路基土石方及调配

一般情况下．横断面的面积以平方米为单位，取小数后一位，土石方的体积以立方米为单位，取至整数。

    一、横断面面积计算

路基填挖的断面积是指断面图中地面线与路基设计线所围成的面积，一般常用的计算方法如下。

1．积距法

积距法的原理是把断面面积垂直分割成宽度相等的若干条块，由于每一条块的宽度相等，所以在计算面积时，只需量取每一条块的平均高度，然后乘以宽度，即可得出每一条块的面积。

由此可见，积距法求面积就是在实际操作中转化为量取hi的累加值，这种操作可以用分规按顺序连续量取每一条块的平均高度hi；分规最后的累计高就是∑hi，将条块宽度乘以累计高度∑hi，即为填或挖的面积。积距法也可以用厘米格纸拆成窄条作为量尺，每量一次hi ，在窄条上画好标记，从开始到最后标记的累计距离就是∑hi，然后乘以条块宽度b，即为所求面积。

2．坐标法

建立坐标系，给定多边形各顶点的坐标，由解析几何可得多边形面积的计算公式；分别为设计线和地面线围成面积的各顶点的坐标。坐标法精度较高，方法较繁，适用计算机计算。

3．几何图形法

当横断面的地面线较规则且横断面面积较大，可将路基横断面分为几个规则的几何图形，分别计算各图形面积后相加得到总面积。

3． 混合法

在一个较大的横断面中，几何图形法和积距法共用，以加快计算速度。 

在横断面面积计算中应注意以下几个问题：

(1)填方和挖方的面积应分别计算。

(2)填方或挖方中的土石也应分别计算，因为其工程造价不同。

(3)有些情况下横断面上的某一部分面积可能既是挖方面积，又要算做填方面积（不良地质换填），例如，遇既要挖除，又要回填其他材料。

二、填挖方体积计算

1．平均断面法

2．棱台法

目前一般仍采用平均断面法计算填挖方体积。

三、路基土石方的调配

在路基的施工过程中，就某一断面的土石方而言，会发生三种情况。

一是挖去多余的土，形成路基，或者本桩有填有挖，利用了本桩的土后，还有多余，需要调走(挖余)；

二是借其他地方的土，形成路基，或者本桩有填有挖，利用了本桩的土后，还不够，需要借土(填缺)；

三是本桩有填有挖，利用本桩的土填挖平衡(本桩利用)。

针对这些情况，“挖余”有两种处理方法：调至其他断面利用或弃土废方。“填缺”也有两种解决办法：从其他断面调土或从路外借土。土方调配就是要解决这些问题。

1．调配原则

(1)先横向后纵向，填方首先考虑本桩利用，以减少借方和调运方数量。

(2)综合考虑不同的施工方法、运输条件、地形情况等因素、采用合理的经济用距。

(3)保护生态环境，避免或防止由于取土或弃土导致水土流失、河道堵塞、塌方等生态环境的恶化，要把保护生态环境放在重要的位置。这样工程造价可能有所提高，但远低于由于生态破坏后为恢复生态环境所付出的代价。

(4)土和石应分别调配。不同性质的土石应分别调配，以便分层填筑，分别计价。

(5)考虑到施工的因素，土石方一般不跨深沟或上坡调运；借土、废方要考虑借土还田，整地造田，排灌养殖，使公路建设和其他相关方面形成良性循环。

2．调配计算中的几个问题

(1)免费运距

(2)经济运距

在考虑了免费运距之后．调土的费用和借土的费用相等时的距离称为经济运距，换言之，纵向调土超过了经济运距，就不如借土合算了。

在计算运距时注意预算定额的规定：土石方的运距，第一个20m(指人工运输)为免费运距，如不足20m也按规定20m计，此后每增加10m为一个超运运距单位，尾数不满5m时不计，满5m时按10m计。这个超运运距单位称为“级”。

(3)平均运距

(4)运量

调配土石方的数量与调运距离的乘积称为运量。在这里调运距离是指超运运距，而不包括免费运距，而且运距在计价中是按“级”来计算的，所以运量为：

W=QN

式中：W——运量，m3；

Q——调配土石方数量，m3;

N——平均超运距单位，m，N=(L－Lm)/T；

L——平均运距，m；

Lm——免费运距，m；

T一—超运运距单位，m。

(5)计价土石方数量

3．调配方法

路基土石方数量计算表调配法是土石方调配常用的方法之一，它具有简捷、方便、清晰、精度符合要求的特点，如表1-4-6所示。调配的方法与步骤如下：

(1)填表计算；在完成了路基土石方数量计算并复核无误后，计算并填写路基土石方计算表中的“本桩利用”、“填缺”、“挖余”各栏，其闭合式为：

填方＝本桩利用+填缺

挖方＝本桩利用+挖余

(2)分析判断：根据“填缺”、“挖余”的分布情况，分析调土的方向和大致的数量，然后按施工方法、运输方式．选定经济运距，并以此综合其他因素确定最大调运距离，确定调配方向和数量。经纵向调运后如有填方不足，应考虑借方，本桩利用后又未调运的挖方按废方计。

