第一章土方工程.docx

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第一章土方工程

第一章风景园林场地工程、

第一节

本章涉及地形设计中的基础知识，各类地形在风景园林中的作用，以及各类地形的表现形式。

阐述了地形设计的特点和设计方法，以及不同设计阶段地形设计的内容等问题。

在土方量计算中，重点论述了四种土方量计算方法所适用的地形类型和各种土方量计算方法。

土方施工的主要内容包括土壤工程性质、土方工程施工准备、挖土和回填土的工程措施及注意事项。

在风景园林建设中，挖湖掇山、绿化、给排水、园路等工程都离不开地面，因此风景园林工程的首要任务是风景园林建设场地的地形整理和改造，使该场地的地形满足造景与活动的需要，以及工程建设的要求。

场地工程是其他工程的基础，并将各风景园林要素联结成一个完整的环境。

地形处理可以创造丰富的地形景观，为其他景观要素提供一个良好的基础，还可以降低建设与管理的费用。

本章包括地形设计、土方工程量的计算和土方工程施工。

重点提示：

1、用等高线法设计各类园林地形；

2、不同园林地形适宜的土方计算方法；

3、土方施工图、土方计算图、土方调配图的绘制；

4、土壤工程性质与施工；

5、土方施工各环节的基本程序。

一、地形设计的基础知识

（一）概念

地貌是地面呈现出的各种高低起伏的状态，如山地、丘陵、山谷、盆地、平原；

地物是在地面上分布的固定性物体，如江河、建筑、树木、道路等；

地形是地貌和地物形状的总称，即地表以及地上分布的固定性物体共同呈现出的高低起伏状态。

因此，地形是风景园林建设组成的依托基础和底界面，是整个园林景观的骨架，是其他景观要素的基础。

地形图是指按照一定的测绘方法，用比例投影和专用符号，把地面上的地貌、地物测绘在纸平面上的图形。

地形设计是风景园林建设的一部分。

在充分利用原有地形的基础上，从景观的最佳欣赏效果和功能出发，对园林的地形、建筑、广场、绿地等进行综合设计，使风景园林场地与其四周环境、风景园林内部各组成要素之间，在平面和高度撒谎共有核实的关系，在工程上经济合理，形成风景园林新的骨架，是地形规划设计的核心所在。

竖向设计是指在一块场地上进行垂直于水平方向的布置和处理。

这类平面、立面上的地形规划设计，一般在总体规划阶段称“地形规划设计”，在详细规划阶段称“竖向设计”，在修建设计阶段称“标高设计”。

在风景园林总体规划设计阶段称“地形设计”。

坡度是地形图上任意两点间的高差与其两点间的水平距离的比值，用i表示，其数值称坡度值，可用比值或百分比表示。

坡度是在地形设计、竖向设计及土方量计算时常用到的一个非常重要的概念。

（二）地形在风景园林中的作用

地形在园林中的作用是多方面的，在风景园林规划设计中，最基本的作用可分为六个方面：

骨架作用、空间作用、造景作用、背景作用、观景作用和工程作用。

1.骨架作用

地形是所有风景园林与设计的载体，它为所有景观与设施提供了赖以存在的地面。

地形被认为是构成任何风景园林的基本结构骨架，是其他设计要素和使用功能布局的基础。

2.空间作用

地形具有构成不同形状、不同特点景观空间的作用。

景观空间的形成受地形要素的直接制约。

地块的平面形状任何，景观空间在水平方向撒谎过的形状也就如何。

地块在竖向上有什么变化，空间的立面形式也发生相应的变化。

地形能影响人们对户外空间范围和气氛的感受。

要形成好的景观，就必须处理好由地形要素组成的景观空间的几种界面，即水平界面、垂直界面和依坡就势的斜界面。

3.造景作用

山地、坡地、平原与水面等地形类别，都有自身独特的易于识别的特征。

在地形处理中，应该充分利用具有不同美学表现的地形地貌，形成有分有合、有起有伏、千姿百态的峰、峦、岭、谷、崖、壁、洞、窟、湖、池、溪、涧、堤、岛、草原、田野等不同格调的地形景观。

