Раздел III УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЯНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Глава 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
§ 1. Виды земляных сооружений и машины для земляных работ
Земляные сооружения по своему назначению делятся на постоянные и временные.
Постоянные земляные сооружения предназначены для эксплуатации в течение длительного времени. К ним относятся: спланированные площадки, земляное полотно дорог, плотины, дамбы, каналы, искусственные водоемы, отстойники и т. п.
Временные земляные сооружения устраивают для выполнения последующих строительно-монтажных работ. Это траншеи, котлованы, различного вида перемычки, временные нагорные и водо-перехватывающие канавы и т. п.
В жилищно-гражданском и промышленном строительстве наибольшее распространение получили работы, связанные с планировкой площадок, устройством котлованов и траншей. Объемы этих работ постоянно увеличиваются и в настоящее время составляют 16 млрд. м3 в год. Численность рабочих на выполнении земляных работ составляет 9,3 % общей численности рабочих в строительстве, в том числе на выполнении работ вручную — 2,9 %.
Земляные работы, в зависимости от строительных свойств грунта, осуществляют гидромеханическим, взрывным, комбинированным, механическим или другими специальными способами.
Гидромеханический способ состоит в разработке грунта напорной водяной струей гидромониторных установок или всасывании грунта со дна водоемов плавучими землесосными снарядами.
Взрывной способ основан на использовании силы взрывной волны различных взрывчатых веществ, заложенных в специально устроенные шпуры, скважины или шурфы, и является одним из эффективных средств механизации трудоемких и тяжелых работ.
Механический способ заключается в разработке грунта землеройными (одноковшовыми и многоковшовыми экскаваторами) и землеройно-транспортными (бульдозерами, скреперами, грейдерами, грейдерами-элеваторами) машинами.
В строительстве этим способом выполняется 80...85 % земляных работ. В нашей стране применяется свыше 140 тыс. экскаваторов, 42 тыс. скреперов и 142 тыс. бульдозеров. Основные объемы работ выполняются одноковшовыми экскаваторами (38,2 %), бульдозерами (29,7 %), скреперами (15 %), многоковшовыми экскаваторами (6 %) и прочими машинами (11,1 %).
Одноковшовые экскаваторы — универсальные землеройные машины, выполняющие рытье котлованов, траншей, каналов, а также устройство насыпей и других земляных сооружений. Экскаваторы оснащаются различным сменным оборудованием: прямой или обратной лопатой — для разработки грунта выше или ниже уровня стоянки экскаватора (рытье траншей и котлованов); драглайном — для разработки грунта ниже уровня стоянки экскаватора (рытье глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей); грейфером — для рытья небольших, но сравнительно глубоких котлованов, а также для погрузочно-разгру-зочных работ; телескопическим оборудованием — для планировочных работ (экскаваторы-планировщики).
Одноковшовые экскаваторы бывают с механическим (канатным) и гидравлическим приводом. В настоящее время широко применяются гидравлические экскаваторы, которые по сравнению с канатными имеют значительные конструктивные и технологические преимущества: они более производительны (на 15... ...20 %), легче в управлении, эффективны при разработке плотных и полускальных грунтов, их конструкция позволяет оперативно заменять сменное оборудование и сменные рабочие органы. Кроме того, гидравлические экскаваторы обеспечивают с одной сто-янки^ббльшую рабочую зону экскаватора.
В промышленном и жилищно-гражданском строительстве в основном нашли применение прямые и обратные лопаты с ковшом вместимостью от 0,4 до 1,25 м3 (реже до 2,5 м3), а также драглайны и грейферы с ковшом вместимостью от 0,4 до 1 м3.
Многоковшовые экскаваторы (цепные и роторные продольного копания) служат для разработки грунтаниже уровня стоянки, в основном при отрывке траншей (с вертикальными и наклонными стенками)под фундаменты, инженерные и трубопроводные сети.
Землеройно - транспортные машины предназначены для послойного копания, транспортирования, отсыпки и планировки грунтов.
Бульдозеры используют для копания, перемещения и планировки грунта, а также его зачистки в котлованах, разработанных другими землеройными машинами. Мощность двигателя бульдозера — от 55 до 450 кВт (75...600 л. с), а в отдельных случаях — 750 кВт (1000 л. с).
