《土石方方格网》计算Word文档格式.docx
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hn--—---角点施工高度即填挖高度(以“+”为填,“—"
为挖),m;
n—-———-方格的角点编号(自然数列1,2,3,…,n)、ﻫ
Hn—-——--角点设计高程,ﻫ
H--—-—-角点原地面高程、
4、计算“零点”位置,确定零线
方格边线一端施工高程为“+"
若另一端为“—”,则沿其边线必定有一不挖不填的点,即“零点”(如图1—4所示)、
图1-4
零点位置
零点位置按下式计算:
x1、x2——角点至零点的距离,m;
ﻫ
h1、h2--相邻两角点的施工高度(均用绝对值),m;
a—方格网的边长,m、
5、计算方格土方工程量
按方格底面积图形与表1—3所列计算公式,逐格计算每个方格内的挖方量或填方量、
表1-3常用方格网点计算公式
6、边坡土方量计算
场地的挖方区与填方区的边沿都需要做成边坡,以保证挖方土壁与填方区的稳定。
边坡的土方量能够划分成两种近似的几何形体进行计算:
一种为三角棱锥体(图1—6中①~③、⑤~⑾);
另一种为三角棱柱体(图1-6中④)、
图1—6
场地边坡平面图
A三角棱锥体边坡体积 ﻫ
l1—-边坡①的长度;
A1 -—边坡①的端面积;
h2 ——角点的挖土高度;
m——边坡的坡度系数,m=宽/高、
B
三角棱柱体边坡体积ﻫ
两端横断面面积相差特不大的情况下,边坡体积ﻫ
l4——边坡④的长度;
A1、A2、A0-—边坡④两端及中部横断面面积、
7、计算土方总量
将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量与边坡土方量汇总,即得该场地挖方与填方的总土方量、
8、例题
【例1、1】某建筑场地方格网如图1—7所示,方格边长为20m×
20m,填方区边坡坡度系数为1、0,挖方区边坡坡度系数为0、5,试用公式法计算挖方与填方的总土方量、
图1-7
某建筑场地方格网布置图
【解】
(1)依照所给方格网各角点的地面设计标高与自然标高,计算结果列于图1-8中、ﻫ由公式1、9得:
h1=251、50—251、40=0、10m
h2=251、44—251、25=0、19m
h3=251、38—250、85=0、53m
h4=251、32—250、60=0、72mﻫh5=251、56—251、90=-0、34m
h6=251、50—251、60=-0、10mﻫh7=251、44—251、28=0、16m
h8=251、38-250、95=0、43m ﻫh9=251、62-252、45=—0、83m
h10=251、56—252、00=—0、44mﻫh11=251、50—251、70=—0、20m
h12=251、46-251、40=0、06m
图1—8
施工高度及零线位置
(2)计算零点位置、从图1—8中可知,1-5、2-6、6-7、7-11、11—12五条方格边两端的施工高度符号不同,讲明此方格边上有零点存在、
由公式1、10求得:
1-5线
x1=4、55(m)
2—6线
x1=13、10(m)ﻫ6—7线
x1=7、69(m)ﻫ7-11线
x1=8、89(m)ﻫ11-12线
x1=15、38(m)ﻫ将各零点标于图上,并将相邻的零点连接起来,即得零线位置,如图1—8、
(3)计算方格土方量、方格Ⅲ、Ⅳ底面为正方形,土方量为:
ﻫVⅢ(+)=202/4×
(0、53+0、72+0、16+0、43)=184(m3)ﻫVⅣ(—)=202/4×
(0、34+0、10+0、83+0、44)=171(m3)ﻫ方格Ⅰ底面为两个梯形,土方量为:
ﻫVⅠ(+)=20/8×
(4、55+13、10)×
(0、10+0、19)=12、80(m3)ﻫVⅠ(—)=20/8×
(15、45+6、90)×
(0、34+0、10)=24、59(m3)
方格Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ底面为三边形与五边形,土方量为:
ﻫVⅡ(+)=65、73
