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馮忠江 鄭艷東 張 磊
(1 河北師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北石家莊 050016；2 河北省土地整理服務(wù)中心，050071)
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摘要：土地平整工程是土地整理項(xiàng)目的核心內(nèi)容。本文對土地平整與其他土地整理工程的協(xié)調(diào)問題、土地平整應(yīng)遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、土地平整的基本方法、土地平整土方量的計算等土地平整工程的關(guān)鍵性問題，進(jìn)行了初步探討。
關(guān)鍵詞：土地整理；土地平整；土方量
土地整理在我國是一個較新的學(xué)科領(lǐng)域，面對“二十一世紀(jì)誰來養(yǎng)活中國?”的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，積極推行土地整理，已成為解決各方用地矛盾，實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用和保持經(jīng)濟(jì)快速、健康發(fā)展的必然選擇。近年來隨著人們對自身生存條件和環(huán)境意識的覺醒，深刻地感受到了土地整理的急迫性，許多地方的國土部門都在積極申報土地整理項(xiàng)目，以便利用國家投資，通過對項(xiàng)目區(qū)田、水、路、林、村的綜合整治，提高土地質(zhì)量，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境。土地平整工程是土地整理項(xiàng)目的核心內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)田水利化、農(nóng)業(yè)機(jī)械化的重要條件，是建設(shè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、旱澇保收基本農(nóng)田的重要措施。土地平整工程量大、投資額高，為保證工程的順利實(shí)施，必須解決好以下幾個關(guān)鍵性問題。
1．土地平整與其他土地整理工程的協(xié)調(diào)問題
土地平整工程作為整個土地整理項(xiàng)目的一個環(huán)節(jié)，它的規(guī)劃和實(shí)旌應(yīng)當(dāng)與土地整理的其他各項(xiàng)工程協(xié)調(diào)進(jìn)行。
要把耕地、道路、防護(hù)林、排灌渠道、機(jī)井、抽水站、輸電線路和村莊等結(jié)合起來考慮，全面規(guī)劃，合理安排。要以村鎮(zhèn)定路，以地形定渠，渠路搭架，劃塊定方。以干、支路與干、支、斗渠分大方，生產(chǎn)路與分、引渠分小方，大方套小方，各個方田形成網(wǎng)格。要先修渠、路，搭好骨架，然后平整土地，進(jìn)行方內(nèi)建設(shè)。
2．實(shí)施土地乎整工程應(yīng)遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
平整后的田塊應(yīng)有利于作物的生長發(fā)育，有利于田間機(jī)械化作業(yè)，有利于水土保持，滿足灌溉排水要求和防風(fēng)要求，便于經(jīng)營管理。
2.1田塊大小
耕作田塊大小的確定應(yīng)綜合考慮地形起伏情況、田間工程難易程度、是否便于耕作和排灌等方面的情況，方田的大小和形狀受田間渠系和道路的走向控制。在平原地區(qū)方田長度一般為500～800米，寬度一般為200～300米，方向?yàn)槟媳毕颉?nbsp;
2.2田面坡降
耕作田塊的設(shè)計必須保證排灌暢通，灌排調(diào)控方便，必須保持一定的田面坡降。縱向(灌水方向)坡降應(yīng)小于1／500，橫向以水平為宜。
2.3田塊土壤
為保證耕作田塊的土壤質(zhì)量及當(dāng)年增產(chǎn)，土地平整時應(yīng)盡量保留耕層熟土，保蓄底墑，打碎土塊，深耕細(xì)作。要重施有機(jī)肥，巧施速效肥，挖方部位的施肥量至少應(yīng)為填方部位的2倍。要選種耐瘠作物，加強(qiáng)田間管理。
2.4挖、填土方量
土地平整挖、填土方量要基本相等。填方地段和挖方合槽地段均需留有一定虛高，一般虛高應(yīng)為回填厚度的20～25％。
3土地平整的基本方法
土地平整工程通常采用“倒行子法”、“抽槽法”和“全鏟法”等三種方法，每種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，采用何種土地平整方法，應(yīng)根據(jù)地塊的地形地貌狀況、土地平整方式等具體情況確定。
