第四部分场地设计11

1、场场地设计地设计 site design： 土石方工程是场地设计中比较重要的一环，尤其土石方工程是场地设计中比较重要的一环，尤其在需要大平坦场地的建筑中。在需要大平坦场地的建筑中。 计算填挖土方量时，由于地形的变化情况比较复计算填挖土方量时，由于地形的变化情况比较复杂，要得到精确的计算很困难，因而把场地地形根杂，要得到精确的计算很困难，因而把场地地形根据计算需要假设其为一定的几何形状，采用具有一据计算需要假设其为一定的几何形状，采用具有一定精度和与实际情况近似的方法进行计算。定精度和与实际情况近似的方法进行计算。 一般计算填挖土方量主要有一般计算填挖土方量主要有网格法、垂直截面法、网格法、垂直

2、截面法、等高线水平截面法等高线水平截面法等。等。 ： 网格法是工程土方量计算中应用最为普遍的一种网格法是工程土方量计算中应用最为普遍的一种方法；方法； 在进行土方量计算之前，将由等高线表达的平面在进行土方量计算之前，将由等高线表达的平面图上把场地划分成方格网；图上把场地划分成方格网； 每个方格的边长根据计算精度要求的不同长短也每个方格的边长根据计算精度要求的不同长短也不同。不同。 估算程度时或场地面积大时或场地地形不太复杂估算程度时或场地面积大时或场地地形不太复杂时时2020或或4040米米网格；网格； 需要比较准确程度时或场地面积较小时或场地地需要比较准确程度时或场地面积较小时或场地地形比较

3、复杂时，可以采取形比较复杂时，可以采取5m5m或或10m10m的方格边长。的方格边长。 网格法是以原地面和设计地面两者叠和的平面作网格法是以原地面和设计地面两者叠和的平面作为基础进行表达的。方格网中边线的交点为角点，为基础进行表达的。方格网中边线的交点为角点，一个方格有一个方格有4 4个角点。个角点。 在每个角点进行原地面高度和设计地面高度的表在每个角点进行原地面高度和设计地面高度的表达。达。 施工高度施工高度 填挖表示填挖表示 零线零线 网格法是以网格法是以原地面原地面和和设计地面设计地面两者叠和的平面作两者叠和的平面作为基础进行表达的。方格网中边线的交点为为基础进行表达的。方格网中边线的交

4、点为角点，角点，一个方格有一个方格有4 4个角点。个角点。 在每个角点进行原地面高度和设计地面高度的表在每个角点进行原地面高度和设计地面高度的表达。达。 施工高度施工高度 填挖表示填挖表示 零线零线 网格法是以网格法是以原地面原地面和和设计地面设计地面两者叠和的平面作两者叠和的平面作为基础进行表达的。方格网中边线的交点为为基础进行表达的。方格网中边线的交点为角点，角点，一个方格有一个方格有4 4个角点。个角点。 在每个角点进行原地面高度和设计地面高度的表在每个角点进行原地面高度和设计地面高度的表达。达。 施工高度施工高度 填挖表示填挖表示 零线零线 内插法内插法：通过已知点得到在它们之间的其他

5、点的情通过已知点得到在它们之间的其他点的情况。况。已知已知A A点点B B点，取得在此两点直线之间的点，取得在此两点直线之间的C C点情况的内插点情况的内插法公式：法公式： y/ y/ h=x/ h=x/ L Ly-Cy-C点到参照点点到参照点A A点（或点（或B B点）的垂直距离；点）的垂直距离；x x-C-C点到参照点点到参照点A A点（或点（或B B点）的水平距离；点）的水平距离；hAhA点和点和B B点的垂直高差数值；点的垂直高差数值；LALA点和点和B B点的水平距离数值。点的水平距离数值。 网格法可以分为网格法可以分为三角棱柱体计算法、四方棱柱体三角棱柱体计算法、四方棱柱体计算法和

6、平均值计算法。计算法和平均值计算法。 三角棱柱体计算法是把平面上每个方格按照对角三角棱柱体计算法是把平面上每个方格按照对角线划分为两个等腰直角三角形。线划分为两个等腰直角三角形。 方格中采取对角线规则方格中采取对角线规则: :所取的对角线尽量能和所取的对角线尽量能和该方格处地面的等高线平行方向该方格处地面的等高线平行方向同向同向。 全部挖方或全部填方时全部挖方或全部填方时 V=a2（h1+h2+h3）/6 部分挖方部分填方时部分挖方部分填方时 零线将三角形划分成两零线将三角形划分成两部分，一部分是底面为部分，一部分是底面为三角形的锥体，另一部三角形的锥体，另一部分是底面为四边形的楔分是底面为四

