一种基于填挖比的土方挖填平衡施工方法与流程

本发明涉及岩土工程设计与施工，具体为一种基于填挖比的土方挖填平衡施工方法。

背景技术：

1、丘陵沟壑区地形起伏、沟壑纵横、平地较少，为了增加建设用地，一些地区采取挖山填沟方式造地。在进行挖填施工时，需要将挖方区天然状态的填料(自然方)经开挖后运输到指定的填筑区域，采用强夯、分层碾压等方法将填料进行夯(压)实处理，达到满足设计要求的填筑方(压实方)。

2、由于不同填料的可松性、压实性能存在差异，每一个单位的天然方可用于填筑的压实方量也有差异，必须考虑挖方区的天然土由自然方变为压实方后的体积变化，这一变化用“填挖比”来表示。挖填造地工程需要尽量做到因地制宜、就地取材、挖填平衡，因此在进行土方施工时，就需要获得填料的“填挖比”，在此基础上进行土方挖填施工。

3、然而，当前关于土方挖填平衡施工方面的工作主要集中在土方计算、土方调配等方面，鲜有考虑填料“填挖比”的土方挖填平衡施工方法的介绍，导致大面积挖填造地工程设计和施工缺乏可靠依据。

技术实现思路

1、针对现有技术中挖填造地工程时因填挖比无法准确确定而导致土方挖填难以平衡的问题，本发明提供一种基于填挖比的土方挖填平衡施工方法。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种基于填挖比的土方挖填平衡施工方法，包括以下步骤：

4、步骤1，根据工程任务要求确定工程范围、挖填分界线、挖方区、填方区和场平标高，测量工程范围内场地的地形，并获取地形测量控制网点；

5、步骤2，在挖方区原场地上布置勘探点，并在勘探点处钻孔鉴别和划分地层并取土样，之后针对不同土样进行测试，获得各土层的土样干密度；

6、步骤3，基于各土层的土样干密度数据确定挖方区各土层料源土的填挖比，结合挖方区场平标高以上各土层开挖前的土方量获取挖方区料源土的综合填挖比

7、步骤4，基于挖方区料源土的综合填挖比和填方区的总填方量v压实获取挖方区料源土的总挖方量v天然，之后根据挖方区料源土的总挖方量v天然结合土方调配平均运距最小化原则进行挖填平衡施工。

8、优选的，步骤1中，地形测量控制网点在施工控制网基础上加密获得，地形测量的坐标系统和高程系统与施工坐标系统和高程系统相一致。

9、优选的，步骤2中，勘探点的布置方法如下：将工程范围内场平标高以上的山体作为勘探单元；在挖方区山体的山脊、山腰、山脚分别设置勘探线，勘探线间距为50m～100m，在勘探线上每间隔50m～100m设置一个勘探点。

10、优选的，步骤2中，勘探点的钻孔钻探至场平标高以下土层1m～2m或钻探至稳定基岩面；钻孔过程中，达到取样深度时进行连续取样，先取原状土样，再取扰动土样，取样间距为1m～2m；

11、同一勘探点处每个土层均采取土样，并分开保存，对每一勘探点处对应土层料源土的类型、性质、土层厚度及地层分界面高程等信息进行采集并编录，绘制勘探点钻孔柱状图和挖方区三维地质图。