4.背景作用

各种地形要素都有可能相互成为背景。

如风景园林中的山体，就可以作为湖面、草坪、风景林、风景建筑以及雕塑、花园广场等的共同背景；而湖面可以作为湖边或岛上建筑、孤植风景树的基面；覆盖着草坪的地面，能够为草坪上的雕塑、风景树丛等提供基面。

以上都说明地形的背景作用是多方面的。

5.观景作用

地形还为人们提供观景的未知和条件。

在坡地、山顶能让人登高望远，观赏辽阔无边的原野，体验“一览众山小”的感觉；草地、广场、湖池等平坦地形，可以使景观立面集中地显露出来，让人们直接观赏到景观整体的艺术形象。

6.工程作用

地形因素在风景园林的给排水工程、绿化工程、环境生态工程和建筑工程中都起着重要的作用。

由于地表的径流量、径流方向和径流速度都与地形有关，因而地形过于平坦就不利于排水，易导致积水。

而当地形坡度太大时，径流量就比较大，径流速度也太快，从而易引起地面冲刷和水土流失。

因此，创造一定的地形起伏，合理安排地形的分水线和汇水线，使地形具有较好的自然排水条件，是充分发挥地形排水工程作用的有效措施。

地形条件对绿化工程的影响很大，根据适地适树的原则，只有丰富的地形才适宜各种植物生长，创造出丰富多彩的植被景观。

地形还影响光照、风向以及降雨量等，也就是说，地形能改善局部地区的小气候条件。

（三）地形的表现方式

为了能有效地在风景园林设计中使用地形，应该对地形的表达方法有一个清除的了解。

常用来描绘和计算地形的方法有:

等高线法（含点标高）、明暗度和色彩法、蓑状线法、数字法、模型法以及计算机图解法等，以下着重介绍等高线法。

等高线法：

此法在园林设计中使用最多,一般地形测绘图都是用等高线或点标高表示的。

在绘有原地形等高线的底图上用设计等高线进行地形改造或创作,在同一张图纸上便可表达原有地形、设计地形状况及公园的平面布置、各部分的高程关系。

这大大方便了设计过程中进行方案比较及修改,也便于进一步的土方计算工作,因此,它是一种比较好的设计方法。

最适宜于自然山水园的土方计算。

应用等高线进行公园的竖向设计时,首先应了解等高线的基本性质。

1.等高线的定义

等高线就是地表相邻等高点连接而成的曲线，即水平面与地表面相交的交线。

就好比将物体放在水中，如果每次将水面按5cm的高度增加，那么，水面在物体表面就会留下一系列闭合曲线。

这些线条是物体与水平面的交线，同一线条上的高度相等，而且相邻线条之间的距离相同，将这些线条的平面投影画出来，就是这一物体的等高线。

见图1-1。

可见，等高线是一种象征地形的假想线，因此，在实际风景园林中不宜直观看见。

一个池塘的边线、湖岸线是形成天然等高线的最佳例子，一条单一的、闭合的等高线可以描绘水平面或水平的表面，要描绘一个三维物体的表面，就需要多条等高线，及等高线图。

图1-1-2等高线的概念

2.等高线性质

（1）同一等高线上的各点标高都是相等的。

（2）相邻等高线之间的高差都是相等的。

（3）每一条等高线都是闭合的。

由于园界或图框的限制,在图纸上不一定每根等高线都能闭合,但实际上它们还是闭合的.为了便于理解，我们假设园基地被沿园界或图框垂直下切,形成一个地块,见图1-1-3。

由图上可以看到没有在图面上闭合的等高线都沿着被切割面闭合了。

图1-1-3等高线的闭合

（4）等高线一般不相交或重叠,只有在悬崖处等高线才可能出现相交情况。

在某些垂直于地平面的峭壁、地坎或挡土墙驳岸处等高线才会重合在一起。

（5）最陡的斜坡和等高线垂直，雨水总是沿着垂直与等高线的方向流动。

（6）等高线的水平间距的大小,表示地形的缓或陡。

如疏则缓,密则陡。

等高线的间距相等,表示该坡面的角度相同,如果该组等高线平直,则表示该地形是一处平整过的同一坡度的斜坡。

（7）等高线在图纸上不能直穿横过河谷、堤岸和道路等；由于以上地形单元或构筑物在高程上高出或低陷于周围地面,所以等高线在接近低于地面的河谷时转向上游延伸,而后穿越河床,再向下游走出河谷；如遇高于地面的堤岸或路堤时等高线则转向下方,横过堤顶再转向上方而后走向另一侧，见图1-1-4.                 

