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第一篇 土方量计算方法的比较与研究
第一章 土方工程概述
在各种工程建设如铁路、公路、港口、城市规划等中，土方量计算是土地整理项目规划设计和项目审查的重要内容之一，土方量的大小与土地整理项目的投资直接相关，不同的计算方法结果相差悬殊，因此准确快速地计算土方量对开展规划设计、控制总投资及分配资金具有重要意义。这几年，土地开发整理工作逐步走向规范化的轨道，但土方量计算仍然没有一套系统的规范标准可供遵循。目前的设计工作中，土方量计算普遍简单粗糙，土方量统计的随意性较大，对预算编制和预算管理工作造成较大影响，已成为项目审查工作中需要迫切解决的一个技术难题。因此，需要对土方量计算方法进行比较研究。 本文对传统常规计算土方量的方法原理、应用范围、计算步骤、及注意问题等进行了对比分析，研究并总结常规方法的不足及在土地整理项目规划设计和项目审查实际工作中土方计算存在的问题，指出常规方法应用于土地整理项目规划设计和项目审查工作的不适宜性。 为了解决土地整理项目规划设计和项目审查工作中土方计算的实际问题。为此，本文对工程土方量计算中的断面法、方格网法、等高线法及基于数字高程模型 (DEM )法的基本原理、方法和优缺点进行比较分析 ,从理论上讨论它们的实用范围、条件及精度分析，进而提出存在的问题和结论。
第一节 土方工程的基本知识
一 土方施工的基本知识
建筑用地设计地形的实现必然要依靠土方施工来完成.任何建筑物,构筑物,道路及广场等工程的修建,都要在地面作一定的基础,挖掘基坑,路槽等,这些工程都是从土方施工开始的.在建筑地形的利用,改造或创造,如挖湖堆山,平整场地都要依靠动土方来完成. 土方工程量,一般来说在建筑中是一项大工程,而且在建筑中它又是先行的项目.它完成的速度和质量,直接影响着后继工程,所以它和整个建设工程的进度关系密切. 土方工程的投资和工程量一般都很大.有的大工程施工期很长.如上海植物园,由于地势过低,需要普遍垫高,挖湖堆山,动土量近百万方,施工期从1974一l980年断断续续前后达6—7年之久.为了使工程能多快好省地完成,必须做好土方工程设
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计和施工安排.
㈠ 土方工程的种类及其施工要求
土方工程根据其使用期限和施工要求,可分为永久性和临时性两种,但是不论是永久性还是临时性的土方工程,都要求具有足够的稳定性和密实度,使工程质量和艺术造型都符合原设计的要求.同时在施工中还要遵守有关的技术规范和原设计的各项要求,以保证工程的稳定和持久.
㈡ 土壤的工程性质及工程分类
土壤的工程性质对土方工程的稳定性,施工方法,工程量及工程投资有很大关系,也涉及到工程设计,施工技术和施工组织的安排.因此,对土壤的这些性质要进行研究并掌握它,以下是土壤的几种主要的工程性质:
⒈土壤的容重 单位体积内天然状况下的土壤重量,单位为kg/m3,土壤容重的大小直接影响着施工的难易程度,容重越大挖掘越难,在土方施工中把土壤分为松土,半坚土,坚土等类,所以施工中施工技术和定额应根据具体的土壤类别来制定.
⒉土壤的自然倾斜角(安息角) 土壤自然堆积,经沉落稳定后的表面与地平面所形成的夹角,就是土壤的自然倾斜角,以°表示.在工程设计时,为了使工程稳定,其边坡坡度数值应参考相应土壤的自然倾斜角的数值,土壤自然倾斜角还受到其含水量的影响. 土方工程不论是挖方或填方都要求有稳定的边坡.进行土方工程的设计或施工时,应该结合工程本身的要求(如:填方或挖方,永久性或临时性)以及当地的具体条件(如:土壤的种类及分层情况,压力情况等)使挖方或填方的坡度合乎技术规范的要求,如情况在规范之外,则须进行实地测试来决定.
⒊土壤含水量 土壤的含水量是土壤孔隙中的水重和土壤颗粒重的比值.土壤含水的多少对土方施工的难易有直接的影响,还影响到土壤的稳定性.土壤含水量过小,土质过于坚实,不易挖掘;含水量过大,土壤易泥泞,土壤稳定性降低,也不利于施工.一般土壤含水量在5%以内称干土,在30%以内称潮土,大于30%的称湿土.