Бульдозер, оборудованный навесным статическим рыхлителем, служит для рыхления мерзлых и полускальных грунтов. Сверхмощные бульдозеры (мощностью свыше 400 кВт), например Чебоксарского завода на базе трактора Т-500, приспособлены для эффективного рыхления сильно промерзших глинистых и полускальных грунтов, а также трещиноватых скальных грунтов.
Скреперы применяют для послойного копания, транспортирования и отсып-
ки слоями мягких и сыпучих грунтов. В последние годы скреперы стали также использоваться для выемки и транспортирования мерзлых, полускальных и трещиноватых скальных грунтов после предварительного их рыхления навесными статическими рыхлителями. Скреперы могут быть прицепными (вместимость ковша 2,25... 15 м3) и самоходными (4,5...25 м3, а в перспективе до 50 м3). Для загрузки самоходных скреперов используют тракторы-толкачи.
Одноковшовые погрузчики, в особенности на пневмоколесном ходу, благодаря высокой мобильности и значительной производительности, получают все более широкое распространение в строительстве. Они применяются как погрузочное, погрузочно-транспортное и вспомогательное оборудование.
В нашей стране серийно выпускаются фронтальные погрузчики на пневмоколесном ходу, в основном малой мощности, с ковшом вместимостью 1...2 м3. Прошли испытания опытного образца погрузчика ТО-21 грузоподъемностью 15 т и вместимостью ковша 7,5 м3. Намечается создание мощных погрузчиков грузоподъемностью 25 т (вместимость ковша 12,5 м3) и 40 т.
Грейдеры и автогрейдеры предназначены для планировочных и профилировочных работ с грунтом или материалами, используемыми для устройства дорожных оснований.
Грейдеры-элеваторы применяются для послойного копания грунта и перемещения его в отвал или транспортные средства.
Гидромониторные установки и земснаряды отделяют, транспортируют и укладывают грунт с помощью воды. Они служат для намыва площадок, плотин, насыпей, разработки котлованов, спрямления русел рек, углубления водоемов, добычи и сортировки песка, гравия и т. п. Для транспортирования грунта применяют трубопроводы.
Грунтоуплотняющие машины и механизмы предназначены для послойного уплотнения различных по физико-механическим свойствам грунтов. Для этой цели применяют кулачковые катки, трамбовочные пли-
ты, вибрационные установки, навесные гидротрамбовки, вибраторы и другие средства.
Для транспортирования грунта используют самосвалы, автопоезда в составе автомобилей ЗИЛ, МАЗ, КраЗ или КамАЗ и самосвальных прицепов грузоподъемностью 2,25; 3,5; 4,5; 6; 7; 9; 11; 25; 27; 40 и 75 т; ленточные конвейеры и специально оборудованные саморазгружающиеся вагоны (думпкары). В перспективе намечается создание специальных самосвалов-землевозов и полуприцепов-самосвалов грузоподъемностью 180...300 т с дизель-электрическим приводом.
Комбинированный способ представляет сочетание указанных выше способов и зависит от условий разработки. Наиболее часто применяют сочетание механического способа с гидромеханическим или взрывным.
Наличие различного вида строительных машин, механизмов и специального оборудования еще не обеспечивает полной ликвидации ручного труда, особенно при выполнении малых объемов земляных работ (зачистка и планировка траншей, приямков, отделка откосов, подготовка песчаных подушек под фундаменты, засыпка, разравнивание и уплотнение грунтов в стесненных условиях и т. п.).
§ 2. Основные строительные свойства
и классификация грунтов
Грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. К ним относят растительный грунт, песок, супесь, гравий, глину, суглинок, торф, плывуны, различные полускальные и скальные грунты.
По к р у п н о с т и минеральных частиц грунта, их взаимной связи и механической прочности грунты делят на пять классов: скальные, полускальные, крупнообломочные, песчаные (несвязные) и глинистые (связные).
К скальным грунтам относятся сцементированные водоустойчивые и практически несжимаемые породы (граниты, песчаники, известняки и т. п.), залегающие обычно в виде сплошных или трещиноватых массивов.
К полускальным грунтам относятся сцементированные породы, способные к уплотнению (мергели, алевролиты, аргиллиты и т. п.) и неводостойкие (гипс, гипсоносные конгломераты).
Крупнообломочные грунты состоят из несцементированных кусков скальных и полускальных пород; обычно содержат более 50 % обломков пород размером свыше 2 мм.
Песчаные грунты состоят из несцементированных частиц пород размером 0,05...2 мм; представляют собой, как правило, естественно разрушившиеся и преобразованные в различно^ степени скальные грунты; не обладают пластичностью.
