第一章 土方工程.docx
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第一章土方工程
第一章土方工程
竖向设计
概述
地形是园林设计的要素之一，是组景及构景的主导因素。
园林中的其他要素（水体；植物）及外加在景观中的其他要素（风、雨、霜、阳光等）都与地面相接触、相关连；地形还作道路的基础。
并具有排除雨水的功能。
所有要素的功能发挥和景观效果都依艘于地形骨形可以决定园林的风格和形式。
中国园林祟尚自然，历来都把对比强烈、复杂多变的地形要表现形式，多呈典剧的自然山水园林风格。
园林用地的竖向设计就是根据地形现状以及设计的主题和布局的需要，对原地形进；的利用和改造，使园林中各个景点、设施及地貌在高程[：
如何创造高低变化和协调统一的园林用地的竖向设计是园林总体设计的主要内容，二者互相影响，—般要同步进行。
—、竖向设计的作用
1．骨架作用
地形是构成任何景观的基本骨架，是其他设计要素和使用功能的基础。
作为园林的结构骨架，地形是园林基本景观的决定因素。
2．空间作用
地形具有构成不同形状、不同特点园林空间的作用。
园林空间的形成，是由地形因素约着的。
地块的平面形状如何，园林空间在水平方向上的形状也就如何。
地块在竖向上变化，空间的立面形式也就会发生相应的变化。
在狭长地块上形成的空间必定是狭长空恒坦宽阔的地形上的空间必定是开阔空间，而山谷地形中的空间则必定是闭合空间，这些都形对园林空间的形成也有决定作用。
3造景作用
地形改造在很大程度上决定园林风景面貌。
改造和设计依据的模式是自然界中的山水风光斯遵循的是自然山水地形、地貌形成的规律。
但是，这并不等于机械地模仿照搬，而应该进行加工、提炼、概括，量大限度地利用白然地形，最少量地动用土石方．在有限的园林用地内获得最好的地形景观。
4．工程作用
地形因素在园林的给排水工程，绿化工程、环境生态工程和建筑工程中部起着重要的作用。
干地表面的径流量、径流方向和径流速度都与地形有关，因而地形过于平坦时就不利于排水，容易积涝。
而当地形坡度太陡时，径流量就比较大，径流遭度快，易引起地面被冲刷和水土流失。
因此，创造一定的地形起伏，合理安排地形的水量和汇水线，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；地形条件对园林绿化工程的影响作用，在山地造林、湿地植树、坡面种草和一般植物生长等方面，有明显的丧现。
同时，地形因赢对园林管线工程的布置、施工以及建筑、道路的基础施工都存在有利或不利的影响和作用。
二、竖向设计的原则
竖向设计是直接塑造园林立面形象的重要工作，其设计质量的好坏，所定各项技术经济指标的高低，设计的艺术水平如何，都将对阅林建设的全局造成影响。
因此，在设计中要遵循以下原则。
1．功能优先，造景并重
进行园林地形设计时。
首先要考虑使园林地形的起伏高低变化能够适应各种功能设施的需要，对建筑、场地的用地，要设计为平地地形；对园路用地，则依山随势，灵活掌握，要控制好量大纵坡、最小排水坡度等关键的地形要素。
在此基础上，同时要注重地形的造最作用，尽量使地形变化适合造景需要。
2．利用为主，改造为辅
对原有的自然地形、地势、地貌要深入研究分析，能够利用的就尽量利用；做到尽量不动或少动原有地形与现状植被，以便更好地体现原有乡土风貌和地力环境特色。
在结合园林各种设施的功能需要、工程投资和景观要求等多方面综合因素的基础上．采取必要的措施，进行局部改造。
3．因地制宜，顺应自然
造园因地制宜，平地处不要设计为坡地．不宜种植处也不要设计为林地。
地形设计要顺应自然．自成天趣。
景物的安排、空间的处理、意境的表达都要力求依山就势，高低起伏，前后错落，琉密有致，灵活自由。
就低挖池，就高堆山，使园林地形合乎自然山水规律。