(3)表格填写：在分析的基础上进行计算，并把结果填人相应栏中。在“远运利用纵向调配示意”栏内，用箭线表示调配方向，并标注调运土石方数量及超运运距的级数(一级记为①，二级记为②，以此类推)，在“借方数量及运距”和“废方数量及运距”栏内分别填入本桩路外借土的数量和本桩的废方，分母填入相应的级数。最后计算总运量。总运量是本桩废方、借方、调运数量与级数乘积的总和。

(4)复核：调配完成后按下式分页核算

填缺＝远运利用+借方

挖余＝远运利用+废方

每公里核算：(跨公里调入方)+挖方+借方＝(跨公里调出方)+填方+废方

每公里土石方数量计算与调配完成后，填写《路基每公里土石方数量表》，并进行全线总计和复核：

路基土石方是公路工程的一项主要工程量，在公路设计和路线方案比较中，路基土石方数量的多少是评价公路测设质量的主要技术经济指标之一。在编制公路施工组织计划和工程概预算时，还需要确定分段和全线路基土石方数量。

地面形状是很复杂的，填、挖方不是简单的几何体，所以其计算只能是近似的，计算的精确度取决于中桩间距、测绘横断面时采点的密度和计算公式与实际情况的接近程度等。计算时一般应按工程的要求，在保证使用精度的前提下力求简化。

三、横断面面积计算

路基的填挖断面面积，是指断面图中原地面线与路基设计线所包围的面积，高于地面线者为填，低于地面线者为挖，两者应分别计算。通常采用积距法和坐标法。

1.积距法：如图4-5将断面按单位横宽划分为若干个梯形和三角形，每个小条块的面积近似按每个小条块中心高度与单位宽度的乘积：Ai=b hi

 则横断面面积：A =b h1+b h2 +b h3 +…+b hn =b∑ hi

当 b = 1m 时，则 A 在数值上就等于各小条块平均高度之和 ∑hi 。

2.坐标法：已知断面图上各转折点坐标（xi,yi）, 则断面面积为：

A= [∑（xi yi+1-xi+1yi ) ] 1/2

坐标法的计算精度较高，适宜用计算机计算。

土石方数量计算

路基土石方计算工作量较大，加之路基填挖变化的不规则性，要精确计算土石方体积是十分困难的。在工程上通常采用近似计算。即假定相邻断面间为一棱柱体，则其体积为：

V=（A1+A2）   

式中：V — 体积，即土石方数量（m3）；

A1、A2  — 分别为相邻两断面的面积（m2）；

L—相邻断面之间的距离（m）。

此种方法称为平均断面法。用平均断面法计算土石方体积简便、实用，是公路上常采用的方法。但其精度较差，只有当A1、A2相差不大时才较准确。当A1、A2相差较大时，则按棱台体公式计算更为接近，其公式如下：

V=(A1+A2) L (1+ )         
     式中：m = A1 / A2 ，其中A1 ＜A2 。 
      第二种的方法精度较高，应尽量采用，特别适用计算机计算。

用上述方法计算的土石方体积中，是包含了路面体积的。若所设计的纵断面有填有挖基本平衡，则填方断面中多计算的路面面积与挖方断面中少计算的路面面积相互抵消，其总体积与实施体积相差不大。但若路基是以填方为主或以挖方为主，则最好是在计算断面面积时将路面部分计入。也就是填方要扣除、挖方要增加路面所占的那一部分面积。特别是路面厚度较大时更不能忽略。

计算路基土石方数量时，应扣除大、中桥及隧道所占路线长度的体积；桥头引道的土石方，可视需要全部或部分列入桥梁工程项目中，但应注意不要遗漏或重复；小桥涵所占的体积一般可不扣除。

路基工程中的挖方按天然密实方体积计算，填方按压实后的体积计算，各级公路各类土石方与天然密实方换算系数如 下表所示，土石方调配时注意换算。

路基土石方换算系数

四、路基土石方调配

土石方调配的目的是为确定填方用土的来源、挖方土的去向，以及计价土石方的数量和运量等。通过调配合理地解决各路段土石方平衡与利用问题，从路堑挖出的土石方，在经济合理的调运条件下以挖作填，尽量减少路外借土和弃土，少占用耕地以求降低公路造价。

(一)土石方调配计算的几个概念

1.平均运距

     土方调配的运距，是从挖方体积的重心到填方体积的重心之间的距离。在路线工程中为简化计算起见，这个距离可简单地按挖方断面间距中心至填方断面间距中心的距离计算，称平均距离。

2.免费运距

     土、石方作业包括挖、装、运、卸等工序，在某一特定距离内，只按土、石方数量计价而不计运费，这一特定的距离称为免费运距。施工方法的不同，其免费运距也不同，如人工运输的免费运距为20m,铲运机运输的免费运距为100m。