(m3)
VⅡ(-)=0、88
(m3)ﻫVⅤ(+)=2、92
(m3) ﻫVⅤ(—)=51、10
(m3)ﻫVⅥ(+)=40、89
(m3)ﻫVⅥ(—)=5、70
(m3)ﻫ方格网总填方量:
∑V(+)=184+12、80+65、73+2、92+40、89=306、34
(m3)ﻫ方格网总挖方量:
ﻫ∑V(—)=171+24、59+0、88+51、10+5、70=253、26
(m3)
(4)边坡土方量计算、如图1、9,④、⑦按三角棱柱体计算外,其余均按三角棱锥体计算,ﻫ可得:
V①(+)=0、003
(m3)
V②(+)=V③(+)=0、0001
(m3)ﻫV④(+)=5、22
(m3)ﻫV⑤(+)=V⑥(+)=0、06
(m3)ﻫV⑦(+)=7、93
图1—9
V⑧(+)=V⑨(+)=0、01
(m3)ﻫV⑩=0、01
(m3)
V11=2、03
(m3)
V12=V13=0、02
(m3) ﻫV14=3、18
边坡总填方量:
∑V(+)=0、003+0、0001+5、22+2×
0、06+7、93+2×
0、01+0、01=13、29(m3)
边坡总挖方量:
ﻫ
∑V(-)=2、03+2×
0、02+3、18=5、25(m3)
三、土方调配
土方调配是土方工程施工组织设计(土方规划)中的一个重要内容,在平整场地土方工程量计算完成后进行、编制土方调配方案应依照地形及地理条件,把挖方区与填方区划分成若干个调配区,计算各调配区的土方量,并计算每对挖、填方区之间的平均运距(即挖方区重心至填方区重心的距离),确定挖方各调配区的土方调配方案,应使土方总运输量最小或土方运输费用最少,而且便于施工,从而能够缩短工期、降低成本、
土方调配的原则:
力求达到挖方与填方平衡与运距最短的原则;
近期施工与后期利用的原则、进行土方调配,必须依据现场具体情况、有关技术资料、工期要求、土方施工方法与运输方法,综合上述原则,并经计算比较,选择经济合理的调配方案、ﻫ调配方案确定后,绘制土方调配图如图1、10
、在土方调配图上要注明挖填调配区、调配方向、土方数量与每对挖填之间的平均运距、图中的土方调配,仅考虑场内挖方、填方平衡、A为挖方,B为填方、
1、1土方规划
1、1、1土方工程的内容及施工要求
在土木工程施工中,常见的土方工程有:
( 1)场地平整其中包括确定场地设计的标高,计算挖、填土方量,合理到进行土方调配等。
(2)开挖沟槽、基坑、竖井、隧道、修筑路基、堤坝,其中包括施工排水、降水,土壁边坡与支护结构等、
( 3) 土方回填与压实其中包括土料选择,填土压实的方法及密实度检验等。
此外,在土方工程施工前,应完成场地清理,地面水的排除与测量放线工作;
在施工中,则应及时采取有关技术措施,预防产生流砂,管涌与塌方现象,确保施工安全。
土方工程施工,要求标高、断面准确,土体有足够的强度与稳定性,土方量少,工期短,费用省、但由于土方工程施工具有面广量大,劳动繁重,施工条件复杂等特点,因此,在施工前,首先要进行调查研究,了解土壤的种类与工程性质,土方工程的施工工期、质量要求及施工条件,施工地区的地形、地质、水文、气象等资料,以便编制切实可行的施工组织设计,拟定合理的施工方案。
为了减轻繁重的体力劳动,提高劳动生产率,加快工程进度,降低工程成本,在组织土方工程施工时,应尽估计采纳先进的施工工艺与施工组织,实现土方工程施工综合机械化、
1、1、2土的工程分类与性质
土的种类繁多,分类方法各异,在建筑安装工程劳动定额中,按土的开挖难易程度分为八类,如表 1、1所示、
土有各种工程性质,其中影响土方工程施工的有土的质量密度、含水量、渗透性与可松性等、
1、1、2、1土的质量密度
分天然密度与干密度。
土的天然密度,指土在天然状态下单位体积的质量;
它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性、土的干密度,指单位体积土中的固体颗粒的质量;
它是用以检验填土压实质量的控制指标、
1、1、2、2 土的含水量