同时，要使园林建筑与自然地形紧密结合，诨然一体，仿佛天然生就。
4．就地取材，降低成本
园林地形改造工程是造园经费开支比较大的项目。
就地取材是园林地形改造工程最为经济的做法。
自然植被的直接利用、建筑用石材、河沙等的就地取用，都能够节约大量的经费开支。
因此，地形设汁要优先考虑使用白有的天然材料和本地生产的材料。
5．填挖结合，土方平衡
在地形设计中，要考虑地形改造中的挖方工程量和填方工程量基本相等，也就是要使土方平衡．当挖方量大于填方量较多时．也要坚持就地平衡，在园林内部进行堆填处理，尽量做到不外运或少外运。
当挖方量小于应有的填方量时．也还是坚持就近取土，就近填方。
三、竖向设计的内容
1．地形竖向设计
地形设计是竖向设计的一项主要内容，以总体设计为依据，合理确定地表起伏变化的形态，如峰、峦、坡、谷、河、湖、泉、瀑等地貌的设置，以及它们之间的相对位置、形状，大小、比例、高程关系等都要通过地形没计来解决。
一般山体的坡度不宜超过土壤的自然安息角，以便充分利用土壤自身的稳定性，节省投资，水体竖向设计的主要内容是确定水体的水位，解决水的怔洱与排故田题。
理水是地形设计的主要内容，尽可能利用原有地形的高低起伏，因势利导，配合运用商-桥、汀步、曲桥、堤、岛，半岛、石矶等园林理水手法，用工程措施来创造风景园林艺术空间。
3．园路竖向设计
园路竖向设计主要是确定遭路（或广场）的纵向坡度及变坡点高程，以满足其功能要求。
在寒冷地区，冬季冰冻、多积雪，为安全起见，坡度不易过大。
4．建筑设计及小品竖向设计
地形设计中，对于建筑及其小品应标明其地坪与周围环境的高程关系，并保证排水通畅。
5．排水设计
在地形设计的同时，要充分考虑地面水的排腺。
合理划分汇水区域，正确确定径流走向。
一般不准出现积留雨水的洼地。
一般规定，无铺装地面的景小排水坡度为1％；铺装地面的最小排水坡度为0.5％这只是参考限值，具体排水坡度要根据土壤的性质、汇水区大小、植被情况等因素综合而定。
6．植物种植在高程上的要求
在进行竖向设计时不仅要考虑各种景观设置的要求，而且应充分考虑为不同的植物生长创造不同的生恬环境条件。
植物种类不同，其生活习性不同。
有的生长在高处，有的生长在底处；有的耐水湿、有的耐干早．如雪松、马尾松、栾树等，当地下／欠且溃部分根系时．即会枯萎；水生植物，不同种类对水深有不同要求，有湿生、沼生、水生等多种巾n荷花适宜生活于0.5—1.0m深的水中，过深或过挂均会影响其正常生长。
因此，在地形设计时应为不同植物创造不同的环境条件。
在地形的利用和改造过程中，对原址上有保留价值的名木古树，其周围地面的标高及保护范围，应在图纸上加以标明。
7．管道综合
园内要布置各种管道，如给水、排水、煤气、供暖、电力、通信管道等，难免有些地方会出现交叉，由于这些管道的性能和用途不同，就要综合解决这些管线在平面和空间的相互关系，统筹安排各种管道交会时合理的高程，以及它们和地面上的构筑物或园内植物的关系。
四、竖向设计的方法
竖向设计的方法有多种，如等高线法、断面法、模型法及计算机绘图表示法等，晕常用的方法是等高线法。
（一）等高线法
等高线法在园林设计中使用最多，一般地形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的方案比较及修改，也便于进一步的土方量计算工作，因此，等高线法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。
用设计等高线进行设计时，经常要用到两个公式；
一是插人法求两相邻等高线之间任意点高程的公式：
Hx=Ha±xH/L
式中：
Hx——欲求任意点高程：
Ho——位于底边等高线的高程；
X——该点距底边等高线的距离；
H——等高距；
L——过该点的相邻等高线间的最小距离。
用插入法求某点原地面高程，通常会遇到三种情况（图l—1）：