3.1倒行子法
倒行子法是一種機(jī)械與人工結(jié)合的平整土地的方法。具體操作分兩步進(jìn)行:
首先根據(jù)測量設(shè)計，確定開挖線。
然后進(jìn)行劃行取土。沿開挖線，以l米寬度分別向上向下劃行，確定取土帶和填土帶。平整時先挖第一取土帶，直至標(biāo)準(zhǔn)地面以下7寸，將土填入第一填土帶，將第二取土帶厚約7寸耕層肥土，填入第一取土帶槽底。再開挖第二取土帶生土，填入第二填土帶，同時將第三填土帶表土反卷在第二填土帶上，如此抽生留熟，依次平整。
采用此方法平整土地有兩大優(yōu)點(diǎn):可保留表土，保持地力均勻；平地加深翻，可達(dá)到改良土壤的目的。但此方法操作較為精細(xì)，影響施工進(jìn)度。
3.2抽槽法
抽槽法也是一種機(jī)械與人工結(jié)合的平整土地的方法。具體操作分三步進(jìn)行:
首先根據(jù)測量設(shè)計，確定開挖線。
然后開槽平整。根據(jù)設(shè)計劃行，開槽取土。熟土放至槽梁，生土墊至低處。
最后搜根平梁，進(jìn)行合槽。
采用抽槽法平整土地的最大好處是，可同時開多槽，進(jìn)度快，工效高。缺點(diǎn)是，合槽時，梁上表土不易保存，造成地力不勻。
3.3全鏟法
全鏟法是一種主要依靠機(jī)械進(jìn)行土地平整的方法，在具體操作時，把設(shè)計地面線以上的土一次挖去，起高墊低。
這種方法適于機(jī)械平整，工效高。但出現(xiàn)生土多，地力不易恢復(fù)。人工平地不宜采用此種方法。
4土地平整土方量的計算
土地平整挖填土方量的計算方法有多種。傳統(tǒng)計算方法有方格網(wǎng)法、梯形法(斷面法)、辛卜生法(拋物線法)、等高線法等。近年來隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些軟件被廣泛地應(yīng)用到土方量計算中。常用的有MAPGIS制圖計算軟件、TFT土方計算繪圖軟件、數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)等(4)。采用相關(guān)軟件計算土方量，精度高，速度快，效率高。但其運(yùn)算原理，與傳統(tǒng)計算方法并無實(shí)質(zhì)性差異，而且必須以精度較高的地形圖作為基礎(chǔ)圖件。而平原地區(qū)的大多數(shù)土地整理項(xiàng)目區(qū)，總體地形平坦，微地貌復(fù)雜，地面高差常常在1米以內(nèi)，項(xiàng)目區(qū)地形圖中甚至沒有一條等高線。這樣的地形圖當(dāng)然不能作為土方量計算的基礎(chǔ)圖件。必須先按照一定規(guī)律采集項(xiàng)目區(qū)各離散點(diǎn)的地面標(biāo)高，然后才能進(jìn)行土方量的計算。方格網(wǎng)法正是按照這樣的步驟進(jìn)行土方量計算的，有必要在此對這一傳統(tǒng)計算方法的基本原理加以說明。
方格網(wǎng)法計算土地平整挖填土方量的基本原理是:把要平整的土地分成若干方格，測出各方格點(diǎn)的高程，計算出它們的平均高程，根據(jù)平均高程和設(shè)計坡度，求出填挖邊界和各方格點(diǎn)的填挖數(shù)，最后計算挖填土方量。以下以河北省阜城縣土地整理項(xiàng)目區(qū)中的一個典型地塊(400×400米)為例，介紹方格網(wǎng)法計算挖填土方量的簡要過程。
4.1測設(shè)方格網(wǎng)
先在要平整的地塊內(nèi)測設(shè)方格網(wǎng)，方格的大小根據(jù)地形繁簡程度和施工方法而定，一般人工施工多用20×20米方格，地而起伏較大時用10×10米；機(jī)械施工多用40×40米或100×100米。因項(xiàng)目區(qū)地形起伏不大，且以機(jī)械施工為主，方格的大小擬采用100×100米，各方格點(diǎn)按所在的橫縱行列編號(如2.1等)，測設(shè)完畢繪制一張略圖。
4.2測量各方格點(diǎn)處的地面高程
用水準(zhǔn)儀實(shí)地測量各方格點(diǎn)的水平讀數(shù)(精確到毫米)，為以后運(yùn)算方便需將該水平讀數(shù)換算成海拔高度。各點(diǎn)的高程值應(yīng)按點(diǎn)號記錄在設(shè)計圖中各方格點(diǎn)的右上角。
4.3計算方格網(wǎng)的平均高程
由于各方格點(diǎn)所控制的面積不相同，四角點(diǎn)和周圍邊點(diǎn)控制的面積較中問各點(diǎn)所控制的面積小，采用算術(shù)平均法計算平均高程會產(chǎn)生一定的誤差。一般采用加權(quán)平均法來計算，以一個方格的四分之一作為一個單位面積，定其權(quán)為1，那么各點(diǎn)的權(quán)分別是:角點(diǎn)為l(a角=1)，邊點(diǎn)為2(a邊:2)，中心點(diǎn)為4(Q中=4)。加權(quán)平均法就是把各方格點(diǎn)的高程分別乘上各點(diǎn)的權(quán)，求得總和后，再除以各點(diǎn)權(quán)數(shù)總和，此加權(quán)平均值即為項(xiàng)目區(qū)的設(shè)計高程(H)。照此方法計算，此典型地塊的加權(quán)平均高程(H)為12.584米。
