道路設(shè)計中土方工程量計算技巧

1、    道路設(shè)計中土方工程量計算技巧    楊其超 摘要：土方工程量的計算在道路設(shè)計過程中具有極其重要的作用，計算的準確性直接決定著工程造價、工程所的用工量，可以說土方工程量計算是公路設(shè)計是否經(jīng)濟合理的主要指標之一。因此，土方工程量的計算技巧是工程技術(shù)人員特別關(guān)心的問題，特別是如何對橫斷面積進行計算、如何應用用平均斷面法兩個問題。關(guān)鍵詞：道路設(shè)計；工程量；橫斷面積；平均斷面法abstract: the earth quantity calculation in road design process to have the extremely vital

2、 role, the accuracy of the calculation directly determine the engineering cost, project of employment, can say the earth quantity calculation is whether highway design reasonable one of the major indexes of the economy. therefore, the earth quantity calculation skill is engineering and technical per

3、sonnel special concern, especially how to calculate, how to cross-sectional area of application with average section method two questions.keywords: road design; bill; cross-sectional area; average section method： u41：a ：土方工程量的計算在道路設(shè)計過程中具有極其重要的作用，計算的準確性直接決定著工程造價、工程所的用工量、工程所需機器設(shè)備和施工時間。從實踐的角度來說，道路的土方工程

4、量越大，所需要的資金投入越多，路基土方工程投資在工程的總投資之中可以占到35%以上，因此，我們可以說土方工程量計算是公路設(shè)計是否經(jīng)濟合理的主要指標之一。一、道路設(shè)計中土方工程量的常規(guī)計算項目與計算方法在圖紙設(shè)計階段，道路工程的土方工程量應該根據(jù)其工程項目的不同而分別進行計算。一般來說，道路設(shè)計中的工程量計算項目可以分為以下兩種類型：1.路基工程設(shè)計中的土方計算在路基工程設(shè)計中，我們通常是按工程的幾何形狀進行計算，從而得出其壓實方。在此計算過程中，壓實方與密實方之間系數(shù)的準確應用顯得極為重要。詳細來說，在路基工程設(shè)計中，土方的計算可分為挖方計算、填方計算、借方計算、利用方計算和棄方計算等五種情況

5、，其中進行挖方和棄方計算時應該以天然密實方體積為標準，而填方、借方和利用方應該以壓實方體積為標準進行計算，并且這幾種項目存在如下的等量關(guān)系：填方+棄方=挖方+借方填方-利用方=借方挖方-利用方=棄方在計算過程中，我們一般是按照如下的兩個階段來進行：第一個階段：根據(jù)原來的地面線和標準橫斷面的形式來計算出帽子挖方與帽子填方的工程量；第二個階段：由填方高度和挖方高度來確定路基處理的高度和寬度，進而計算計算計算路基處理過程中挖方和填方的工程量。詳細來說，應該是按如下五個步驟來進行：第一步：根據(jù)道路設(shè)計施工情況，選擇最佳的經(jīng)濟運距、最合適的運輸機械和最大的免費運距。第二步：將道路設(shè)計沿線的棄土場位置、橋

6、梁與隧道的起始與終止位置、涵洞的位置標在計算表中。第三步：參照就近原則和運輸量最小的原則對道路施工過程中的土方工程量進行調(diào)配。第四步：將挖方中多余的土方用來參與填方，以使土方得到最佳利用。如果我們將參與填方過程的挖余方中松土的體積用v土1表示，普通土的體積用v土2表示，硬土的體積用v土3表示，相對應的換算系數(shù)分別用r1、r2、r3來表示，則路基設(shè)計過程中的填土體積如果在計算過程中發(fā)現(xiàn)土方不夠用，我們可以采用“以石代土”的方式來進行調(diào)劑，如果以v石1、v石2、v石3分別來表示參與填方工程中中軟石的體積、次堅石的體積和堅石體積，用r4來表示石方與土方的換算體積，則填充石料的體積的計算公式為：第五步

7、：關(guān)于廢棄方與借方量的計算。其通用公式為2.道路設(shè)計中其它土方的計算除了路基土方的計算之外，在道路設(shè)計過程中往往還要涉及由于清除地表而增加的土方工程量、由于填充前碾壓而增加的土方工程量、由于加寬填筑以加固路基邊緣的土方工程量以及考慮路基自然下沉而增加的土方工程量等等，這些也是我們在道路設(shè)計過程中需要加以注意的。如果公路的路基以水稻田或淺水塘為基底，我們就需要首先進行挖溝疏干和清除表面的腐植土、淤泥、草根樹根等雜物，這就使得我們的清表厚度隨實際情況而變化，清除地表而增加的土方工程量也隨著發(fā)生變化，一般認為清表厚度處于0.1和0.2之間。如果在填充前先對路基進行壓實或是在碾壓后進行回填以使地面恢復