图l—1
（3）待求点标高Hx在两等高线之间。
Hx=Ha＋xH/L
（3）待求点标高Hx在底边等高线的下方。
Hx=Ha－xH/L
（3）待求点标高Hx在高边等高线的上方。
Hx=Ha＋xH/L
二是坡度公式：
I=H／L
式中：
I——坡度，％；
H——高差，m；
L——水平间距旧。
下面是用等高线法进行竖向设计的应用：
L陡坡变理坡或缓坡改陡坡
等高线间距的疏密表示着地形的陡缓。
在设计时，如果高差不变，可用改变等高线间距来减缓或增加地形的坡度。
一般等高线间距越小，表示坡度越大；等高线间距离大，表示坡度越小。
2．平垫沟谷
在园林建设过程中，有些沟谷地段须垫平。
垫平这类场地的设计，可以用平直的设计等高线和拟一垫平部分的同值等高线连接，其连接点就是不挖不填的点，也叫“零点”。
这些相邻点的连线，叫做“零点线”，也就是垫土的范围。
如果平垫工程无需按某一指定坡度进行，则设计时只需将平垫的范围，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，则所设计的等高线应互相平行，间距相等。
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。
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。
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，最小坡度大于5％，一般集散广场坡度在1％～7％，足球场地3％～4％，篮球场2％～5％，排球场2％～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，这取决于周围的环境条件。
一般铺装场地都采取规则的坡面（即同一坡度的坡面）。
5，道路的设计等高线
设计等高线以道路为典型，等高线诸特点在道路上也最能体现，如图l—2所示。
从图l—2中也可以看出等高线的其他含义：
如当道路的纵坡不变（图中均为3．3％）而横坡不同（如图中2.5%；6％；草坪为1.5％）时，等高线的密度也不同。
这也说明，在同一坡面上，不同方向的坡度值是不同的，但通常意义仁的一个坡度是指其最大坡度，即沿垂直于坡面上等高线方向的坡度值。
“纵”、“横”坡度值则随人为的指向而有所变化。
实际上，多数道路的路拱为曲线，路面上的等高线也为曲线（而非直线或折线）。
曲线等高线应按实际勾画。
同时，道路设计等高线也会随着道路转弯、变坡、交叉等情形而相应变化。
（二）断面法
断面法即用许多断面表达设计地形以及原有地形状况的方法。
断面田衷示F地形按比例在纵向和横向的变化。
此种方法可以表达地面的实际形象轮廓，使视觉形象更明了。
同时，也可以说明地形上地物的相对位置和室内外标高的关系；说明植物分布及林木的轮廓与罩观以及在垂直空间内地面上不同界面的处置效果（如水体岸坡坡度变化的延伸情况等）。
如图1—3所示。
图l—3用断面图表示设计地形
断面可以选择园林用地具有代表性的轴线方向，也可以沿在地形图上绘制的方格网线的方向。
其纵向坐标为地形与断面交线上各点的标高，横向坐标为地形水平长度（图l—3a）。
断面图在地形设计中的表现方式有3种（图1—3b，c，d），可用于不同场合。
另外，在各式断面图上也可同时表示原地形轮廓线（用虚线表示），见图1—3b。
断面法一般不能全面反映园林用地的地形地貌，当断面过多时．这种方法既繁琐，又容易混淆。
因此，一般仅用于要求粗放且地形狭长地段的地形设计及表达，或将其作为设计等高线法的辅助图，以便较直观地说明设计意图。
对于用等高线法表示的设计地形，借助断面图可以确认其竖向上的关系及其视觉效果。
（三）模型法
模型法不同于等高线法和断面法，它主要是一种对设计地形加以形象表达的方法，可用在地形规划阶段用来斟酌地形规划方案。