      在纵向调配时，当其平均运距超过定额规定的免费运距，应按其超运运距计算土石方运量。

3.经济运距

     填方用土来源，一是路上纵向调运，二是就近路外借土。一般情况用路堑挖方调去填筑距离较近的路堤还是比较经济的。但如调运的距离过长，以至运价超过了在填方附近借土所需的费用时，移挖作填就不如在路堤附近就地借土经济。因此，采用“借”还是“调”，有个限度距离问题，这个限度距离既所谓“经济运距”，其值按下式计算：

      经济运距：L经 =  + L免
      式中：B —借土单价（元/m3）；
         T —远运运费单价（元/m3?km）；
        L —免费运距（km）。

      经济运距是确定借土或调运的界限，当调运距离小于经济运距时，采取纵向调运是经济的，反之，则可考虑就近借土。

4.运量

     土石方运量为平均超运运距单位与土石方调配数量的乘积。

      在生产中，例如工程定额是将人工运输免费运距20m，平均每增运距10 m 划为一个运输单位，称之为“级”，当实际的平均运距为40m ，则超远运距20m 时，则 为两个运输单位，称为二级；在路基土石方数量计算表中记作②；

      总运量= 调配（土石方）数量×n

      n = （L - L免）/ A
      式中：n —平均超运运距单位，（四舍五入取整数）
         L—土石方调配平均运距（m）
         L免—免费运距（m）
         A—超远运距单位（m）（例如人工运输A=10 m，铲运机运输A=50m；）

5.计价土石方数量

     在土石方计算与调配中，所有挖方均应予计价，但填方则应按土的来源决定是否计价，如是路外就近借土就应计价，如是移“挖”作“填”的纵向调配利用方，则不应再计价，否则形成双重计价。即计价土石方数量为：

      V计 = V挖 + V借 
      式中：V计—计价土石方数量（m3）
         V挖—挖方数量（m3）
         V借—借方数量（m3）

(二)土石方调配原则

      1.在半填半挖的断面中，应首先考虑在本路段内移挖作填进行横向平衡，多余的土石方再作纵向调配，以减少总的运量。

      2.土石方调配应考虑桥涵位置对施工运输的影响，一般大沟不作跨越运输，同时应注意施工的可能与方便，尽可能避免和减少上坡运土。

      3.为使调配合理，必须根据地形情况和施工条件，选用适当的运输方式，确定合理的经济运距，用以分析工程用土是调运还是外借。

      4.土方调配“移挖作填”固然要考虑经济运距问题，但这不是唯一的指标，还要综合考虑弃方和借方的占地，赔偿青苗损失及对农业生产影响等。有时路堑的挖方纵调作路堤的填方，虽然运距超出一些，运输费用可能高一些，但如能少占地、少影响农业生产，这样，对整体来说未必是不经济的。

      5.不同的土方和石方应根据工程需要分别进行调配，以保证路基稳定和人工构造物的材料供应。

      6.位于山坡上的回头曲线路段，要优先考虑上下线的土方竖向调运。

      7.土方调配对于借土和弃土事先同地方商量，妥善处理。借土应结合地形、农田规划等选择借土地点，并综合考虑借土还田，整地造田等措施。弃土应不占或少占耕地，在可能条件下宜将弃土平整为可耕地，防止乱弃乱堆，或堵塞河流，损害农田。

(三)土石方调配方法

     土石方调配方法，目前生产上采用土石方计算表调配法，直接在土石方表上进行调配，其优点是方法简单，调配清晰，精度符合要求。该表也可由计算机自动完成。具体调配步骤是：

      1.土石方调配是在土石方数量计算与复核完毕的基础上进行的，调配前应将可能影响运输调配的桥涵位置、陡坡大沟等注明在表旁，供调配时参考。

      2.计算并填写表中“本桩利用”、“填缺”、“挖余”各栏。当以石作填土时，石方数应填入“本桩利用”的“土”一栏，并以符号区别。然后按填挖方分别进行闭合核算，其核算式为：
     填方= 本桩利用 + 填缺

     挖方= 本桩利用+ 挖余

     3.在作纵向调配前，根据“填缺”、“挖余”的分布情况，选择适当施工方法及可采用的运输方式定出合理的经济运距，供土方调配时参考。

     4.根据填缺、挖余分布情况，结合路线纵坡和自然条件，本着技术经济少占用农田的原则，具体拟定调配方案。将相邻路段的挖余就近纵向调配到填缺内加以利用，并把具体调运方向和数量用箭头表明在纵向调配栏中。

     5.经过纵向调配，如果仍有填缺或挖余，则应会同当地政府协商确定借土或弃土地点，然后将借土或弃土的数量和运距分别填注到借方或废方栏内。

     6.调配完成后，应分页进行闭合核算，核算式为：

      填缺=远运利用+借方

      挖余=远运利用+废方

      7.本公里调配完毕，应进行本公里合计，总闭合核算除上述外，尚有：

     （跨公里调入方）+挖方+借方=（跨公里调出方）+填方+废方

      8.土石方调配一般在本公里内进行，必要时也可跨公里调配，但需将调配的方向及数量分别注明，以免混淆。

      9.每公里土石方数量计算与调配完成后，须汇总列入“路基每公里土石方表”，并进行全线总计与核算。至此完成全部土石方计算与调配工作。