算土石方, 从宏观上控制土 石方工程的规模、填挖的概略平衡, 为路线优化设 计在填挖工程方面提供了依据和决策方向,其计算 简单、含义明确,仍不失为初步设计阶段估算土石 方数量、施工图设计的初步计算土石方数量的快速 而有效的方法。 在道路 CAD系统中,利用计算机高速准确的 特点, 采用动态平衡法计算土石方,
16、实现动态调 配,是准确计算土石方、贴近工程实际运作的有效 方法。但由于没有统一的标准参照,在目前道路 CAD系统的土石方计算表格中还没有全面反映出 应该考虑的影响因素,如土石分类、压实方与天然 方的换算、清表、零填或填前压实等,以及相应的 土石方调配项,这无疑是今后道路 CAD系统要改 进的一个方面。价值法主要体现在工程预算编制和 招投标工程中, 其关键是要明确知晓还有哪些土石 方余值未曾计列,这就要求在路基设计文挡中提供 一份能说明此问题的陈述,以便后面的预算编制和 招投标工程中能够准确、全面体现土石方工程的全 部价值。 参考文献 1 张铁成 ? 公路工程造价与快捷编标 ?修定版M ?北京: 人 民交通出版社,2001? 2 交通部 ?公路预算定额 M ?北京人民出版社,1992? 收稿日期:2005- 01- 21 ?42?全国中文核心期刊? ? ? ? ? ? 路基工程? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2005年第 6期 (总第 123期 )