7、边形的楔体。体。锥体体积锥体体积 V=a2h13/6（h1+h2）（h1+h3）楔体体积楔体体积 V=a2h13/（h1+h2）（h1+h3）h1+h2+h3/6 四方棱柱体积算法四方棱柱体积算法全部挖方或全部填方时全部挖方或全部填方时 V=a2（h1+h2+h3+h4）/4 部分挖方部分填方时部分挖方部分填方时，正方形被分割为两个梯形。，正方形被分割为两个梯形。+V=a2（h1+h2）2/4（h1+h2+h3+h4）-V=a2（h3+h4）2/4（h1+h2+h3+h4） 部分挖方部分填方时部分挖方部分填方时，正方形被分割为一个三角，正方形被分割为一个三角形和一个五边形。形和一个五边形。三角

8、形部分体积：三角形部分体积： V=a2h13/6（h1+h2）（h1+h4）五边形部分体积：五边形部分体积： V=a2（h2+ h3+h4 ）1-h12/2 （h1+h2）（h1+h4）/5 部分挖方部分填方时部分挖方部分填方时，正方形被分割为两个三角，正方形被分割为两个三角形和一个六边形。形和一个六边形。两个三角形部分体积：两个三角形部分体积： V=a2h13/6（h1+h2）（h1+h4）+a2h33/6（h3+h2）（h3+h4）六边形部分体积：六边形部分体积：V=a2（h2+h4 ）1-h12/2 （h1+h2）（h1+h4）- h32/2 （h3+h2）（h3+h4）/6 平均值计算

9、法平均值计算法平均值法相对三菱柱或四方体计算在准确度上要低一些，但平均值法相对三菱柱或四方体计算在准确度上要低一些，但计算花费时间却大为减少，适用于全部挖方或全部填方的场计算花费时间却大为减少，适用于全部挖方或全部填方的场地。地。一个方格全部挖方或者全部填方的体积，由于一个方格全部挖方或者全部填方的体积，由于4 4个角点为相同的填挖状态，个角点为相同的填挖状态，其体积可归纳为其体积可归纳为 ： V=a2（h1+h2+h3+h4）/4 推导：V=a2（h1+ 2 h2+ 3h3+ 4 h4）/4 在某场地按照在某场地按照20m x 20m20m x 20m的布置网格，已经计算并标注出原地的布置网

10、格，已经计算并标注出原地面标高、设计地面标高和施工高度。要求计算此网格内场地的挖面标高、设计地面标高和施工高度。要求计算此网格内场地的挖土方量和填土方量以及总土方量，并决定向场内运土还是向场外土方量和填土方量以及总土方量，并决定向场内运土还是向场外运土。（建筑学场地设计运土。（建筑学场地设计P123P123书书P136P136电子版）电子版） 计算过程计算过程 总填方量总填方量 总挖方量总挖方量 总土方量总土方量 向外运土量向外运土量 垂直截面： 垂直截面法垂直截面法垂直截面法的计算条件主要是垂直截面法的计算条件主要是场地等高线比较有规场地等高线比较有规则，则，尤其对尤其对带状场地带状场地最适

11、用，比如道路、排水沟、最适用，比如道路、排水沟、停车场等。停车场等。 每相邻两个垂直截面的场地挖方量或每相邻两个垂直截面的场地挖方量或填方量的计算公式为填方量的计算公式为: :V=（S1+S2）/2 L 垂直截面法计算公式：垂直截面法计算公式：V=（S1/2+S2+S3+Sn-1+Sn/2）L 垂直截面： 垂直截面法垂直截面法垂直截面法的计算条件主要是垂直截面法的计算条件主要是场地等高线比较有规场地等高线比较有规则，则，尤其对尤其对带状场地带状场地最适用，比如道路、排水沟、最适用，比如道路、排水沟、停车场等。停车场等。 每相邻两个垂直截面的场地挖方量或填方量的计每相邻两个垂直截面的场地挖方量或