H=[a角(H角1+H角2+H角3+H角4)+a邊(H邊1+H邊2+…+H邊12)+a中(H中I+H中2+…+H中9)]／(4 a角+12 a邊+9 a中)
=[1×(12.810+12.466+12.488+12.618)+2×(12.818+12.615+12.680+12.302+12.374+12.460+12.545+12.502+12.601+12.854+12.811+12.730)+4×(12.684+12.614+12.594+12.612+12.481+12.488+12.400+12.481+12.534)]／(4×1+12×2+9×4)
=12.570(米)
4.4計算斜平面上各方格點(diǎn)的設(shè)計高程和填挖數(shù)
為排水需要，每塊方田都平整為南高北低的斜平面，縱向坡降1／5000，橫向水平。因方田形狀規(guī)則，故其重心點(diǎn)必然在“土方工程設(shè)計圖”中縱坐標(biāo)為2的那條近東西向直線(0-2)上，因平整后東西向水平，此線上各點(diǎn)的高程均為12.570米。南北向兩方格點(diǎn)間的設(shè)計高差為0.02米(100×1／5000)，以設(shè)計高程12.570米線為基準(zhǔn)，各方格點(diǎn)的設(shè)計高程是向南遞增0.02米，向北遞減0.02米。各點(diǎn)設(shè)計高程的推算，均直接在略圖上進(jìn)行，設(shè)計讀數(shù)寫在各方格點(diǎn)的右下角。
當(dāng)各方格點(diǎn)的設(shè)計高程計算校核無誤后，可按下式計算各點(diǎn)填挖數(shù):
填挖數(shù)=地面高程.設(shè)計高程
式中：填挖數(shù)為“+”時，表示挖方；
填挖數(shù)為“-”時，表示填方。
各點(diǎn)的填挖數(shù)在略圖上直接算出，寫在各點(diǎn)設(shè)計高程下面。
4.5計算零點(diǎn)位置，畫出填挖邊界
在方格的挖方點(diǎn)與填方點(diǎn)之間，必定有一個不挖不填的點(diǎn)，即填挖邊界點(diǎn)(零點(diǎn))，把所有相臨的零點(diǎn)連接起來，就是填挖邊界線(零線)。零點(diǎn)和零線是計算土方量和施工的重要依據(jù)。
計算零點(diǎn)位置的方法所依據(jù)的是相似三角形的比例關(guān)系(圖1)。
 圖1零點(diǎn)位置計算示意圖
因?yàn)閤l／h1=l／(hl+h2)，所以Xl=l·hl／(hl+h2)
式中:
l——方格邊長；
h1、h2——方格兩端的填挖數(shù)的絕對值；
X1——零點(diǎn)①距填挖數(shù)為h1的方格點(diǎn)的距離。
如在“土方工程設(shè)計圖”中，0-3點(diǎn)與0-4點(diǎn)填挖數(shù)的絕對值分別為hl(0.130)和h2(0.084)，方格邊長為Z(100)，0-3點(diǎn)至零點(diǎn)①的距離為x1，則:
Xl=100×0.130／(0.130+0.084)=60.75米
同理，求出各零點(diǎn)②，③，④，……⑦的位置，然后在圖上連出零線，并在實(shí)地根據(jù)方格點(diǎn)找出相應(yīng)的零點(diǎn)位置，用白灰撒出零線，作為施工時的填挖邊界(圖2)。
圖2填挖零線設(shè)計圖
4.6計算填挖土方量
根據(jù)零線位置和各方格點(diǎn)處的填挖數(shù)，即可分別算出各方格中的填方量和挖方量。這樣算法雖準(zhǔn)確，但計算工作量大，本設(shè)計采用近似算法。在一個方格中不分別計算零線兩側(cè)的填方量和挖方量，而是把方格四個格點(diǎn)填挖數(shù)的代數(shù)和乘以四分之一方格面積，作為該方格中應(yīng)運(yùn)進(jìn)的填方量或要運(yùn)出的挖方量。通過計算本方田的總填方量為5975.00立方米，總挖方量為5920.00立方米(圖3)。
總填方量和總挖方量在理論上應(yīng)相等，但因?yàn)榇嬖跍y量和計算誤差，兩者總有些出入。為了求得填、挖土方量相等或相近，需要多次調(diào)整設(shè)計高程，計算填、挖土方量。反復(fù)調(diào)整工作可使用相關(guān)計算軟件來完成。
0-4 12.446 1-4 12.302 2-4 12.374 3-4 12.460 4-4 12.448
12.610 12.610 12.610 12.610 12.610
0.200 0.120 0.201 0.244 0.008
圖3土方工程設(shè)計圖
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