12、优选的，步骤2中，针对原状土样，采用烘干法测试土样的天然含水率，结合环刀法获取土样的天然干密度；

13、针对扰动土样，采用标准击实试验，获取扰动土样的最大干密度和最优含水率；

14、在保持扰动土样的天然含水率下，获取扰动土样在标准击实功下的干密度。

15、优选的，挖方区第i土层料源土的填挖比ki计算方法如下：

16、

17、式中，ρijdmax：挖方区第i土层、第j取样点处料源土的扰动土样采用标准击实试验获取的最大干密度；

18、ρijd0：挖方区第i土层、第j取样点处料源土的原状土样采用环刀法和烘干法获取的天然干密度；

19、ρijd：挖方区第i土层、第j取样点处料源土的扰动土样保持天然含水率，在标准击实功下获取的干密度；

20、λij：挖方区第i土层、第j取样点处料源土经击实达到ρijd时的压实系数；

21、mij：挖方区第i土层、第j取样点处料源土开挖前的天然质量；

22、kij：挖方区第i土层、第j取样点处料源土的填挖比；

23、vij压实：挖方区第i土层、第j取样点处，天然质量为mij的料源土采用标准击实功击实后的体积；

24、vij天然：挖方区第i土层、第j取样点处，天然质量为mij的料源土开挖前的体积；

25、wij0：挖方区第i土层、第j取样点处料源土的天然含水率，原状土样和扰动土样连续取样，故二者的天然含水率相同；

26、j：挖方区第i土层取样点编号，j＝1，2，3……u；

27、u：挖方区第i土层取样点的数量。

28、优选的，步骤3中，挖方区料源土的综合填挖比为挖方区场平标高以上各土层的料源土填挖比按各土层开挖前土方量的加权平均值，计算方法如下：

29、

30、式中，挖方区料源土的综合填挖比；

31、ki：挖方区第i土层料源土的填挖比，即第i土层料源土经填筑压实后的体积与其开挖前天然体积的比值；

32、ci：挖方区第i土层料源土开挖前的土方量占各土层料源土开挖前总土方量的比例；

33、vi天然：挖方区第i土层料源土开挖前的土方量；

34、i：挖方区开挖土层的编号，i＝1，2，3……n；

35、n：挖方区开挖土层的总数量。

36、优选的，步骤3中，挖方区第f方格网、第p角点处第i土层的顶面高程设定为第i土层的止算高程；当方格网范围内第i土层底面高程位于场平标高以上时，设定第i土层的底面高程为起算高程hfp底；当方格网范围内第i土层底面高程位于场平标高以下时，设定场平标高为起算高程hfp底；根据三维地质图确定挖方区第f方格网、第p角点处第i土层的顶面高程和底面高程；挖方区第i土层料源土开挖前的土方量vi天然采用方网格法计算，具体确定方法如下：

37、

38、式中，vif天然：挖方区第i土层、第f方格网的土方量；

39、f：方格网编号，f＝1，2，3……m；

40、p：方格网角点编号，p＝1，2，3，4；

41、m：挖方区划分的方格网数量；

42、l：方格网相邻角点间距；

43、hfp顶：挖方区第f方格网、第p角点处第i土层的止算高程；

44、hfp底：挖方区第f方格网、第p角点处第i土层的起算高程。

45、优选的，步骤4中，挖方区料源土的总挖方量v天然根据填方区的总填方量v压实和挖方区料源土的综合填挖比确定，方法如下：

46、

47、式中，v天然：挖方区料源土的总挖方量；

48、v压实：填方区的总填方量，根据填方区地形测量资料、场平标高，由方格网法、断面法等土方量计算方法确定。

49、优选的，步骤4中，土方挖填平衡施工包括挖方区土方开挖施工和填方区填筑施工；

50、其中，挖方区土方开挖施工时，对挖方区山体采取自上而下分层开挖，直至开挖到场平标高，第i土层的开挖土方量占总开挖土方量的比例与第i土层料源土开挖前的土方量占各土层料源土开挖前总土方量的比例ci一致；

51、填方区土方填筑施工时，采用强夯法或分层碾压法对填土进行夯(压)处理，施工机械对单位体积料源土施加的夯(压)实功与室内标准击实试验中对单位体积料源土施加的击实功保持一致。

52、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

53、本发明实施过程简单合理，实现了挖填平衡条件下土方量的准确计算，便于合理的调配和利用土方资源，达到控制挖、填土方量，减少外运，避免重复运输，降低工程造价、提高施工效率的有益效果。

54、进一步的，结合丘陵沟壑区地形特点，先沿山脊、山腰、山脚设置勘探线，再沿勘探线布置勘探点，准确获取土层料源土的类型、性质、土层厚度及地层分界面高程等信息，各土层料源土的土方量计算更准确、合理。

55、进一步的，考虑场地料源土的土性差别和料源土的土方量权重占比，获得了挖方区料源土的综合填挖比，并基于挖方区料源土的综合填挖比和填方区总填方量确定总挖方量，挖填土方量的确定结果更为精确、合理。

56、进一步的，土方挖填平衡施工时，施工机械对单位体积料源土施加的夯(压)实功与室内标准击实试验中对单位体积料源土施加的击实功保持一致，既保证了填料的夯(压)实质量，又保证了挖填土方量计算值与实际值基本一致。