图1-1-4用等高线表示山涧

3.常见地形的特点及等高线的表示形式

（1）山脊。

山脊的景观面丰富，空间为外向型，便于向四周展望，脊线为坡面的分界线。

山脊的独特之处在于它的导向性和动态感，沿山脊线有许多视野供给点，所有山脊终点景观的视野效果最佳，是理想的建筑点。

从功能角度而言，位于山脊线或平行与山脊线设置道路，利于排除雨水，便于行驶。

因此，在规划中，道路、停车场、建筑均可沿山脊线布置（图1-4）。

表示山脊的等高线是一组V形等高线，其底部等高线高程低（图1-5）。

（2）山谷。

山谷的景观面狭窄，呈带状内向型空间，有一定神秘性和诱导期待感，在风景园林中是一个低地，与山脊的形似点是：

也呈线状，具有方向性。

但是，沿山谷走向不适宜安排道路，可做理水工程。

表示山谷的等高线也是一组V形等高线，不同的是其底部等高线高程高。

山谷的等高线比山脊的等高线更尖一些，这是由于风化过程造成的（图1-5）。

（3）山丘、山峦、山峰、丘陵等。

这些地形具有同方位的景观角度，空间外向型强，顶部控制性强，是最具抗拒重力而代表权利和力量的因素，常在风景园林中作为焦点物或具有支配地位的建筑物的布置点。

表示山丘等地形的等高线是一组环形同心圆等高线，围绕所在地面的制高点布置（图1-6）。

（4）盆地。

盆地在风景园林中属于内向、封闭型的地形，给人一种封闭感、隔离感，静态空间，闹中取静，香味不易被吹散。

处于该控件中任何人的注意力都集中在其中心或底层，因此它成为理想的表演舞台的布置区，但应注意，其总体排水有困难，需保证有一个方向的排水，设置明沟或地下管道排除雨水，也可布置为一个湖泊或水池。

