公路路基土石方施工組織分析

李 兵

黃島區(qū)交通運(yùn)輸局，山東 青島 266400

路基是公路工程的重要組成部分之一，其投資約占公路總體費(fèi)用的35%及以上。路基工程施工的工期較長，約占總工期的50%。因此，無論是從投資還是從工期考慮，路基在公路工程施工中都占據(jù)重要地位，在公路的建設(shè)和使用中起基礎(chǔ)性作用。路基土石方工程數(shù)量的計(jì)算、調(diào)配，施工工藝的合理選定將直接決定公路施工工期和效益。

1 公路路基土石方工程數(shù)量計(jì)算

1.1 土石方數(shù)量計(jì)算

（1）圖紙?jiān)O(shè)計(jì)土石方數(shù)量。土石方設(shè)計(jì)數(shù)量是一個(gè)幾何數(shù)量，需按挖方、填方等項(xiàng)目分別計(jì)算。土石方設(shè)計(jì)數(shù)量通常采用平均斷面法，即根據(jù)圖紙標(biāo)準(zhǔn)橫斷面面積及其間距計(jì)算，橫斷面圖中高于地面線部分為填方，低于地面線部分為挖方，填方和挖方體積應(yīng)分別計(jì)算。依此計(jì)算的土石方數(shù)量為幾何數(shù)量，利用挖方或借方作填方時(shí)，需考慮因壓實(shí)、操作損耗而增加的土石方數(shù)量。

（2）施工組織增加土石方數(shù)量。施工組織設(shè)計(jì)核算土石方工程數(shù)量時(shí)，應(yīng)充分考慮原地面清表、原地面壓實(shí)、原地面自然沉降、為保證壓實(shí)度而加寬填筑等因素的影響。

其一，清除表土，增加土石方數(shù)量（Q1）。清除表土為在路基用地范圍內(nèi)（填方路段長度×用地寬度）清除表面種植土和腐殖土工程量，根據(jù)實(shí)際清表情況確定平均清表厚度h1（單位為m），h1一般在0.1～0.2m?；靥钪猎孛鏄?biāo)高所需的工程量可按下列公式計(jì)算：

式中：L為清表路線長，m；B為清表寬度，m。

其二，填方路段基底壓實(shí)以及耕地填前碾壓，回填至原標(biāo)高所需土石方數(shù)量（Q2），填方數(shù)量=碾壓地面的面積×沉降量，可按下列公式計(jì)算：

式中：Q2為增加的工程方量，m3；F為填前壓實(shí)的天然地面面積，m2；h2為沉降量，m。

式中：h2為土基壓實(shí)產(chǎn)生的沉降量，m；P為有效作用力，N/cm2；C為土的抗沉陷系數(shù)，N/cm3。通常取12～15t壓路機(jī)的有效作用力P＝66N/cm2計(jì)算，C的取值如表1所示。

表1 土的抗沉陷系數(shù)C的取值表 單位：N/cm3

其三，為了保證路基邊緣壓實(shí)度，需要加寬填筑的土方量（Q3）。在施工過程中，為了使路基邊緣部分達(dá)到壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)要求，通常將填方邊坡“幫坡”加寬后壓實(shí)，《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3610—2019）規(guī)定：“整修用機(jī)械填筑的路堤表面時(shí)，應(yīng)將兩側(cè)超填的寬度土方切除。超過寬度允許值為砂性土0.2～0.3m，黏性土0.1～0.2m?！碑?dāng)公路路基處于平原微丘地形時(shí)，填方路段較長，“幫坡”部分工程數(shù)量可按下列公式計(jì)算：

式中：Q3為因加寬超填增加的數(shù)量，m3；L為填方段長度，m；H為填方段平均高度（豎直方向），m；k為幫坡寬度，水平橫向且為雙側(cè)寬度，m。

其四，因路堤土體和地基自然下沉（工后沉降）增加土石方數(shù)量（Q4）。路基工程完成后，由于土石方自身重力影響，路基土體及原地基壓密下沉，發(fā)生工后沉降，該沉降量乘以地基面積即增加的土石方量。工后沉降主要由路基填筑材料和施工質(zhì)量決定，目前世界各國關(guān)于陸地填土的壓密下沉，通常通過壓實(shí)密度予以保證。日本經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，路基土體的壓實(shí)沉降約為填土高度的0.1%～0.3%（砂性土）和0.5%～2.0%（黏性土）。

其五，施工組織增加填筑土石方數(shù)量計(jì)算如下：

1.2 路基土石方體積換算

路基工程設(shè)計(jì)圖紙數(shù)量表中的挖方數(shù)量和填方數(shù)量是按照幾何尺寸計(jì)算的天然密實(shí)方和壓實(shí)方體積，施工組織增加填筑土石方數(shù)量（Q增）是壓實(shí)方。在施工組織計(jì)算土石方數(shù)量時(shí)，應(yīng)按壓實(shí)方與天然密實(shí)方之間的系數(shù)進(jìn)行換算。路基施工規(guī)范規(guī)定，土石挖方按天然密實(shí)方體積計(jì)算，填方按壓實(shí)后的體積計(jì)算，填方包括利用挖方填方和借土填方。計(jì)算土石方調(diào)運(yùn)數(shù)量時(shí)，當(dāng)填方（利用方、借方）采用的挖方或借方為天然密實(shí)方時(shí)，應(yīng)區(qū)分土、石類別按表1所示系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，壓實(shí)方體積×換算系數(shù)=天然密實(shí)方體積；汽車運(yùn)輸、手扶拖拉機(jī)運(yùn)輸、鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)輸應(yīng)按如表2所示的運(yùn)輸系數(shù)調(diào)整。