土的含水量W是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比,以百分数表示:
(1、1)
式中 G1 -—含水状态时土的质量;
G2——土烘干后的质量。
土的含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定与回填土的质量,如土的含水量超过25%~30%,则机械化施工就困难,容易打滑、陷车;
回填土则需有最佳的含水量,方能夯密压实,获得最大干密度(表1、2 )、
ﻫ1、1、2、3土的渗透性
土的渗透性是指水在土体中渗流的性能,一般以渗透系数K 表示。
从达西公式 V=KI能够看出渗透系数的物理意义:
当水力坡度 I等于 1 时的渗透速度v即为渗透系数 K、
渗透系数K 值将直截了当影响降水方案的选择与涌水量计算的准确性,一般应通过扬水试验确定,表 1、3所列数据仅供参考、ﻫ
1、1、2、4土的可松性
土具有可松性,即自然状态下的土,经过开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍不能恢复其原来的体积、土的可松性程度用可松性系数表示,即
最初可松性系数 (1、2)
最后可松性系数 (1、3)
土的可松性对土方量的平衡调配,确定运土机具的数量及弃土坑的容积,以及计算填方所需的挖方体积等均有特不大的影响、
土的可松性与土质有关,依照土的工程分类(表1、1),其相应的可松性系数可参考表 1、4 、ﻫ
1、1、3 土方边坡
合理地选择基坑、沟槽、路基、堤坝的断面与留设土方边坡,是减少土方量的有效措施。
边坡的表示方法如图1、1所示,为 1:
m ,即:
(1、4)
式中m= b/ h ,称坡度系数。
其意义为:
当边坡高度已知为h时,其边坡宽度b则等于mh。
ﻫ
边坡坡度应依照不同的挖填高度、土的性质及工程的特点而定,既要保证土体稳定与施工安全,又要节约土方、在山坡整体稳定情况下,如地质条件良好,土质较均匀,使用时间在一年以上,高度在 10m 以内的临时性挖方边坡应按表 1、5 规定;
挖方中有不同的土层,或深度超过10m时,其边坡可作成折线形(图1、1(b )、(c))或台阶形,以减少土方量、
当地质条件良好,土质均匀且地下水位低于基坑、沟槽底面标高时,挖方深度在5m以内,不加支撑的边坡留设应符合表 1、6的规定、
关于使用时间在一年以上的临时行填方边坡坡度,则为:
当填方高度在10m 以内,可采纳1 :
1、5;
高度超过10m,可作成折线形,上部采纳1:
1、5,下部采纳1:
1、75、
至于永久性挖方或填方边坡,则均应按设计要求施工。
1、1、4土方量计算的基本方法
土方量计算的基本方法主要有平均高度法与平均断面法两种。
1、1、4、1平均高度法
•
四方棱柱体法
四方棱柱体法,是将施工区域划分为若干个边长等于 a的方格网,每个方格网的土方体积V等于底面积a2 乘四个角点高度的平均值(图1、2),即 ﻫ
( 1、5 )
若方格四个角点部分是挖方,部分是填方时,可按表 1、7 中所列的公式计算。
三角棱柱体法
三角棱柱体法,是将每一个方格顺地形的等高线沿着对角线划分成两个三角形,然后分不计算每一个三角棱柱体的土方量。
当三角形为全挖或全填时(图 1、3 (a ))
(1、6)
当三角形有填有挖时(图1、3(b )),则其零线将三角形分成两部分,一个是底面为三角形的锥体,一个是底面为四边体的楔体。
其土方量分不为:
( 1、7)
(1、8 )
1、1、4、2 平均断面法 ﻫ
平均断面法(图1、4 ),可按近似公式与较精确的公式进行计算。
近似计算
(1、9)
较精确的计算
(1、10)
式中V--体积(m 3);
F1, F2——两断的断面面积(m2);
F0-—L/2 处的断面面积( m2 )。
基坑、基槽、管沟、路堤、场地平整的土方量计算,均可用平均断面法、当断面不规则时,求断面面积的一种简便方法是累高法。
此法如图 1、5所示,只要将所测出的断面绘于普通方格坐标纸上(d取值相等),用透明卷尺从h1 开始,依次量出各点高度 h 1、 h2、…hn ,累计得各点高度之与,然后将此值与d相乘,即为所求断面面积、
