土石比例计算方法探讨

土石比例计算方法探讨

土石比例计算方法探讨

摘要：山区道路工程的典型特点是高填深挖，土石方工程量巨大。对于深挖路堑，机械开挖施工和爆破施工需协同应用。道路土石方计算中准确的给出土石方比例，对概算编制中土石方工程费用的准确估算，有着至关重要的作用。

关键字：道路挖方、土石比例、代数法、面积法、体积法

中图分类号：C35文献标识码： A

一、土石比例计算的目的及意义

对于山区道路而言，高填深挖、土石方工程量巨大是其典型特点，而对于路堑开挖段，如何精确的计算路堑可开挖土方数量、爆破石方数量，将直接影响工程投资。目前，国内关于道路、场地土方工程量的计算方法均较为成熟，比如横断面近似计算法、方格网计算法、局部分块计算法等，但国内尚无公认的土石比例的成熟计算方法。本文将着重讨论三种土石比例计算方法，并比较各方法的优劣，以此探寻符合工程实际、简单快捷、可操作性强的计算方法。

土石比例计算的目的：计算路堑开挖段可开挖的土方工程量、需爆破的石方工程量。

土石比例计算的意义：行之有效的土石比例计算方法，对于指导施工及编制工程预算有着重要的作用。

二、土石比例计算方法

1、代数法

在道路地质纵断面图上，找出处于挖方路堑段的所有勘探孔，统计出各孔可开挖土层厚度H1…..Hn，需爆破土层厚度h1….hn，则可开挖土方比例V土=∑Hn/(∑Hn+∑hn), V石=1-V土，n为挖方路段勘探孔数。

2、面积法

在道路地质纵断面图上，在挖方路堑段，分段量出开挖土方的面积S1……Sn，爆破石方面积s1…….sn，则可开挖土方比例V土=∑Sn/(∑Sn+∑sn)，V石=1-V土，n为道路挖方段分段数。

3、体积法

在道路地质纵断面土上，找出处于挖方路堑段的所有勘探孔，统计出各孔可开挖土层厚度H1…..Hn，应用道路设计软件，将H1…..Hn定义为换土层厚度，然后用软件计算出换土前的挖方量L总，再计算出换土后的挖方量L石，则V土=1-L石/ L总，V石=L石/ L总。

三、实例计算

以河南某地道路工程为例，该地为典型山岭重丘区，道路填挖均较大，土石方工程量巨大，经业主要求，我单位须给出该地正在施工所有道路的土石比例，以供参考。

道路一为该地进城主要道路，道路红线宽30m～60m，目前已施工完成并通车，现以其为例，采用三种方法计算其土石比例。

1、代数法

孔号 可挖土层厚度（m） 爆破石方厚度（m） 挖方总厚度（m）

1 1.5 11.3 12.8

2 1.4 4.5 5.9

3 1.9 8.8 10.7

4 2 11.6 13.6

5 1.5 13.7 15.2

6 1.4 14.3 15.7

合计 9.7 64.2 73.9

土石比例 13.1% 86.9%

通过代数法计算的土石比例为1.3:8.7。这里需要说明得是，因道路钻探间距较大，有可能钻探孔落在挖方段的只有1到2个，这种情况下，需要在道路地质纵断面图上，选取各路堑段典型断面量取可挖土层厚度和爆破石方厚度。

2、面积法

项目 可挖土层面积（m2） 爆破石方面积（m2） 挖方总面积（m2）

1 1901.9 796.1 2698

2 732.2 1594.2 2326.4

3 1993.8 12584.8 14578.6

合计 4627.9 14975.1 19603

土石比例 23.6% 76.4%

通过面积法计算的土石比例为2.4:7.6。

3、体积法

项目 可挖土层体积（m3） 爆破石方体积（m3）1 115768 568553 684321

土石比例 16.9% 83.1%

通过面积法计算的土石比例为1.7:8.3。

挖方总体积（m3）

根据施工单位反馈，该条道路土石比例接近1:9，考虑到施工单位在工程计量上的误差以及其他因素，该道路实际土石比例复核为1.5:8.5。

三、土石比例计算方法的比较

1、代数法

代数法计算结果比实际复核可挖土方所占比例上要低，如此可挖土方工程量将减小，而爆破石方工程量将显著增加，工程投资也随之增加，但代数法计算简单快捷，且与真实结果非常接近，实际使用价值高。代数法存在的问题是，选取的典型断面，将直接影响最终计算结果，从而出现误差。因此，采用代数法计算时，典型断面选取越准确，断面数越多，计算可能出现的离散性就越小，与真实值更接近。