12、填方量的计算公式为算公式为: :V=（S1+S2）/2 L 垂直截面法计算公式：垂直截面法计算公式：V=（S1/2+S2+S3+Sn-1+Sn/2）L 一般间距取相同，根据精度和场地大小常常以一般间距取相同，根据精度和场地大小常常以5M-40M5M-40M为间距为间距 某地形某地形ABCDABCD为为20m x 20m20m x 20m，在其范围内经过平整，在其范围内经过平整后建成停车场，停车场的平面坡度为后建成停车场，停车场的平面坡度为4%4%，从西向东，从西向东倾斜。又知西侧和道路相交的控制点为倾斜。又知西侧和道路相交的控制点为M M点点( (即即ABAB线线的中心点的中心点) )，标高为

13、，标高为88. 3 m 88. 3 m 要求用垂直截面法要求用垂直截面法( (截截面间距面间距5m)5m)计算在计算在ABCDABCD范围内的上石方量。范围内的上石方量。 等高线水平截面法： 等高线水平截面法等高线水平截面法等高线水平截面法和垂直截面法的原理基本相同。等高线水平截面法和垂直截面法的原理基本相同。 V=（S1/2+S2+S3+Sn-1+Sn/2）h某坡地进行填土改造。根据原地形等高线图和设某坡地进行填土改造。根据原地形等高线图和设计等高线图，要求用等高线水平截面法计算填土量。计等高线图，要求用等高线水平截面法计算填土量。 ： 非完整方格部分整合规则：非完整方格部分整合规则：l当一

14、个非完整部分的面积明显大于一个方格面积的当一个非完整部分的面积明显大于一个方格面积的1/21/2时，扩大此非完整部分为一个方格面积，其新方时，扩大此非完整部分为一个方格面积，其新方格的最外边的标高宜和原非完整部分外边的标高相格的最外边的标高宜和原非完整部分外边的标高相同。同。l当一个非完整部分的面积明显小于一个方格面积的当一个非完整部分的面积明显小于一个方格面积的1/21/2时，取消此非完整部分。时，取消此非完整部分。l当一个非完整部分的面积接近一个方格面积的当一个非完整部分的面积接近一个方格面积的1/21/2时，可以和同状态的另一非完整部分合为一个方格时，可以和同状态的另一非完整部分合为一个

15、方格面积，或者根据其他非完整部分情况分化或补全成面积，或者根据其他非完整部分情况分化或补全成一个方格面积。一个方格面积。 非完整方格部分整合规则：非完整方格部分整合规则：某场地以边长某场地以边长20m20m的方格划分成的方格划分成4 4个方格和个方格和1111个非完整部分，全部个非完整部分，全部为填方。已经计算并标注出施工高度。要求粗略计算场地土石方为填方。已经计算并标注出施工高度。要求粗略计算场地土石方量。不考虑护坡。量。不考虑护坡。 土石方调配： 土石方调配原则土石方调配原则l尽量达到挖方量、填方量平衡，运距最短；尽量达到挖方量、填方量平衡，运距最短；l先期施工与后期施工相结合；先期施工与

16、后期施工相结合；l分区与全场相结合；分区与全场相结合；l与大型地下建筑的施工相结合；与大型地下建筑的施工相结合；l选择恰当的调配方向。选择恰当的调配方向。 调配区划分原则调配区划分原则l 调配区应与工程建调配区应与工程建( (构构) )筑物的平面位置相协调，并考虑它们筑物的平面位置相协调，并考虑它们的开工顺序、工程的分期施工顺序；的开工顺序、工程的分期施工顺序；l 调配区的大小应满足土方施工主导机械调配区的大小应满足土方施工主导机械( (铲运机、挖土机等铲运机、挖土机等) )的技术要求。的技术要求。l 调配区范围应和土方工程量计算用的方格网协调，一般可由调配区范围应和土方工程量计算用的方格网协