表示盆地的等高线也是一组环形同心圆，不同的是等高线围绕所在地面的最低点布置（图1-6）。

（5）山坡。

山坡是山体构成的主要地形，地形、地貌和坡面坡度的变化把景观划分成容易理解的单元，建立了比例感和次序感（图1-7）。

山坡形成凹面时，上升的坡面显得更加优美；山坡形成凸面时，高度感加强。

在设计时，可根据设计意图选择山坡面的形式，如舒缓山道边的山坡可选择凹面，在有限的场地设计山体，凸面山坡更能让人体验山的高度。

表示山坡的等高线需使用两条或更多条。

等高线密集表示此处地面坡度大，等高线间距大表示地面坡度小。

就同一坡面来看，凹面山坡的等高线下部间距大；上部等高线密集，间距小。

凸面山坡的等高线下部密集，间距小，上部的等高线间距大（图1-8）。

4.等高线地形图

在使用等高线图或用等高线进行地形设计时，首先必须确定等高差。

地形图常用0.25、0.5、1、2、5m等高差。

等高差的大小根据地形图的用途、图纸比例尺及地形起伏情况而定。

等高线以适合设计图的目的、画在图上疏密适宜为原则。

风景园林中地形图常用0.2、0.5、1、5m等高差，场地、道路的等高差为0.1-0.5m，自然地形的等高差为0.25~0.5~1.0m。

等高线的等高差要取整数。

图纸比例的大小对地形图精确度有极大的影响，小比例的图纸，其精确度就远不如大比例的图纸。

在地形设计时，选择适当比例的地形图非常重要。

地形图以能准确表达地形设计意图及满足土方工程量计算要求为原则。

二、地形设计的内容

（一）地形设计的任务

1.创造景观

2.组织空间

3.为风景园林建筑提供基址

4.排除雨水

5.满足植物生长需求

6.改善小气候

7.土方平衡

8.内外衔接

（二）地形设计的原理

1.利用为主，适当改造

2.统筹兼顾，满足功能

3.因地制宜，顺应自然

4.就地取材，就近施工

5.填挖结合，土方平衡

（三）地形类型与地形设计

1.平地及其造景设计

所谓平地，一般指地形中坡度小于3%的比较平坦的用地。

平地的等高线形式由其坡度值与坡向决定。

2.坡地及其造景设计

坡地就是倾斜的地面，坡地使景观空间具有方向性和倾向性，它打破了平地地形的单调感，使地形具有明显的起伏变化，增加了地形的生动性。

（1）缓坡地。

坡度在3%~10%之间，一般布置道路和建筑均不受地形约束。

根据地形的不同功能和地形竖向变化，地形可分陆地和水体两类。

（2）中坡地。

坡度在10%~25%之间、高度差异在2~3m之间。

（3）中坡地。

坡度在25%以上的坡地即为陡坡地。

陡坡地一般难于用作活动场地或水体造景用地。

3.山地及其造景设计

园林中山的类型根据其功能主要分为以下三种：

（1）主景山

（2）配景山

（3）障景山

根据山的形成又可分为天然山和人工山两种。

在山地地形设计中常采用的两种方法：

（1）将人工山与天然山相互配合，使之成为一个整体。

（2）以自然山体为蓝本，充分运用具有不同美学内涵的地貌环境，形成有合有分、起伏连绵的峰、岭、峦、谷、壁、崖、涧、草原等景观风光的地形。

4.水体及其造景设计

水体是风景园林的重要地形要素和造景要素。

风景园林中常以水为题，因水得景，充分利用水的流动、多变、透明、轻灵等特性，艺术地再现自然景色。

分类：

按照景观的动静状态：

动态水景与静态水景

按照设计形式：

自然式水景和规则式水景

三、地形设计的方法

地形设计的方法主要有高程箭头法、设计等高线法、断面法，地形设计通常称为竖向设计

（一）高程箭头法

优点：

对地面坡向变化情况的表达比较直观，容易理解；设计工作量较小，图纸易于修改和变动，绘制图纸的过程比较快。

缺点：

对地形竖向变化的表达比较粗略，在确定标高的时候要有综合处理竖向关系的工作经验。

（二）设计等高线法

最适宜自然山水园的竖向设计及土方计算。

1.设计等高线

2.坡度公式和插入法用设计等高线法进行竖向设计时，经常用坡度公式和插入法。

3.用设计等高线进行竖向设计

（1）坡度陡缓变化的设计。

（2）平整场地等高线的计算和绘制。

（3）道路、水渠等高线的计算和绘制。

（三）断面法

断面法是用许多断面表示原有地形和设计地形的方法，此法便于计算土方量。

优点：

对规划设计地点的自然地形有一个立体的形象概念，容易着手考虑对地形的整理和改造。

四、地形设计的阶段划分

风景园林竖向设计各阶段和风景园林平面规划设计阶段是完全相呼应，在确定风景园林中各个组成部分的平面位置时，要考虑它们之间的竖向关系，使之成为有机整体。

（一）准备工作阶段

1.资料收集

2.现场踏勘与调研

（二）初步设计阶段

（三）技术设计阶段

（四）施工设计阶段

（1）施工地区的等高线设计图

（2）土方工程施工图

（3）绘出园路、广场、堆山、挖湖等土方项目的施工断面图，直接反映标高变化和设计意图，以方便施工。

（4）编制出正式的土方量计算表

（5）土方工程预算表

（6）说明书

第二节土方工程量的计算

土方量计算一般是在原地形图上进行竖向设计，形成设计地形图，再根据原等高线和设计等高线进行土方工程量的计算。

方法：

体积公式估算法、断面法、等高线法、方格网法。

一、体积公式估算法

在风景园林建设过程中，不管是原地形，还是设计地形，经常会碰到一些类似锥体、棱台等几何形体的地形单元，这些地形单体的体积可用相近的几何体体积公式来计算。

此法简便，但精度较差，多用于估算。

二、断面法

用多个断面表示原有地形和设计地形的方法。

此法适用带状地形（如渠／沟／堤坝等），便于计算土方量。

应用断面法设计园林用地,首先要有较精确的地形图。

断面的取法可以沿所选定的轴线设计地段的横断面,断面间距视所要求精度而定,见图1-1-12;

