王斐 周鵬 孟旋

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

1 概述

眾所周知，土方工程作為一個(gè)重要的分部工程直接影響著整個(gè)工程施工，土方施工前要計(jì)算土方總量并確定場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高。場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高合理與否直接影響后期土方工程量計(jì)算的準(zhǔn)確度，對(duì)工程成本和施工進(jìn)度控制造成重大影響[1]。具體見(jiàn)圖1。

圖1 不同設(shè)計(jì)標(biāo)高對(duì)土方工程量影響

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

因此，場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高是否合理，對(duì)工程土方量有重要影響。當(dāng)然，這只是理想情況。事實(shí)上，場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高確定后，還要進(jìn)行調(diào)整。

在調(diào)整場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高過(guò)程中，需要考慮很多因素，本文重點(diǎn)分析研究土的可松性和區(qū)域地形特征這兩個(gè)關(guān)鍵因素。

2 土的可松性

土的可松性是指在長(zhǎng)期自然作用下的土體，經(jīng)開(kāi)挖后體積松散變大，即使再次回填夯實(shí)也無(wú)法恢復(fù)到原先密實(shí)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(shí)后的體積[3]。

很明顯可以看出：

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

圖2 土的可松性對(duì)場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高影響

調(diào)整后的填方總體積為：

此時(shí)，填方區(qū)的設(shè)計(jì)標(biāo)高也適當(dāng)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(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)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(jì)標(biāo)高調(diào)整的一個(gè)重要因素，下面分三種情況進(jìn)行計(jì)算分析：

（1）挖填方區(qū)域?yàn)橹绷⒈跁r(shí)

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(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)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(duì)場(chǎng)地標(biāo)高調(diào)整影響

從圖4 可以看出，公式（4）中用SW·ΔH 來(lái)表示提高設(shè)計(jì)標(biāo)高后減少的挖方量并不準(zhǔn)確。明顯可以看出，實(shí)際減少的挖方量并沒(méi)有這么多，因?yàn)閷?shí)際地形不是直立壁，而是有一定坡度的。實(shí)際挖方量計(jì)算如下：

公式（9）中ΔSW為多計(jì)算的土方底面積，令η1=ΔSW/SW，則有：

同理，此時(shí)的填方區(qū)土方量為：

公式（11）中ΔST為少計(jì)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(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整影響

同理可知，公式（4）中用SW·ΔH 表示提高設(shè)計(jì)標(biāo)高后減少的挖方量也不準(zhǔn)確，計(jì)算原理同上。但此時(shí)要注意，多減去的挖方量和填方區(qū)增加的土方量計(jì)算區(qū)域不再是一個(gè)規(guī)則圖形，而是一個(gè)不規(guī)則的曲面立體。實(shí)際工程中，若曲面坡度很接近于一個(gè)平面，我們可以近似的采用公式（13）來(lái)確定ΔH 的值；但是若曲面坡度起伏變化很大，則要準(zhǔn)確計(jì)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?yàn)檫@樣做雖然可能會(huì)造成棄土和外運(yùn)土，但是土方量較少，成本較低，在此不去繁瑣計(jì)算。

4 結(jié)論

由此可見(jiàn)，土的可松性和區(qū)域地形特征對(duì)場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整有重要影響。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，還需要根據(jù)不同的土質(zhì)和坡度來(lái)具體調(diào)整，以期達(dá)到降低成本和縮短工期的最終目標(biāo)。