17、调，一般可由若干个方格组成一个调配区。若干个方格组成一个调配区。l 当土方运距较大或场地范围内土方不平衡时，可根据附近地当土方运距较大或场地范围内土方不平衡时，可根据附近地形情况，考虑就近取土或就近弃土。形情况，考虑就近取土或就近弃土。 ：土的可松性：土的可松性：自然状态下的土，经过开挖后其体积因松散而增大，自然状态下的土，经过开挖后其体积因松散而增大，回填以后虽然经过压实，仍然不能恢复到原来的体回填以后虽然经过压实，仍然不能恢复到原来的体积。积。 场地表面铺地场地表面铺地 填方时场地设计地面需要铺地时；填方时场地设计地面需要铺地时； 挖方时场地设计地面需要铺地时；挖方时场地设计地面需要铺地时

18、； 填方时原地面有铺地时；填方时原地面有铺地时； 挖方时原地面有铺地时。挖方时原地面有铺地时。 ： 根据建设项目的使用要求，结合用地地形特点和根据建设项目的使用要求，结合用地地形特点和施工技术条件，合理确定建筑物、构筑物道路等标施工技术条件，合理确定建筑物、构筑物道路等标高，做到充分利用地形，少挖填土石方，使设计经高，做到充分利用地形，少挖填土石方，使设计经济合理，这就是济合理，这就是竖向布置设计竖向布置设计的主要工作。的主要工作。 竖向布置的目的竖向布置的目的是改造和利用地形，使确定的设是改造和利用地形，使确定的设计标高和设计地面能满足建筑物、构筑物之间和场计标高和设计地面能满足建筑物、构筑

19、物之间和场地内外交通运输合理要求，保证地面水有组织的排地内外交通运输合理要求，保证地面水有组织的排除，并力争土石方工程量最小。除，并力争土石方工程量最小。 在场地平整中影响在场地平整中影响工程成本工程成本的主要是的主要是土石方工程土石方工程量的大小、挖填机械及运输车辆的使用情况。量的大小、挖填机械及运输车辆的使用情况。 没有场外条件限制的场地平整一般有三种方法，没有场外条件限制的场地平整一般有三种方法，即即挖填土方量平衡法、垂直截面平衡法和最小二乘挖填土方量平衡法、垂直截面平衡法和最小二乘法。法。 当场地当场地标高没有特殊要求和限制标高没有特殊要求和限制时，常用的设计时，常用的设计方法为挖填平

20、衡法。方法为挖填平衡法。 垂直截面平衡法是针对垂直截面平衡法是针对地面比较规则，地面比较规则，并且地形并且地形不复杂的场地的。不复杂的场地的。 最小二乘法最小二乘法( (即最佳设计平面法即最佳设计平面法) )主要针对主要针对大型场大型场地地的竖向规划设计，应用最小二乘法原理，计算出的竖向规划设计，应用最小二乘法原理，计算出最佳设计平面，可以满足最佳设计平面，可以满足挖填土方量平衡和总土方挖填土方量平衡和总土方量量最小两个条件。最小两个条件。 ： 不考虑场地规划限制、场地坡度、土的可松性等不考虑场地规划限制、场地坡度、土的可松性等因素影响，场地平整在达到土石方平衡时，一般容因素影响，场地平整在达

21、到土石方平衡时，一般容易接近土石方量最小。易接近土石方量最小。 在土石方平衡为前提条件时，在土石方平衡为前提条件时，同样的一块场地范同样的一块场地范围，围，随着所处原地面随着所处原地面坡度的增加，其总土方量也会坡度的增加，其总土方量也会增加。增加。 在在起伏变化不剧烈起伏变化不剧烈的地面上，以填挖平衡为前选择设计场地的地面上，以填挖平衡为前选择设计场地位置，可以参考以下选址规则位置，可以参考以下选址规则: :选择设计场地位置时，使设计场地在原地形图上进行移动判别，选择设计场地位置时，使设计场地在原地形图上进行移动判别，当设计场地范围内包含的原地面等高线越少，其总土方量越小当设计场地范围内包含的

22、原地面等高线越少，其总土方量越小; ;当包含的原地面等高线最少，可以认为其总土方量也最少。当包含的原地面等高线最少，可以认为其总土方量也最少。在不同的选址上，当设计场地包含的原地面等高线数目相同时，在不同的选址上，当设计场地包含的原地面等高线数目相同时，增加辅助等高线进一步判别。增加辅助等高线进一步判别。 在某一山坡上准备修整出一个在某一山坡上准备修整出一个70m x 70m70m x 70m的场地，要求取得场地的场地，要求取得场地位置。场地方向为南北向，在士石方平衡的前提下，要求动土方最位置。场地方向为南北向，在士石方平衡的前提下，要求动土方最少。少。 在某一山在某一山坡上准备修整坡上准备修