表2 天然密實(shí)方與壓實(shí)方間體積換算系數(shù)表

（1）將挖方中的余方遠(yuǎn)運(yùn)利用。利用土方體積公式如下：

式中：Vt1、Vt2、Vt3為參與填方的挖余方中松土、普通土、硬土體積（圖紙?jiān)O(shè)計(jì)數(shù)量，天然密實(shí)方），m3；r1、r2、r3為各類土的換算系數(shù)，根據(jù)公路等級，從表2中選用。

挖余方中土方不夠時(shí)，考慮利用石方，石方體積公式如下：

式中：Vs1、Vs2、Vs3為遠(yuǎn)運(yùn)利用的挖余方中軟石、次堅(jiān)石、堅(jiān)石體積（天然密實(shí)方），m3；r4為石方的換算系數(shù)，根據(jù)公路等級，從表2中選用。

（2）計(jì)算棄方數(shù)量和借方數(shù)量：

2 公路路基土石方施工機(jī)具選擇

（1）根據(jù)工程規(guī)模、工地條件選擇施工機(jī)械及其組合，通常采用挖掘機(jī)、裝載機(jī)+自卸汽車的形式。（2）根據(jù)運(yùn)輸機(jī)械的經(jīng)濟(jì)運(yùn)距選擇機(jī)械，常用運(yùn)輸機(jī)械經(jīng)濟(jì)運(yùn)距如表3所示。（3）自卸汽車與裝車機(jī)械需合理組合搭配，保證各種機(jī)械發(fā)揮最大的組合效率。組配方法如表4所示。

表3 常用運(yùn)輸機(jī)械經(jīng)濟(jì)運(yùn)距 單位：m

表4 自卸汽車噸位與裝車機(jī)械斗容量搭配表

3 公路路基土石方調(diào)配方法

根據(jù)現(xiàn)場施工組織和經(jīng)濟(jì)運(yùn)距，合理調(diào)配土石方。通過科學(xué)調(diào)配，做到各路段土石方綜合平衡和利用，使從路塹挖出的土石方在經(jīng)濟(jì)調(diào)運(yùn)條件下“移挖作填”，盡量減少路外借土和棄土，從而保護(hù)耕地，減少對環(huán)境的破壞。

土石方調(diào)配原則如下：（1）減少總運(yùn)量，在半填半挖斷面中，首先考慮橫向挖、填平衡，再做縱向調(diào)配。（2）考慮土石方運(yùn)輸對橋涵施工的影響，應(yīng)盡量減少上坡運(yùn)土，不做跨越深溝調(diào)運(yùn)。（3）根據(jù)地形和施工條件選擇適當(dāng)運(yùn)輸方式，確定經(jīng)濟(jì)運(yùn)距，分析填方是遠(yuǎn)運(yùn)利用還是借方。（4）“移挖作填”需考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)距，綜合考慮棄方或借方占地、青苗賠償費(fèi)用等影響。從當(dāng)前土地管理政策來看，“移挖作填”雖超過經(jīng)濟(jì)運(yùn)距，但所占用土地較少，還能夠保護(hù)環(huán)境。

3.1 土石方調(diào)配的經(jīng)濟(jì)運(yùn)距

通過確定土石方調(diào)配的經(jīng)濟(jì)運(yùn)距，確認(rèn)調(diào)運(yùn)利用還是借土填筑。經(jīng)濟(jì)運(yùn)距的計(jì)算式如下：

式中：L經(jīng)為經(jīng)濟(jì)運(yùn)距，km；B為借土單價(jià)，元/m3；T為遠(yuǎn)運(yùn)運(yùn)費(fèi)單價(jià)，元/（m3·km）；L免為免費(fèi)運(yùn)距，km，指特定距離內(nèi)，只按土石方數(shù)量計(jì)價(jià)而不另計(jì)算運(yùn)費(fèi)，與施工方式有關(guān)。

4 結(jié)束語

路基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮土石方填、挖平衡，在不得已情況下才考慮借方和棄方。土石方調(diào)配是一項(xiàng)非常重要的施工組織設(shè)計(jì)工作，涉及施工工藝和施工機(jī)械選型，需考慮的社會(huì)和工程因素眾多，只有在熟練掌握施工、造價(jià)、管理等綜合知識(shí)的前提下，才能準(zhǔn)確完整地計(jì)算土石方分類工程數(shù)量，加以科學(xué)調(diào)配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理的施工目標(biāo)。