Глинистые грунты также являются продуктом естественного разрушения и преобразования первичных горных пород, составляющих скальные грунты, но с преобладающим размером частиц менее 0,005 мм.
Основным объектом разработки в строительстве являются глинистые, песчаные и песчано-глинистые, а также крупнообломочные и полускальные грунты, покрывающие большую часть земной поверхности.
К основным свойствам и показателям грунтов, влияющим на технологию производства, трудоемкость и стоимость земляных работ, относятся: плотность, влажность, прочность, сцепление, кус-коватость, разрыхляемость, угол естественного откоса и размываемость.
Плотностью р называется отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему. Плотность песчаных и глинистых грунтов — 1,5...2 т/м3; полускальных неразрыхленных грунтов — 2... ...2,5 т/м3, скальных — более 2,5 т/м3.
Влажностью wназывается отношение массы воды в порах грунта к массе его твердых частиц (в процентах). Грунты влажностью до 5 % считают сухими, свыше 30 % — мокрыми, а от 5 до 30 % — нормальной влажности.
Для повышения производительности машин и снижения трудоемкости некоторых работ (уплотнение грунта во время обратной засыпки пазух котлованов, устройство насыпей, трамбование грунта и др.) грунты стремятся доводить до оптимальной влажности, определяемой гранулометрическим составом грунта, требуемой его плотностью, типом применяемых машин и другими факторами.
При значительной влажности глинистых грунтов появляется липкость. Большая липкость грунта усложняет его выгрузку из ковша машины или кузова, условия работы конвейера или передвижение машины.
Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внешним силовым воздействиям. Для оценки прочности горных пород и грунтов пользуются коэффициентом крепости по М. М. Протодьяконову
Косвенными показателями прочности грунтов являются скорость их бурения, а также число ударов ударника ДорНИИ.
Сцепление определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу и зависит от вида грунта и степени его влажности. Сцепление песчаных грунтов — 0,03... ...0,05 МПа, глинистых — 0,05... ...0,3МПа, полускальных —0,3...4МПа и скальных — более 4 МПа.
Кусковатость разрыхленной массы (гранулометрический состав) характеризуется процентным содержанием различных фракций.
Разрыхляемость — это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке вследствие потери связи между частицами. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентами первоначального и остаточного разрыхления. Коэффициент первоначального разрыхления kpпредставляет собой отношение объема разрыхленного грунта к его объему в природном состоянии; для песчаных грунтов kр = 1,15... 1,2, для глинистых kр = 1,2...1,3, для полускальных и скальных грунтов при взрывании «на встряхивание» kpизменяется от 1,1 до 1,2, а при взрывании «на развал» — от 1,25 до 1,6 (при большой кусковатости до 2).
Коэффициент остаточного разрыхления kp.o характеризует остаточное увеличение объема грунта (по сравнению с природным состоянием) после его уплотнения. Значение коэффициента kр.о обычно меньше kpна 15...20 %.
Угол естественного откоса характеризуется физическими свойствами грунта, при котором он находится в состоянии предельного равновесия. Величина угла естественного откоса зависит от угла внутреннего трения, силы сцепления и давления вышележащих слоев грунта. При отсутствии сил сцепления предельный угол естественного откоса равен углу внутреннего трения. В соответствии с этим крутизна откосов выемок и насыпей, выражаемая отношением высоты к заложению (h/а = 1/m, где т — коэффициент откоса), для постоянных и временных земляных сооружений различна. Крутизна откосов устанавливается СНиПами.
Все грунты группируют и классифицируют по трудности разработки различными землеройными машинами и вручную. Наиболее часто для оценки трудности разработки грунта используют показатель удельного сопротивления резанию (копанию) KF
Удельное сопротивление копанию (резанию) KFпредставляет собой отношение касательной составляющей усилия, развиваемого на режущей кромке ковша землеройного и землеройно-транспортного оборудования, к площади поперечного среза грунта (стружки).
Значение Kfзависит как от свойств и показателей разрабатываемого грунта, так и от конструктивного исполнения рабочего органа землеройного и землеройно-транспортного оборудования.