在上述的土方量计算基本公式中,由于计算公式不同,其计算的精度亦有所不同。
例如,图1、6所示的土方量:
ﻫ按四方棱柱体计算为:
m3
按三角棱柱体计算为:
m3
由此可见,其相对误差可高达33%或更大。
因此,在地形平坦地区可将方格尺寸划分得大一些,采纳四方棱柱体计算即可;
而在地形起伏较大的地区,则应将方格尺寸划分得小些,亦宜采纳三角棱柱体计算土方量、
当采纳平均断面法计算基槽、管沟或路基土方量时,可先测绘
出纵断面图(图 1、7),再依照沟槽基底的宽、纵向坡度及放坡宽度,绘出在纵断面图上各转折点处的横断面。
算出个横断面面积后,便可用平均断面法计算个段的土方量,即:
(1、11)
两横断面之间的距离与地形有关,地形平坦,距离可大一些;
地形起伏较大时,则一定要沿地形每一起伏的转折点处取一横断面,否则会影响土方量计算的准确性、
1、1、5场地平整土方量计算
1、1、5、1场地设计标高H 0 的确定
场地设计标高是进行场地平整与土方量计算的依据,也是总图规划与竖向设计的依据、合理地确定场地的设计标高,对减少土方量与加速工程进度均具有重要的意义。
如图 1、8所示,当场地设计标高为H0时,填挖方基本平衡,可将土方移挖作填,就地处理;
当设计标高为 H1 时,填方大大超过挖方,则需要从场地外大量取土回填;
当设计标高为H2时,挖方大大超过填方,则需要向场外大量弃土、因此,在确定场地设计标高时,应结合场地的具体条件反复进行技术经济比较,选择其中一个最优的方案、其原则是:
①应满足生产工艺与运输的要求;
②充分利用地形,分区或分台阶布置,分不确定不同的设计标高;
③使挖填平衡,土方量最少;
④要有一定泄水坡度(≥ 2‰),使能满足排水要求;
⑤要考虑最高洪水位的影响。
如场地设计标高无其她特不要求时,则可依照填挖土方量平衡的原则加以确定,即场地内土方的绝对体积在平整前与平整后相等。
其步骤如下:
( 1)在地形图上将施工区域划分为边长 a为10~50m若干方格网(图1、9)。
(2 )确定各小方格角点的高程,其方法:
可用水准仪测量;
或依照地形图上相邻两等高线的高程,用插入法求得;
也可用一条透明纸带,在上面画6根等距离的平行线,把该透明纸带放到标有方格网的地形图上,将 6根平行线的最外两根分不对准A点与 B点,这时6根等距离的平行线将A 、B之间的0、5m或1m(等高线的高差)分5 等分,因此便可直截了当读得 H31 点的地面标高,如图 1、10所示,H31 =251、70 、
按填挖方平衡确定设计标高H0,即
(1、12)
从图 1、9中可知,H11系一个方格的角点标高,H12与H21均系两个方格公共的角点标高,H22则是四个方格公共的角点标高,它们分不在上式中要加一次,二次,四次、因此,上式直截了当可改写成下列形式:
(1、13)
式中N -—方格网数;
H 1 --一个方格仅有的角点标高;
H 2-—两个方格共有的角点标高;
H4-—四个方格共有的角点标高。
图1、9的H0即为:
[ (252、45+251、40+251、60+251、60 ) +2(252、00+251、70+251、90+250、95+251、25+250、85 )+4 (251、60+251、28)=251、45m
1、1、5、2场地设计标高的调整
原计划所得的场地设计标高H0仅为一理论值,实际上,还需要考虑以下因素进行调整、
土的可松性影响
ﻫ由于土具有可松性,一般填土会有多余,需相应地提高设计标高。
如图1、11所示,设△ h为土的可松性引起设计标高的增加值,则设计标高调整后的总挖方体积应为:
(1、14)
总填方体积:
(1、15)
此时,填方区的标高也应与挖方区一样,提高△h,即:
(1、16)
移项整理简化得(当 V T=V W):
(1、17)
故考虑土的可松性后,场地设计标高调整为:
(1、18)
式中VW,VT——按理论设计标高计算的总挖方,总填土区总面积;
FW, FT——按理论设计标高计算的挖方区,填方区总面积;
—-土的最后可松性系数、
场内挖方与填方的影响