模型法可以直观地表达地形地貌形象，具有三维空间表现力。
但模型的制作费工费时，并且不便搬动。
模型法是将设计的地形地貌实体形象按一定比例缩小，用特殊材料和工具进行制作加工和表现的方法。
通常用以表现起伏较大的地形，对相对高差不大的地形则不适宜用模型法。
制作模型的材料可以是陶土、木板、软木、泡沫板、吹塑纸、橡皮泥或者其他材料。
制作材料的选取，必须依据模型的用途，表现地形的复杂程度以及材料来源而定。
模荆制作过程简介如下：
一般是按照地形囤的比例及等高距进行制作。
首先将板材（吹塑纸、泡沫板、厚纸板等）按每条等高线形状大小模印后裁剪切割，并顺序编号逐层粘叠固定（单层板材厚度不够比例等高距的尺寸时，可增加板材层数或配合使用厚度不同的板材）。
板材间干结牢固后．用橡皮泥在上面均匀敷抹，按设计意图捏出皱纹，使其形象自然。
通常用不同色彩的橡皮泥区别表示不同地形地物．如土黄色表示土山，用绿色表示草地，用淡蓝色表示水体等。
（四）计算机绘图表示法
随着计算机技术和设计软件的开发，利用计算机进行设计-制图已广泛应用于各种设计领域。
其突出优点是设汁过程可以通过显示器直观地显示，并能灵活、方便地进行方案比较、调整和地形的修饰。
而且，确定了的设计方案（平面或透视模型图）还可以打印在图纸上。
另外，计算机图示方法的优点还在于它能通过让地形在显示屏上“转动”，便于设计者从各个有利角度来观察地形的各个区域。
以上几种方法在地形规划设计及表达过程中往往是综合运用的，在大多数情况下等高线法是地形设计的主要表达方法，断面法、模型法和计算机绘图表示法仅作为辅助方法。
土方工程量计算与平衡调配
一、土方工，程量计算
土方量计算一般是根据附有等高线的地形图进行的，通过计算，反过来又可修改设汁图中不合理之处，使设计更臻完善。
另外，土方量计算资料又是工程预算和施工组织设计等工作的重要依据，所以土方1时计算在地形设计工作中是必不可少的。
计算土每董的方法很多，常用的有估算法，断面法和方格网法。
（一）估算法
在建园过程中，经常会碰到一些类似基本几何形体的地形单体，如类似锥体的山丘、类似棱台的池塘等．这些地形单体的体积可用相近的几何体体积公式计算，表l—1列出了常用的公式。
此法简便，但精度较差，多用于规划阶段的估算。
（二）断面法
断面法是以若干相互平行的截面将拟计算的土体分裁成若于“段”，分别计算这些“段”的体积，再将各段体积累加，即可求得该计算对象的总土方量。
其计算公式如下：
V＝L×（Sl十S2）/2
式中：
Sl，S2——断面面积，m2；
L——相邻两断面间的距离，m。
当Sl＝S2时，则
V＝SL
此法的计算精度取决于截取断面的数量。
多则精，少则粗。
断面法根据其取断面的方向不同可分为垂直断面法、水平断面法（也称等高面法）及与水平面成一定角度的成角断面法。
以下主要介绍前面种方法。
1．垂直断面法
此法适用于带状土体（如带状山体、水体、沟、路堑、路槽等）的土方量计算．其基本计算公式虽然简便，但在Sl和S2的面积相差较大或两断面之间的距离大于50m时，计算结果，误差较大．遇此情况，可改用以下公式计算：
V＝（Sl十S2十4S0）
式中：
S0——中间断面面积，m2
S0的面积有以下两种求法
1） 用求棱台中截面面积公式来求
S0＝
2） 用及各相应变的算术平均值求
例1-1 设有一土堤，要计算的两断面呈梯形，二段面之间的距离为60cm，各边数值如图所示，试求其S0和V。
解：
S1={[1.85（3＋6.7）+6.7（2.5－1.85）]/2}m2=11.15m2
S2={[2.5（3＋8）+8（3.6－2.5）]/2}m2=18.15m2
（1）用求棱台中截面面积公式求
S0={[11.15+18.15+2]/4}m2=14.44m2