Проф. Н. Г. Домбровским были предложены шесть групп грунтов: I и II — слабые (мягкие) и плотные грунты (чернозем, лесс, суглинок и т. п.), III и IV — очень плотные (тяжелые суглинки, глины и т. п.) и полускальные грунты (сланцы, алевролиты и т. п.), V и VI — соответственно хорошо и плохо разрыхленные полускальные и скальные грунты. Указанная группировка грунтов по трудности разработки машинами нашла широкое применение в строительстве, на карьерных разработках, в экскаваторостроении; в измененном виде она положена в основу нормирования и расценок земляных работ в существующих ЕНиР.
Группировка грунтов по трудности разработки в ЕНиР составлена отдельно для немерзлых (I...VI группы) и мерзлых (1м.,.1Пм) грунтов, причем грунты
перечисляются в алфавитном порядке с указанием средних значений плотности. Разрыхленные немерзлые грунты нормируются на одну группу ниже, чем эти же грунты в массиве (неразрых-ленном состоянии). К V и VI группам отнесены грунты, кроме пестроцвет-ных моренных глин, разрабатываемые после предварительного разрыхления.
В качестве критерия трудности разработки грунтов различными видами землеройного оборудования часто используют скорость распространения упругих волн в массиве. Так, рядом отечественных заводов-изготовителей и зарубежных фирм по этому критерию устанавливается область применения существующего и перспективного землеройного и землеройно-транспортного оборудования.
Глава 2
СПОСОБЫ ПОДСЧЕТА ОБЪЕМОВ РАБОТ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗЕМЛЯНЫХ МАСС
§ 1. Определение объемов работ
Объемы работ, подсчитываемые при проектировании земляных сооружений, служат основанием для принятия технических решений по выбору способа выполнения работ и расчета комплекта машин, составления очередности и организации производства работ, определения их стоимости и продолжительности. Объемы земляных работ определяют также в процессе их производства по натурным замерам: при промежуточной приемке выполненных работ, закрытии нарядов, контрольных обмерах, сдаче объекта заказчику.
При определении объемов работ пользуются известными формулами геометрии: при этом сложные по форме сооружения членят на ряд простейших геометрических фигур, частные объемы которых затем суммируют.
Для облегчения подсчетов изданы справочники с таблицами и номограммами; при значительных объемах подсчетов используют средства вычислительной техники.
Если расчет по обмеру грунта в плотном (природном) состоянии невозможен, объем пересчитывают с учетом коэффициента разрыхления, значения которого для различных грунтов приведено в ЕНиР, сб. 2, вып. 1. Наличие на одном объекте земляных масс, состоящих из напластований грунтов различных групп, в связи с неодинаковой трудностью их разработки требует раздельного подсчета.
В зависимости от вида земляного сооружения и рельефа местности подсчет объемов земляных работ ведут различными методами.
Объемы земляных работ при проектировании планировки площадок определяют на основе картограммы земляных работ, представляющей собой план участка с горизонталями и нанесенной сеткой квадратов с обозначением черных, красных и рабочих отметок вершин квадратов, а также с изображением линии нулевых работ. Сторону квадрата принимают от 10 до 50 м в зависимости от рельефа местности (в квадрате должно быть не менее одной и не более двух горизонталей) (рис. III. 1, а). При сложном рельефе местности квадраты делят диагоналями на треугольники. Диагональ должна проходить приблизительно по направлению водораздела или тальвега в соответствии с изменением характера рельефа местности (рис. 111.1,6).
Наиболее целесообразно проектировать планировку площадки так, чтобы соблюдался нулевой баланс земляных масс, когда планировка производится перераспределением земляных масс на самой площадке, без завоза недостающего или вывоза лишнего грунта за ее пределы.
Среднюю отметку поверхности площадки, м, при подсчете объемов работ по квадратам определяют по формуле-
где ∑H4 и ∑H2— сумма черных отметок вершин, общих соответственно для четырех и двух квадратов;
∑Н1— сумма черных отметок вершин, принадлежащих одному квадрату, п — количество квадратов.
При подсчете по треугольникам
где∑H 8, …, ∑H — сумма черных отметок вершин, общих соответственно для восьми, семи и т. д. треугольников; ∑H1— сумма черных отметок вершин, принадлежащих одному треугольнику, п — количество треугольников.
Подсчету объемов работ предшествует нахождение проектных (красных) отметок вершин квадратов или треугольников с учетом проектных уклонов площадки и определение рабочих отметок. Последние вычисляют как разность между проектными и черными отметками.
На картограмме рабочие отметки со знаком «плюс» 'указывают на необходимость устройства насыпи, со знаком «минус» — выемки.