图1-1-12断面法

图1-1-13断面法绘制的某场地的竖向设计图

也可以在地形图上绘制方格网,方格边长可依设计精度确定,设计方法是在每一方格角点上,求出原地形标高,再根据设计意图求取该点的设计标高。

各角点的原地形标高和设计标高进行比较,求得各点的施工标高,依据施工标高沿方格网的边线绘制出断面图,沿方格网长轴方向绘制的断面图叫纵断面图:

沿其短轴方向绘制的断面图叫横断面图。

见图1-1-13

优点：

从断面图上可了解各方格点上原地形标高和设计标高，便于土方计算，方便施工

缺点：

不能一目了然显示出地形变化的趋势和地貌细节，设计时需要进行调整时，几乎需要重新设计和计算，麻烦，适用局部的竖向设计

计算方法见下节

三、等高面法

1.用设计等高线进行设计时,经常要用到两个公式：

插入法用于求两相邻等高线之间任意点高程。

设等高差为h；等高线a-a的高程为Ha；等高线b-b的高程为HB；相邻等高线之间某点高程为HX；某点到低边等高线的距离为X；相邻等高线之间最小距离为L。

图1-1-5插入法求任意点高程

坡度公式用于求等高线外任意点高程。

I=h/L

式中I---坡度（％）;h---高差（m）;L---水平间距（m）

2.设计等高线在设计中的具体应用：

（1）陡坡变缓披或缓坡改陡坡等高线间距的疏密表示着地形的陡缓。

在设计时,如果高差h不变,可用改变等高线间距L表减缓或增加地形的坡度。

如图1-1-6（a）是缩短等高线间距使地形坡度变陡的例子。

图中L>L’,由公式i=h/L知,I’>i,所以坡度变陡了。

反之,L

图1-1-6调节等高线的水平距离改变地形坡度 

（2）平垫沟谷在园林建设过程中,有些沟谷地段须垫平。

平垫这类场地的设计，可以用平直的设计等高线和拟平垫部分的同值等连接。

其连接点就是不挖不填的点,也叫“零点”；这些相邻点的联线，叫做“零点线”，也就是垫土的范围。

如果平垫工程不须按某一指定坡度进行,则设计时只须将拟平垫的范围,在图上大致框出,再以平直的同值等高线连接原地形等高线即可。

如要将沟谷部分依指定的坡度平整成场地时.则所设计的设计等高线应互相平行,间距相等。

见图1-1-7       

a.竖向设计图

b.透视图

图1-1-7平垫沟谷的等高线设计 

（3）削平山脊将山脊铲平的设计方法和平垫沟谷的方法相同,只是设计等高线所切割的原地形等高线方向正好相反。

见图图1-1-8。

a.竖向设计图

b.透视图 

图1-1-8削平山脊的等高线设计

沿南北向的两面坡

等高线向下走，地形上升

（4）平整场地园林中的场地包括铺装的广场,建筑地坪及各种文体活动场地和较平缓的种植地段，如草坪，较宽的种植带等。

非铺装场地对坡度要求不那么严格,目的是垫洼平凸,将坡度理顺，而地表坡度则任其自然起伏，排水通畅即可。

见图1-2-9。

铺装地面的坡度则要求严格,各种场地因其使用功能不同对坡度的要求也各异。

通常为了排水,最小坡度>0.5%,一般集散广场坡度在1%一7%,足球场3‰-4‰,蓝球场2%-5%,排球场2%一5%,这类场地的排水坡度可以是沿长轴的两面坡或沿横轴的两面坡,也可以设计成四面坡、环行坡，这取决于周围环境条件。

一般,铺装场地都采取规则的坡面（即同一坡度的坡面）,见图1-1-9。

图1-1-9平整场地的等高线设计

（5）园路设计等高线的计算和绘制园路的平面位置,纵、横坡度，折点的位置及标高经设计确定后,便可按坡度公式确定设计等高线在图面上的位置、间距等,并处理好与周围地形的竖向关系。