2、面积法

面积法计算结果比实际复核可挖土方所占比例要高很多，如此可挖土方工程量增加，而爆破石方工程量将大幅减小，工程投资也随之降低，但面积法与真实结果相差较大，利用面积法计算的结果会导致工程预算不足，进而影响工程施工的进度。面积法误差较大的原因有两点：一是，道路钻探间距较大，一般为100m～150m，而道路地质纵断面图为根据各钻孔连接起来，两孔之间，可挖土层厚度与爆破石方厚度可能存在较大差异；二是，面积选取问题，道路设计线经过挖方段有可能出现只有可挖土方而无须爆破的情形，这种显然直接减少了爆破石方面积，可挖土方比例显然增加。当然如果路堑挖方各段均存在可挖土方与爆破石方，此时计算起来，精度将会大大提高，接近真实值，但同样土方所占比例会依然高于真实值。

3、体积法

体积法从理论上讲，应该是最接近真实值的，体积法的做法就是利用道路软件，将两个断面（一般每20m一个断面）之间的可挖土层全部清除，那么挖方段剩下的挖方量其实就是爆破石方量，而清除掉的土方就是可挖土方量。因道路工程师在进行土方计算时均需要制定换土层厚度，此法也极为简洁，计算结果也接近真实值。但仍然存在面积法出现的问题，计算结果比实际复核可挖土方所占比例要高。

四、土石比例计算方法的选取

通过以上比较，可以认为土石比例的真实值应在代数法计算结果与体积法计算结果之间，在实际应用时道路工程师可用体积法计算结果作为标准值，代数法计算结果作为校正值，选取土石比例取其区间值作为真实值。

五、保证土石比例计算真实的措施

1、代数法

代数法计算时应选取典型断面，典型断面是指路堑挖方段同时存在可挖土方和爆破石方的断面，对于路堑挖方段较短时，该段路堑可只选取1个断面，在该段挖方段长度较长时，应选取2个以上的典型断面。另外，有钻探孔位所在的挖方段，孔位所在的典型断面为必选断面。当然，由勘察单位提供的道路地质纵断面图，钻探间距越小，计算结果就越精确，更接近真实值。

2、体积法

体积法计算时，换土层厚度定义的准确性，直接影响最终计算结果，因此在各挖方段，可挖土层厚度变化较大时，应加密换土层厚度定义的分段，并且各段所定义的换土层厚度尽可能接近钻探孔位所示的厚度，这样计算结果才能接近真实值。当然，该法同样存在勘察精度的问题，由勘察单位提供的道路地质纵断面图，钻探间距越小，计算结果就越精确，更接近真实值。

六、土石比例的选取范围

根据以上结论，采用两种方法计算的该地各条道路土石比例如下：

道路序号 道路一 道路二 道路三 道路四 道路五 道路六 道路七 道路八 道路九 道路十

土石比例 1.5:8.5 1:9 1.5:8.5 2:8 3:7 2:8 2:8 3:7 1.5:8.5 1.5:8.5

通过上表可以看出，该地土石比例变化范围在3:7和1:9之间，如果不考虑其间的差异性，而方便该地进行土石方的分配与计算，该地其他待见道路挖方段土石比例可选用2:8来作为土石方计算的参考值，这样可以大大减小设计与施工中的差异性，减少工程麻烦，提高工程进度及质量。

该地的土石比例选取范围仅使用于当地的地质条件，其他地区选取可能存在较大差异性，应采用代数法和体积法在当地选取有代表性的路网，根据勘察单位提供的图纸与数据进行测算，再来选取适合当地的土石比例范围，方能进入应用阶段。

七、结束语

土石比例是业主单位及施工单位息息相关的数据，准确的计算及选取土石比例值，将为概算编制中土石方工程费用的准确估算，有着至关重要的作用，从而提高整个道路土石方工程的经济性。

参考文献

[1]、余翔、李正才.钻孔法计算土石方比例 [B] 天然气与石油 2010

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