Квадраты и треугольники с рабочими отметками одинаковых знаков называют одноименными, разных — переходными. На сторонах переходных квадратов (треугольников), отложив в произвольном масштабе рабочие отметки — с плюсом в одну сторону, с минусом — в другую, и соединив крайние точки прямой, получаем на пересечении ее со стороной квадрата нулевую точку (рис. III. 1, г). Линия на плане площадки, проведенная через нулевые точки переходных квадратов,— линия нулевых работ — разграничивает участки выемки и насыпи.
При подсчете по сетке квадратов объем выемки или насыпи определяют как сумму объемов грунта, расположенного
Рис. III.l. Определение объемов работ при планировке площадкии устройстве котлована:
а — план участка с разбивкой на квадраты; б — то же, на треугольники; в — профиль площадки; г — графическое построение нулевой линии; д — план котлована; / — поверхность естественного рельефа; 2 — проектная поверхность; 3 — проектируемый котлован; 4 — условный уровень; H1…H8 черные отметки вершин квадратов или треугольников, общие для одной, двух, трех и более вершин; т, т + 0,5 — отметки горизонталей; h1…h8 , — рабочие отметки вершин квадратов и треугольников; m1, т2— коэффициенты откоса (в квадратах и треугольниках сеток указаны их порядковые номера); I—I...V—V— сечения котлована в характерныхего точках
'
Таблца III І. Схемы и формулы для определения объемов работ при вертикальной планировке площадок
Условные обозначения: V'- объем работ; м3; а-сторона квадрата (треугольника), м; hth1t...,hn-рабочие отметки ; нижние индексы н,в - насыпь и выемка; ХЛ - сумма абсолютных значений всех рабочих отметок переходного квадрата, м; т- коэффициент заложения откосов; /у ,Гг- площади попе -речных сечений откосов, мг; I- длина участка откоса, м.
в пределах отдельных квадратов и их частей, а по сетке треугольников — в пределах отдельных треугольников и их частей. Объемы грунта выемки или насыпи подсчитывают с учетом грунта откосов, устраиваемых по контуру планируемой площадки. Для этого по контуру площадки в наружных углах квадратов откладывают величину заложения откосов, равную произведению рабочих отметок hна коэффициент откосов т, и получают очертание в плане бровок выемки и насыпи. Формулы для определения объемов элементов насыпи и выемки приведены в табл. III.1.
Для удобства выполнения вычислений все расчеты рекомендуется сводить в таблицы.
При подсчете по формулам (III. 1) и (II 1.2) средней отметки поверхности площадки не учтены остаточное разрыхление грунта, объем грунта в откосах, устраиваемых по периметру площадки, объем грунта выемок, расположенных ниже средней отметки поверхности площадки, и т. д. Поэтому для соблюдения условия нулевого баланса вычисляют среднюю планировочную от м е т к у, м (рис. III.1, в):
Hcp=Ho±∆h , (111.11)
где ∆h — поправка к средней отметке поверхности площадки, м:
где Vв — объем грунта выемки на планируемой площадке, м3; kp.o— коэффициент остаточного разрыхления грунта, принимаемый по прил. ЕНиР, сб. 2, вып. 1 с переводом процентов в десятичную дробь;
Vв.д — объем грунта дополнительных выемок, разрабатываемых на площадке, включая объемы откосов в выемке, м3; У„.д— то же, дополнительных насыпей, включая объемы откосов в насыпи, м3; F— площадь планируемой площадки, м2; FB.A и ^н.д — площадь дополнительных выемок и насыпей, разрабатываемых и возводимых на площадке, м2.
При положительном значении Ahотметку Носледует повысить, а при отрицательном — понизить.
После вычисления средней планировочной отметки корректируют все проектные и рабочие отметки, затем определяют новое положение линии нулевых работ и вносят поправки в объемы работ.
При проектировании планировки площадки без соблюдения нулевого баланса ее проектную поверхность определяют исходя из заданных условий, не вычисляя средней планировочной отметки.
Объем земляных работ при устройстве котлована подсчитывают по методу поперечных профилей. Для этого, как и при вертикальной планировке площадок, вычисляют рабочие отметки в углах и точках пересечения контура дна котлована с горизонталями. Затем определяют величины заложений откосов hm, наносят их на план и, соединив их крайние точки прямыми линиями, получают очертания откосов.