V＝（Sl十S2十4S0）=[60×（11.15+18.15+14.44）/6]m3=14.44m3
（2）用及各相应变的算术平均值求
S0={[21.75（3+7.35）+7.35（3.05-2.18）]/2}m2=14.65m2
V＝（Sl十S2十4S0）=[60×（11.15+18.15+14.465）/6]m3=871.6m3
垂直断面法也可以用于平整场地的土房计算
例1-2求如图1-4所示场地平整地的挖方量。
解：
（1）找零点线，在图上确定挖方区和填方区。
Sl～S5是挖方区。
（2）计算各断面面积
Sl=185m2S2=144m2S3=140m2S4=135m2；S5=110m2
（3）计算相邻两断面面积的平均值
Sl2=164.5m2S23=142.0m2S34=137.5m2S45=122.5m2
（4）计算挖方量
Vl2=164.5m3V23=142.0m3V34=137.5m3V45=122.5m3
V=（164.5+142.0+137.5+122.5）m3=566.5m3
2.等高线法（水平断面法）
等高面法是沿等高线取断面，等高距即为二相邻断面的高，如图1-5
其土方量计算方法与断面法相同。
计算公式如下
V=
=（＋S2＋S3＋S4＋…＋Sn－1）×h＋
式中：
V——土方体积，m2
S——断面面积，m2
h——等高距，m。
等高面法最适于大面积的自然山水地形的土方计算，也可用来计算局部平整场地的土方。
由于园林设计图纸上的原地形和设计地形均用等高线表示，因而采用等高面法进行计算最为方便。
断面法计算土方量的精度：
垂直断面法取决于截取断面的数量，等高面法则取决于等高距的大小．总之对于一定范围的土方，计算精度主要取决于计算断面的数量，多则较精确，少则较粗糙。
（三）方格网法
在建园过程中，地形改造除挖湖堆山外，还有许多地坪、缓坡地需要平整。
平整场地的工作是将原来高低不平的、比较破碎的地形按设计要求整理为平坦的、具有一定坡度的场地，如停车场、集散广场，体育场、膊天演出场等等。
整理这类地块的土方计算最适宜用方格网法。
方格网法是把平整场的设计工作和土方量计算工作结合在一起进行的。
其工作程序是；
（1）在附有等高线的地形图上作方格网控制施工场地，方格边长数值取决于所要求的计算精度和地形变化的复杂程度，在园林中一般用20～40m。
（2）在地形图上用插入法求出各角点的原地形标高（或把方格网各角点测设到地面上，同时侧出各角点的标高，并标在图上）。
（3）依设计意图（如地面的形状、坡向、坡度值等）确定各角点的设计标高。
（4）比较原地形标高和设计标高，求得施工标高。
（5）计算土方量，其具体计算步骤和方法结合后面实例加以说明。
二、土方平衡与调配
1．土方平衡
地形设计的一个基本要求，是使设计的挖方工程量和填方工程量基本平衡。
土方平衡就是将已经求出的挖方总量和填方总量相互比较，若二者数值接近，则可认为达到了土方平衡的基本要求，若二者数值差距太大，则土方不平衡，应调整设计地形，将地面再垫高些或再挖深些，一直达到土方平衡要求为止。
园林中全部土方工程量的平衡，可以采用列表方式进行，见表l—2。
表1-2土方平衡表
序号
土方工程名称
单位
填方量
挖方量
l
挖湖、挖水池及沟渠
2
堆土山
3
建筑物、构筑物基础
4
园路、园景广场
5
合计
土壤松散系数增减量
总计
土方平衡的要求是相对的，没有必要做到绝对平衡。
世上，足哦为计算所依据的地形图本身就不可避免地存在一定误差，而且用等高面法计算的结果也不能保证十分精确，固此在计算土方量时能够达到土方相对平衡即可。
最重要的考虑则应落在如伺既保证完全体现设计意图，又尽可能减少土方施工量和不必要的搬运量。
2．土方调配
在做土方施工组织设计或施工计划安排时，还要确定土方量的相互调配关系。
地形设计所定的填方区，其需要的土方从什么地点取土，取多少土?