由于场地内大型基坑挖出的土方,修筑路堤填高的土方,以及从经济观点出发,将部分挖方就近弃于场外,将部分填方就近取土与场外等,均会引起填土方量的变化、必要时,亦需调整设计标高。
为了简化计算,场地设计标高的调整值H ,可按下列近似公式确定,即:
(1、19)
式中Q——场地依照H平整后多余或不足的土方量。
场地泄水坡度的影响
当按调整后的同一设计标高H 进行场地平整时,则整个地表面均处于同一水平面;
但实际上由于排水的要求,场地表面需有一定的泄水坡度。
因此,还需依照场地泄水坡度的要求(单面泄水或双面泄水),计算出场地内各方格角点实际施工所用的设计标高、
①场地具有单向泄水坡度时的设计标高
ﻫ场地具有单向泄水坡度时设计标高的确定方法,是将已调整的设计标高 作为场地中心线的标高(图1、12),场地内任意点的设计标高则为:
(1、20)
式中 Hn—-场地内任一点的设计标高;
l——该点至设计标高 的距离;
i —-场地泄水坡度(不小于2‰)、
例如:
H 11角点的设计标高为:
② 场地具有双向泄水坡度时的设计标高
场地具有双向泄水坡度时设计标高的确定方法,同样是将已调整的设计标高作为场地纵横方向的中心线标高(图 1、13),场地内任一点的设计标高为:
(1、21)
式中 l x,l y———— 该点沿X--X ,Y—— Y方向距场地中心线的距离;
ix,i y———-场地沿X-- X , Y —- Y方向的泄水坡度。
H34角点的设计标高为:
1、1、5、3场地土方量计算
场地土方量计算步骤如下(图1、14 )。
求各方格角点的施工高度hn
(1、22)
式中 hn—-角点的施工高度,以“ +”为填,“—"
为挖;
Hn ——角点的设计标高(若无泄水坡度时,即为场地设计标高);
H ——角点的自然地面标高。
图 1、14中,已知场地方格边长a=20m,依照方格角点的地面标高求得H0=43、48m,按单向排水坡度2 ‰已求得各方格角点的设计标高,因此各方格角点的施工高度,即为该点的设计标高减去地面标高(见图1、14 中的图例)。
绘出“零线"
ﻫ“零线”位置的确定方法是,先求出方格网中边线两端施工高度有“+” “-"中的“零点"
将相邻两“零点”连接起来,即为“零线"
、
确定“零点"
的方法如图1、15 所示,设h 1为填方角点的填方高度,h2 为挖方角点的挖方高度, O为零点位置。
则由两个相似三角形求得:
( 1、23 )
式中x-—零点至计算基点的距离;
a -—方格边长。
同理,亦可依照边长a与两端的填挖高度h 1 , h 2,采纳作图法直截了当求得零点位置。
即用相同的比例尺在边长的两端标出填,挖高度,填,挖高度连线与边长的相交点就是零点。
计算场地挖,填土方量
零线求出后,也就划出了场地的挖方区与填方区,便可按平均高度法分不计算出挖,填区各方格的挖,添土方量。
1、1、5、4 场地边坡土方量计算
场地平整时,还要计算边坡土方量(图1、16 ),其计算步骤如下:
标出场地四个角点 A、 B、 C、D 填、挖高度与零线位置;
依照土质确定填、挖边坡的边坡率 m 1、m2;
算出四个角点的放坡宽度,如A点 =m1ha,D点 =m2 hd ;
绘出边坡图;
计算边坡土方量
A 、B、C、D 四个角点的土方量,近似地按正方锥体计算。
例如,A点土方量为:
(1、24)
AB、CD两边土方量按平均断面法计算。
例如AB边的土方量为:
(1、25 )
AC 、 BD两边分段按三角锥体计算、例如 AC 边 AO段的土方量为:
(1、26)
1、1、6 土方调配
土方调配是土方规划中的一个重要内容,其工作包括:
划分调配区;
计算土方调配区之间的平均运距(或单位土方运价,或单位土方施工费用);
确定土方最优调配方案;
绘制土方调配表。
1、1、6、1土方调配区的划分
应力求挖填平衡、运距最短、费用最省;
便于该土造田、支援农业;
考虑土方的利用,以减少土方的重复挖填与运输、因此,在划分调配区时应注意下列几点:
调配区的划分应与房屋或构筑物
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