⒋土壤相对密实度 用来表示土壤填筑后的密实程度.设计要求的密实度可以采用人力夯实或机械夯实.一般采用机械压实,其密实度可达95%,人力夯实在87%左右.大面积填方如堆山等,通常不加夯压,而是借土壤的自重慢慢沉落,久而久之也可达到一定的密实度.
⒌土壤的可松性 土壤经挖掘后,其原有紧密结构遭到破坏,土体松散而使体积增加的性质.这一性质以土方工程的挖土和填土量的计算以及运输等都有很大关系.
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二 土方施工的步骤
在建设施工中,由于土方工程是一项比较艰巨的工作,所以准备工作和组织工作不仅应该先行,而且要做周全仔细,否则因为场地大或施工点分散,容易造成窝工甚至返工,而影响工效. 土方工程施工的内容和步骤大致如下.
㈠准备工作三步骤
准备工作主要包括清理场地,排水,定点放线三个步骤. ⒈清理场地
在施工地范围内,凡有碍工程的开展或影响工程稳定的地面物或地下物都应该清理,例如不需要保留的树木,废旧建筑物或地下构筑物等.
①伐除树木,凡土方开挖深度大于50cm,或填方高度教小的土方施工,现场及排水沟中的树木必须连根拔除,清理树墩除用人工挖掘外,直径在50cm以上的大树应慎之又慎,凡能保留者尽量设法保留.因为老树大树,特别难得.
②建筑物和地下构筑物的拆除,应根据其结构特点进行工作,并遵照《建筑工程安全技术规范》的规定进行操作.
③如果施工场地内的地面地下或水下发现有管线通过或其他异常物体时,应事先请有关部门协同查清,未查清前,不可动工,以免发生危险或造成其他损失.
⒉排水 场地积水不仅不便于施工,而且也影响工程质量,在施工之前,应设法将施工场地范围内的积水或过高的地下水排走.
①排除地面积水 在施工之前,根据施工区地形特点在场地周围挖好排水沟(在山地施工为防山洪,在山坡上应做截洪沟).使场地内排水通畅,而且场外的水也不致流入.
②地下水的排除 排除地下水方法很多,但一般多采用明沟,引至集水井,并用水泵排出.一般按排水面积和地下水位的高低来安排排水系统,先定出主干渠和集水井的位置,再定支渠的位置和数目,土壤的含水量大的要求排水迅速的,支渠分布应密些,其间距约1.5m左右,反之可疏些.在挖湖施工中应先挖排水沟,排水沟的深度,应深于水体挖深.沟可一次挖掘到底,也可以依施工情况分层下挖,采用哪种方式可根据出土方向决定.
⒊定点放线 在清场之后,为了确定施工范围及挖土或填土的标高,应按设计图纸的要求,用测量仪器在施工现场进行定点放线工作,这一步工作很重要,为使施工充分表达设计意图,测设时应尽量精确.
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①平整场地的放线 用经纬仪将图纸上的方格测设到地面上,并在每个交点处立桩木,边界上桩木依图纸要求设置.
桩木的规格及标记方法,侧面平滑,下端削尖,以便打图土中,桩上应表示出桩号(施工图上方格网的编号)和施工标高(挖土用\号,填土用\号).