8、到原來的地面標高，這時所需的土方工程量就需要用到公式（其中表示天然土在壓實過程中產(chǎn)生的沉降量，表示有效的作用力，表示土的抗淪陷系數(shù)。二、橫斷面的常用計算方法在道路設(shè)計過程中，我們經(jīng)常的提到路基的填挖斷面面積。所謂的“填挖面面面積”指的是斷面圖中原來的地面線與路基設(shè)計線之間所圍的面積。如果設(shè)計線高于地面線，我們稱之為“填”；反之，如果設(shè)計線低于地面線，我們稱之為“挖”。在計算過程中，填和挖應該分別進行計算。道路施工所面對的地面形狀各不相同，復雜的地形也就使得我們在施工過程中的填方和挖方都不可能是簡單的、規(guī)則的幾何形狀，這就使得我們的計算也只能是近似的結(jié)果。在對橫斷面進行計算時，測繪時的采點密度不

9、同、所采用的計算公式不同，也會使得我們的計算精確度有所不同。在道路設(shè)計過程中，我們應該按工程的要求和計算精度要求，盡可能地簡化計算過程。在實際計算過程中，我們常用的方法為積距法和坐標法兩種方法，以下分別進行介紹。1.利用積距法來計算橫斷面的面積所謂的“積距法”就是將不規(guī)則的橫斷面劃分成為等寬的若干個小條，如圖1所示，其中每一個小條的面積可以近似地認為是每個小條塊的中心高度與條寬的乘積，將所有的小條的中心高度的累加值乘以條寬就是橫斷面的總面積。如果用a表示橫斷面的總面積，用a1、a2、a3、a4ai分別表示各個小條的面積，h1、h2、h3、h4hi分別表示各個小條的中心高度，每一小條的寬度用b表

10、示，我們則有：a1=h1b，a2=h2b，a3=h3b，a4=h4b，ai= hiba=a1+a2+a3+a4+ai=h1b+h2b+h3b+h4b+hib=（h1+h2+h3+h4+hi）b= bhi如果我們所取的條寬為1m，即b=1m，則a=bhi=hi2.利用坐標法計算橫斷面的面積相對而言，利用坐標法來計算橫斷面的面積所得到的結(jié)果精度較高。在計算過程中，我們需要將橫斷面放到一個平面直角坐標系中，然后給出橫斷面上各個轉(zhuǎn)折點的坐標（xi,yi），然后根據(jù)解析幾何的中計算多邊形面積的公式a=（xi×yi-xi+1×yi+1 ) ×1/2。但是，從確定逐一確定各個轉(zhuǎn)

11、折點的坐標，到后面的乘積做差和求和，計算都是比較繁瑣的，因此這種方法一般多用來在計算機上進行，否則的話運算量過大，不易操作。三、土方工程量的平均斷面法計算如前所述，在道路設(shè)計中路基土方工程量的計算工作量非常之大，再加上在填挖過程中路基變化的不規(guī)則性，想要精確計算路基的土方工程量幾乎是不太可能的。因此，我們在工程設(shè)計中只能進行近似的計算。由立體幾何知識可知：當相鄰斷面間的幾何形體為棱柱體（如圖3所示）時，棱柱的體積v的計算式應為：（其中、為我們在路基中所選的兩個相鄰的斷面的面積，為該兩個相鄰斷面之間的垂直距離，式子中所有的量的單位都應取國際單位制單位）。這種計算土方工程量的方法就是我們所說的“平

12、均斷面法”。這種平均斷面法是計算土方工程量的一種簡便、實用的方法，也是實際設(shè)計工作當中最為常用的方法。但是，這種方法有其制命的缺點，就是適用條件較為苛刻，只有相鄰兩個斷面的面積a1、a2非常接近時才能保證計算結(jié)果較為準確，否則就會出現(xiàn)較大的計算誤差。實際上，如果a1、a2之間的差值很大時，我們?nèi)绻麑⑵淇闯墒抢馀_，利用棱臺的體積來進行計算，就會大大減小計算誤差。這時的計算公式為：其中，m為兩個斷面的面積之比，如果a1 a2，則。實際操作表明，如果將兩個斷面之間看成是棱臺的話，計算結(jié)果具有較高的精確度，應該是道路設(shè)計過程中的首選方法，如果是利用計算機來完成計算過程，更應該優(yōu)先選用這種方法。需要說明

13、的是，在我們用上面的方法來進行計算土方工程量時，土方體積之中已經(jīng)包含了路面的體積。如果我們道路設(shè)計過程中在道路的縱斷面上有挖有填，最后挖和填基本持平，則使得土方斷面多計面積與挖方斷面少計面積相抵消，土方總體積接近于實際體積，路面面積就可忽略不計。但是，在路基以挖方為主或以填方為主時，就必須將路面積考慮到計算過程中，即在填方時扣除路面面積、在挖方時增加路面面積。如果遇到路面厚度極大的情況，路面面積更是不能忽略的。此外，我們在進行路基土方工程量的計算時，還應該從中扣除線路之中大橋、中橋和隧道所占的體積，橋頭引道所需土方工程量則需根據(jù)情況的不同而考慮是否全部列入橋梁工程項目之中，還要特別注意不能遺漏或重復計算；至于小型橋涵，則于其體積過小，一般不再進行扣除。參考文獻：1朱洪威, 謝志華.高速公路工程設(shè)計中土方工程量計算精度