23、整出一个出一个40m x 40m x 40m40m的场地，的场地，要求取得场地要求取得场地位置。场地方位置。场地方向为南北向，向为南北向，在士石方平衡在士石方平衡的前提下，要的前提下，要求动土方最少。求动土方最少。 经过判别找到符合要求的选址时，若没有要求设经过判别找到符合要求的选址时，若没有要求设计场地的方向，怎样安排设计场地的方向才能使总计场地的方向，怎样安排设计场地的方向才能使总土石方量最少土石方量最少? ? 如果考虑场地与原地形的协调、场地同整体规划的统一、场如果考虑场地与原地形的协调、场地同整体规划的统一、场地对外交通的顺畅等因索，场地一边地对外交通的顺畅等因索，场地一边( (主要是

24、长边主要是长边) )应平行于等高应平行于等高线来进行布置，如果不考虑其他因素，追求最小总土石方量，线来进行布置，如果不考虑其他因素，追求最小总土石方量，场场地的边缘与等高线形成一定的角度，可以达到要求。地的边缘与等高线形成一定的角度，可以达到要求。 但是当场地边缘的等高线密度变化大，还是要进行土石方量但是当场地边缘的等高线密度变化大，还是要进行土石方量计算来加以比较确定。计算来加以比较确定。 ： 如果考虑场地与原地形的协调、场地同整体规划如果考虑场地与原地形的协调、场地同整体规划的统一、场地对外交通的顺畅等因索，场地一边的统一、场地对外交通的顺畅等因索，场地一边( (主主要是长边要是长边) )

25、应平行于等高线来进行布置应平行于等高线来进行布置; ;如果不考虑如果不考虑其他因素，追求最小总土石方量，场地的边缘与等其他因素，追求最小总土石方量，场地的边缘与等高线形成一定的角度，可以达到要求。高线形成一定的角度，可以达到要求。 但是当场地边缘的等高线密度变化大，还是要进但是当场地边缘的等高线密度变化大，还是要进行土石方量计算来加以比较确定。行土石方量计算来加以比较确定。 填挖土方量平衡法的基本原理填挖土方量平衡法的基本原理: : 在原地形图上将场地划分呈方格网在原地形图上将场地划分呈方格网( (边长为边长为10m, 20m, 40m10m, 20m, 40m等等) )后，先得到每个方格在填

26、挖平衡时的平均标高，即方格的四角后，先得到每个方格在填挖平衡时的平均标高，即方格的四角标高相加后，除以方格的角数标高相加后，除以方格的角数4;4;然后在全场地范围内，把这些然后在全场地范围内，把这些平均标高进行再平均，得到填挖平衡时的场地新标高，即这些平均标高进行再平均，得到填挖平衡时的场地新标高，即这些平均标高相加后，除以方格数。平均标高相加后，除以方格数。推导出：推导出： ： 某场地以某场地以2 20m 0m 边长划分为边长划分为5 5个方格。要求平整场地为水平后填个方格。要求平整场地为水平后填挖土方量平衡。计算并标出在填挖平衡下各个角点的设计标高、挖土方量平衡。计算并标出在填挖平衡下各个

27、角点的设计标高、原地面标高和施工标高，同事标注方格网上零点的位置原地面标高和施工标高，同事标注方格网上零点的位置 ( (不考虑不考虑松土系数、排水坡度要求等因素，要求用填挖土方量平衡法松土系数、排水坡度要求等因素，要求用填挖土方量平衡法) )。 某场地某场地40m x 30m40m x 30m，已经确定了位置。在填挖土石方平衡要，已经确定了位置。在填挖土石方平衡要求下进行平整至水平面。要求确定场地设计标高和零线的位置求下进行平整至水平面。要求确定场地设计标高和零线的位置( (不考虑松土系数、排水坡度要求等因素不考虑松土系数、排水坡度要求等因素) )（建筑学场地设计（建筑学场地设计P138P138书书P150P150电子版）电子版）： 垂直截面平衡法：垂直截面平衡法： 垂直截面，是指基本上垂直截面，是指基本上和大多数等高线垂直且和大多数等高线垂直且垂直于大