道路设计等高线的绘制方法,如图1-1-10（a），图1-1-10（b）是用设计等高线绘制的一段山道。

图1-1-10（a）街道等高线设计

图1-1-10（b）山道等高线设计

等高线向下走，地形上升，向上走，地形下降，

等高线垂直——道牙

道路两边有水沟，道路沿山脊线走

（不讲）图中△H---路牙高度（m）i1---道路纵坡（%）

i2---道路横坡（%）i3---人行道横坡（m）

L1---人行道宽度（m）

L2---道路中线至路牙的宽度（m）

依据道路所设定的纵、横坡度及坡向、道路宽度、路拱形状及路牙高度、排水要求等，用坡度公式求取设计等高线的位置。

设a点地面的标高为Ha，Ha也是该点的设计标高，求与Ha同值的设计等高线在道路和人行道上的位置。

①求b点设计标高Hb      Hb=Ha-i3×L1（m）

②求与Ha同值的设计等高线在人行道与路牙接合处的位置c,c距b为Lbc（m）  

                 Lbc=i3/i1×L1（m）

③求与Ha同值设计等高线在道路边沟上位置d,d、c两点间相距Lcd（m）

Lcd=〔Ha-（Hc-△H）〕/i1（m）   Ha=Hc     Lcd=△H/I1（m）

④求与Ha同值设计等高线在路拱拱脊上的位置f。

先过d点作一直线使垂直于道路中线（即路拱拱脊线）得e,e点标高为

He=Ha+i2×L2（m）

     则Ha在拱脊上的位置f1为距e点距离Hef

         Hef=（He-Ha）/i1=（Ha+i2×L2-Ha）/i1=i2/i1×L2（m）

同法可依次求得g、h、i各点的位置;连接ahdf,fg及hi便是所求Ha设计等高线在图上的位置,ed与gh线因与路牙线重合,不必绘出。

相邻设计等高线的位置,依据其等高差值,同法可求出。

如该段道路（含人行道）平直,宽度及纵横坡度不变,则其设计等高线将互相平行,间距相等。

反之,道路设计等高线也会因道路转弯、坡度起伏等变化而相应变化。

图1-1-10（a）街道等高线设计

四、方格网法

1.作方格控制网

2.求平整标高

3.确定H0的位置

4.求施工标高

5.求零点线

6.土方计算

7.绘制土方平衡表及土方调配图

第三节土方工程施工

土方工程在景观建设工程中占有重要地位，景观场地的设计地形必然要依靠动土方来完成。

土方工程的投资和工程量一般都占总建设工程的较大比例，大的土方工程施工期也较长。

土方工程施工主要包括挖土、填土两大类工程。

一、土方工程的施工准备

1.研究和审查图纸

2.查勘施工现场

3.编制施工方案

4.平整施工场地

5.处理现场障碍物

6.做好排水设施

（1）排除地面积水

（2）排除地下水

7.设置测量控制网

（1）平整地形的放线

（2）自然地形的放线

8.修建临时设施及道路

9.准备机具、物资及人员

二、挖土工程

（一）施工方法的选择

1.人工挖土

2.机械挖土

（二）操作工艺

1.确定开挖的坡度

2.确定开挖顺序、路线及开挖深度

（1）人工开挖

（2）机械开挖

3.修帮和清底

（三）成品保护

（四）应注意的质量问题

三、回填土工程

（一）施工方法的选择

1.人工回填

2.机械回填

（二）操作工艺

1.基底地坪的清理

2.检验土质

3.分层铺土、碾压密实

（1）人工回填

（2）机械回填

4.修整找平

（三）成品保护

（四）应注意的质量问题

四、土壤的工程性质

1.土壤容重

2.土壤自然倾斜角（安息角）

3.土壤含水量

4.土壤相对密实度

5.土壤可松性

五、土方工程机械的选用

当场地和基坑面积和土方量较大时，为节约劳力，降低劳动强度，加快工程建设速度，一般多采用机械化开挖方式，并采用先进的作业方法。

1.推土机

2.铲运机

3.正铲挖掘机

4.反铲挖掘机

5.拉铲挖掘机

6.抓铲挖掘机

7.装载机

六、土方工程特殊问题的处理

（一）滑坡与塌方的处理

产生滑坡与塌方的因素是十分复杂的，归纳起来可分为内部条件和外部条件两方面。

（二）冲沟、土洞、古河道及古湖泊处理

1.冲沟处理

2.土洞处理

3.故河道、古湖泊处理

（三）橡皮土处理

（四）流沙处理

（五）表土处理

1.表土的采取和复原

2.表土的临时堆放