Объемы работ вычисляют по участкам, полученным в результате деления котлована вертикальными профильными плоскостями (рис. III.1, д). Такие плоскости проводят в торцах котлована (сечения /—/ и V—V) и в точках пересечения горизонталей с продольной осью (сечения //—//, III—IIIи IV—IV).
Объемы грунтов на каждом участке определяют, пользуясь формулами (III.13) — (III.15) из табл. Ш.2. Участки откосов, как и при планировке площадок, разбивают на угловые пирамиды и промежуточные призматоиды, объемы которых подсчитывают по формулам (III.8) и (Ш.9) из табл. III.1.
Для определения объемов работ по устройству котлованов сложных очертаний их расчленяют на ряд простых составных элементов, объем каждого из которых вычисляют по формуле (III. 13). При необходимости устройства въездной траншеи в котлован объем ее определяют по формуле (III. 18).
При наличии ленточных фундаментов дно котлована отрывают несколько ниже проектной отметки. Объем дополнительно разработанного грунта компенсируется затем грунтом, вынутым из траншеи под фундамент.
Величина понижения отметки дна котлована, м,
x = VTP/FK (III. 19)
где Vтр — объем траншеи, м3; FK— площадь дна котлована, м2.
Объем земляных работ при рытье траншей определяют по продольным и поперечным профилям траншеи. Продольный профиль членят на участки между точками перелома и для каждого из таких участков по формулам
(III.13) —(III.15) из табл. Ш.2 отдельно вычисляют объемы, после чего суммируют их.
Ширину траншей по дну принимают согласно требованиям СНиПов. Для укладки трубопроводов плетями или секциями ширина траншеи В — D+ 0,3 м, а при укладке трубопроводов отдельными трубами (в зависимости от диаметра и вида труб) — от В = D+ + 0,5 м до D+ 1,2 (здесь D— наружный диаметр трубопровода с учетом изоляции). При наличии крепления ширина траншеи увеличивается на толщину конструкции крепления.
Минимальная ширина траншеи для ленточного фундамента равна ширине подошвы фундамента с учетом принятого способа производства работ и должна быть не менее ширины режущей кромки рабочего органа землеройной машины.
Условные обозначения: V-объем, м''; F-площадь поперечного сечения, мг; Ь- ширина по дну, м; h- рабочая отметка, м; I -длина участка, м; т - коэффициент заложения откосов; т'- коэффициент заложения дна въездной траншеи; А,В-стороны выемок поверху,м; а,Ь -стороны выемок понизу, м.
Объемы земляных работ при устройстве линейных земляных сооружений большой протяженности (дорог, каналов и др.), как и траншей, вычисляют по продольным и поперечным профилям проекта.
Положение нулевых отметок в местах перехода выемок в насыпь определяют по формулам (III.20) и (III.21) из табл. II 1.3.
Объем земляных работ на участках между переломами профиля в зависимости от разности отметок смежных сечений и расстояния между сечениями в точках перелома профиля вычисляют по формулам (II 1.22) и (II 1.23). В формуле (111.23) учтена поправка на уклон инженера Ф. Ф. Мурзо,
равная т (h1, — h2)2/12.
Общий объем земляных работ по устройству насыпи и выемки слагается из суммарных объемов земляных работ, подсчитанных для каждого участка.
§ 2. Распределение земляных масс при планировке площадки
Выбор методов производства работ в большой мере зависит от распределения земляных масс, которое сводится к нахождению направлений и средней дальности перемещения грунта.
Средней дальностью перемещения грунта считают расстояние между центрами тяжести выемки и насыпи. Это" расстояние, приближенное, но достаточное для подбора комплектов машин, определяют для площадки в целом, если ее размеры невелики, а при сложном рельефе и значительной площади — для отдельных ее участков.
Задачу распределения земляных масс при планировке площадки можно решить аналитически, графоаналитически неприменением линейного программирования. Во всех случаях стремятся к тому, чтобы сумма произведений объемов грунта выемок на расстояния перемещения была бы наименьшей.
Таблица III. 3. Схемы и формулы для подсчета объемов работ при устройстве дорог и каналов
Условные обозначения:h,h,,h2,...,hn— рабочие отметки по оси профиля, м; I — длина участка,м; Fcp —площадь среднего сечения между смежными поперечными профилями на одинаковом расстоянии, м2; т —коэффициент заложения откосов
Аналитический метод (метод статических моментов). Координаты центра тяжести выемки хB, уBи насыпи хН, уНвычисляют по статическим моментам объемов относительно координатных осей — двух сторон площадки или двух взаимно перпендикулярных сторон нивелировочной сетки:
где V'B, Vн— объемы грунта в пределах простейших фигур, м3; хв, ув, ха, ун— координаты центров тяжести простейших фигур, м.