②自然地形的放线 挖湖堆山,首先确定堆山或挖湖的边界线,但这样的自然地形放到地面上去是较难的;特别是在缺乏永久性地面物的空旷地上,在这种情况下应先在施工图上画方格网,再把方格网放大到地面上,而后设计地形等高线和方格网的交点一一标到地面上并打桩,桩木上也要表明桩号及施工标高.堆山时由于土层不断升高,桩木可能被土埋没,所以桩的长度应大于每层的标高,不同层可用不同颜色标志,以便识别.另一种方法是分层放线,分层设置标高桩.这种方法适用于较高的山体. 挖湖工程的放线工作和山体的放线基本相同,但由于水体挖深一般较一致,而且池底常年隐没在水下,放线可以粗放些,但水体低部应尽可能整平,不留土墩,这对养鱼捕鱼有利.岸线和岸坡的定点放线应该准确,这不仅因为它是水上部分,有关造景,而且和水体岸坡的稳定有很大关系.为了精确施工,可以用边坡样板来控制边坡坡度. 开挖沟槽时,用打桩放线的方法,在施工中桩木容易被移动甚至被破坏,从而影响了校核工作.所以,应使用龙门板.龙门板的构造简单,使用也很方便.每隔30~100m设龙门板一块,其间距视沟渠纵坡的变化情况而定.板上应标明沟渠中心线位置,沟上口,沟底的宽度等.板上还要设坡度板,用坡度板来控制沟渠纵坡. 三 土方施工技术环节
土方施工包括挖,运,填,压四个技术环节.其施工方法可采用人力施工,也可用机械化或半机械化施工.这要根据场地条件,工程量和当地施工条件决定.在规模较大,土方集中的工程中,采用机械化施工较经济;但对工程量不大,施工点较分散的工程或因受场地限制,不便采用机械施工的地段,应该用人力施工或半机械化施工,以下按上述四个内容简单介绍. ㈠ 土方的施工
⒈人力施工 施工工具主要是锹,镐,钢钎等.人力施工不但要组织好劳动力,而且要注意安全和保证工程质量.在挖土方时施工者要有足够的工作面,一般平均每人应有4-6m2;附近不得有重物及易蹋落物;随时注意观察土质情况,要有合理的边坡.必须垂直下挖者,松软土不得超过0.7m,中等密度者不超过1.25m,坚硬土不超过2m,超过以上数值的需要设支撑板.挖方时工人不得在土壁下向里挖土,以防坍塌;而在坡上或坡
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顶施工者,要注意坡下情况,不得向坡下滚落重物.施工中保护基桩,龙门板或标高桩. ⒉机械施工 有推土机,挖土机等.在园林施工中推土机应用较广泛.例如,在挖掘水体时,以推土机推挖,将土推至水体四周,再行运走或堆置地形,最后岸坡用人工修整.用推土机挖湖堆山,效率高,但应注意以下几个方面:推土机手应识图或了解施工对象的情况.在动工之前应向推土机手介绍拟施工地段的地形情况及设计地形的特点,最好结合模型讲解,使之一目了然.另外,施工前还要了解实地定点放线情况,如桩位,施工标高等.这样施工起来司机心中有数,施工时就能得心应手地按照设计意图去塑造地形.这一点对提高施工效率有很大关系,这一步工作做得好,在修饰山体或水体时便可以省去许多劳动物力.注意保护表土.在挖湖堆山时,先用推土机将施工地段的表层熟土(耕作层)推到施工场地外围,待地形整理停当,再把表土铺回来,这样做比较麻烦,但是公园的植物生长却有很大好处.有条件之处应该这样做.桩点和施工放线要明显.因为推土机施工进进退退,其活动范围较大,施工地面高低不平,加上进车或退车时司机视线存在某些死角,所以桩木和施工放线容易受破坏.为了解决这一问题: 第一,应加高桩木的高度,桩木上可做醒目标志,如挂小彩旗或木桩上涂明亮的颜色,以引起施工人员的注意;
第二,施工期间,施工人员应经常到现场,随时随地用测量仪器检查桩点和放线情况,掌握全局,以免挖错(或堆错)位置. ㈡ 土方的运输
一般竖向设计都力求土方就地平衡,以减少土方的搬运量.土方运输是较艰巨的劳动,人工运土一般都是短途的小搬运.车运人挑,这在有些局部或小型施工中还经常采用.
运输距离较长的,最好使用机械或半机械化运输.不论是车运人挑,运输路线的组织都很重要,卸土地点要明确,施工人员随时指点,避免混乱和窝工.如果使用外来土围地堆山,运土车辆应设专人指挥,卸土的位置要准确,否则乱堆乱卸,必然会给下一步施工增加许多不必要的小搬运,造成人力物力的浪费. ㈢ 土方的填筑
填土应该满足工程的质量要求,土壤的质量要根据填方的用途和要求加以选择,在绿化地段土壤应满足种植植物的要求,而作为建筑用地则以要求将来地基的稳定为原则.利用外来土壤围土堆山,对土质应该先验定后放行,劣土及受污染的土壤,不应放入园内以免将来影响植物的生长和妨害游人的健康.
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