挖湖挖出的土方，遭到哪里’运多少到各个填方点?
这些问腼都要在施工开始前切实解决，必须做好土方调配计划。
土方调配的原则是；就近挖方就近填方，使土方的转运距离最小。
因此，在实际进行土方调配时，从一个地点挖出的土，优先调动到与其距离矗近的填方区；近处填满后，余下的土方再往稍远的填方区转运。
为清楚表明上方调配情况，可以根据地形设计田绘制一张土方调配图，在施工中指导土方的堆填工作。
从土方调配图可以看出挖、填方区区域、土方的调配方向、调配数量和转运距离。
3．土方平衡与调配的步骤与方法
（1）划分调配区；
（2）计算各调配区土方量：
（3）计算各调配区之间的平均距离；
（4）确定土方最忧调配方案；
（5）绘制土方调配图。
例l—3某公园为了满足游人游园活动的需要，拟将这块地面乎整为三坡向两面坡的“T”字形广场，要求广场具有1.5％的纵坡和2％横坡，土方就地平衡。
试求其设计标高并计算其土
方量及平衡土方量（图1—6）。
解：
1．作方格网
按正南北方向（或根据场地具体情况决定）作边长为20m的方格网，将各方格角点测设到地面上，同时测量各角点的地面标高并将标高值标记在图纸上，这就是该点的原地形标高。
一般是在方格角点的右下方标注原地形标高，在右上方标注设计标高，在左下方标注施工的原地形标高，在左上方标注该角点编号。
如果有较精确的地形图，可用插入法由图上直接求得各角点的原地形标高，并标记在图上。
图1—7所示的角点4—1属于上述第一种情况，过点4—1作相邻二等高线间的距离最短
图1—7求角点4—1原地形标高示意图
的线段。
用比例尺量得L＝12．6m，x＝7．4m等高线等高差A＝0．5m，代人前面插入法求两相邻等高线之间任意点高程的公式，得
Hx=（20.00+）m=20.29m
2．求平整标高
把一块高低不平的地面在保证土方平衡的前提下，挖高垫低使地面水平，这个水平地面的高程是平整标高。
设计中通常取原地面高程的平均值（算术平均或加权平均）作为平整标高。
设平整标高为H0，则
H0=
式中：
h1——计算时使用一次的角点高程；
h2——计算时使用二次的角点高程；
h3——计算时使用三次的角点高程；
h4——计算时使用四次的角点高程。
经运算：
∑h1=117.64，2∑h2=241.34，3∑h3=120.18，4∑h4=162.84。
N=8,代入上式，得
H0=（117.64十241.34十120.18十162.84）m≈20.06m
3．确定H0的位置
H0的位置是否正确，不仅直接影响土方计算的平衡（虽然通过不断调整设计标高最终也能使挖方、填方达到（或接近）平衡，但这样做必然要花费许多的时间），而且也会影响平整场地设计的准确性。
确定H0的位置的方法有图解法和数学分析法两种。
（1）图解法。
图解法适用于形状简单规则的场地，如正方形、长方形、圆形的等，如图l—8所示。
图1—8图解法确定平整标高H。
的示意图
（2）数学分析法。
数学分析法是假设一个和所要求的设计地形完全一样（坡度、坡向、形状、大小完全相同）的土体，再从这块土体的假设标高反求其平整标高的位置。
此法可适应任何形状场地的H0定位。
将图1—1l按所给的条件画成立体图，见图1—9。
图1—9中4—3点最高，设其设计标高为工，则依据给定的坡向、坡度和方格边长，可以立即算出其他各角点的假定设计标高。
以4—
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