Среднюю дальность перемещения грунта Lcp> м, определяют как расстояние между двумя точками по их координатам: 
Графоаналитический метод (рис. III. 2, а). В двух проекциях картограммы по вертикальным рядам квадратов строят кривые объемов грунта раздельно по нарастающим объемов выемки и насыпи.
Площадь каждой неправильной фигуры Wtи №2> заключенная между интегральными кривыми объемов выемки и насыпи, можно заменить равновеликим параллелограммом высотой Vи основанием 1ги 12. Эти параллелограммы являются геометрической интерпретацией проекции суммарной работы по перемещению грунта и представляют собой произведения объема грунта Vна проекцию среднего расстояния перемещения /1 и 1г:
W1= V l1; (111.29)
W2= Vlt,(111.30)
откуда 11= W/V; l2= W/V.
Среднее расстояние перемещения грунта
Для упрощения вычисления площадей Wxи W2можно построить равновеликие фигуры по разностям нарастающих объемов выемок и насыпей — кривые Брюкнера (см. рис. III.2, а).
При сложном рельефе площадку делят на участки, подбирая равновеликие объемы (при нулевом балансе) выемок и насыпей в пределах простейших фигур (квадратов или треугольников) либо графическим способом (рис. II 1.2, б).
Точка К пересечения кривых нарастающих объемов выемки и насыпи определяет положение прямой MN, разделяющей площадку на два участка — ABNMи M.NCD, в пределах которых объемы насыпи и выемки равновелики. Для каждого участка строят кривые объемов по нарастающим итогам вертикальных и горизонтальных рядов квадратов.
Метод линейного программирования. На сложных площадках при значительных расстояниях перемещения грунта оптимальный вариант выбирают методом линейного программирования с применением вычислительных машин или рассчитывают вручную. Для определения минимума транспортной работы, м3, составляют математическую модель в виде целевой функции
где m— количество квадратов выемки; i—номер квадрата выемки (i= 1, 2,.... т)\ п — количество квадратов насыпи; / — номер квадрата насыпи (/ = 1, 2, ..., п)\ Ctj— расстояние перемещения 1 м3 грунта из квадрата выемки t в квадрат насыпи /; At— запас грунта в 1-м квадрате выемки, м3; В,- — потребность грунта в /-м квадрате насыпи, м3; Хц — искомый объем грунта, м3, вынутого в /-М квадрате выемки, перемещенного и уложенного в i-й квадрат насыпи.
Рис. III.2. Распределение земляных масс на площадке:
а — определение среднего расстояния перемещения грунта графоаналитическим методом; б — членение выем-■ ки и насыпи на участки; в — распределение земляных масс методом линейного программирования (оптимальный план); / — план площадки; 2, 3 — кривые объемов насыпей и выемок по нарастающим итогам вертикальных рядов квадратов; 4, 5 — то же, по нарастающим итогам горизонтальных рядов квадратов; 6 — параллелограммы, равновеликие фигурам, заключенным между кривыми объемов выемок и насыпей; 7 — среднее расстояние перемещения грунта; 8 — кривые объемов выемок и насыпей для участков I и II
Уравнение (ІІІ.32) выражает собой оптимальное решение задачи.
Ограничения (ІІІ.ЗЗ) — (ІІІ.35) соответственно означают:
суммарный объем грунта квадратов выемок равен объему грунта (в плотном теле), уложенного в квадратах насыпи, (нулевой баланс);
грунт каждого квадрата выемки полностью перемещается в квадрат насыпи;
каждый квадрат насыпи полностью обеспечивается грунтом.
Для решения целевой функции составляют алгоритм либо пользуются готовым алгоритмом линейного программирования транспортной задачи.
Средневзвешенную дальность перемещения грунта определяют по формуле Lср.д = min Z/V. (ІІІ.36)
Средневзвешенную дальность перемещения грунта и оптимальное его распределение наносят на картограмму земляных работ в виде векторов, возле каждого из которых обозначают объем и расстояние доставки грунта (рис. III. 2, в).
|
Скачать 18.72 Mb.