场地设计标高的确定
出处:按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《建筑工程施工实用技术手册》第5页(6545字)
场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的基本依据,合理选择和确定场地的设计标高,对减少土方量的开挖、运输和提高施工速度都具有重要意义。场地设计标高选择的原则是:在符合生产工艺和运输的条件下,尽量利用地形的有利条件,以减少土的挖方数量;施工场地内的挖填方量应尽可能达到互相平衡,以降低土方运输的费用;在确定场地设计标高的同时,还应考虑到最高洪水位的影响等。
场地设计标高的计算,最常用的方法是“挖填土方量平衡法”,这种方法概念直观、计算简便、精度满足、比较经济。其方法步骤主要包括:
(一)划分土方计算方格网
划分方格网的基本步骤是:(1)在一定比例尺的地形图上,根据平整场地的范围划分方格网;(2)根据地形变化程度及要求的计算精度,确定方格网的边长,一般取10~40m,地形复杂取小值,地形平坦取大值,一般取边长为20m;(3)在各方格的左上方逐一标出其角点的编号,以便进行计算。
(二)计算各角点的实际标高
各角点的实际标高也称为角点的自然地面标高,可根据地形图上相邻两等高线的高程,用“数解法”或“图解法”求得各角点的实际标高。
(三)计算场地的设计标高
按照场地内挖填方平衡的原则,用式(1-4)计算场地平整的设计标高:
式中 H0——场地平整的设计标高(m);
H1——属一个方格仅有的角点标高(m);
H2——属两个方格共有的角点标高(m);
H3——属三个方格共有的角点标高(m);
H4——属四个方格共有的角点标高(m);
N——场地中方格网的个数。
(四)场地设计标高的调整
按照式(1-4)计算出的场地平整的设计标高H0,实际上是一个理论值,还有很多因素未考虑进去:(1)土的可松性;(2)场地平整对泄水坡度的要求;(3)边坡的填挖方量不等;(4)部分挖土需要就近弃土,或部分填方需要就近填土等因素。在考虑这些因素(特别是排水坡度)后,会引起挖填土方量的变化,应适当提高或降低设计标高。
1.考虑泄水坡度对设计标高的影响
当考虑泄水坡度后,场地内任一点在实际施工时,所采用的设计标高Hn可由下式进行计算:
(1)当采用单向泄水时(图1-1),各点设计标高为:
(2)当采用双向泄水时(图1-2),各点设计标高为:
式中 Hn——考虑泄水坡度后某点的设计标高(m);
l——该点至原设计标高H0的距离(m);
i——单向泄水的坡度(一般不小于2‰);
lx,ly——该点于x-x、y-y方向距场地中点线的距离(m);
ix,iy——分别为x方向和y方向的泄水坡度;
±——该点比H0高时取“+”号,该点比H0低时取“-”号。
图1-1 单向泄水场地示意图
图1-2 双向泄水场地示意图
2.考虑土的可松性对设计标高的影响
由于土石方开挖后具有可松性,即场地的挖方量多于填方量,如果按以上确定的设计标高进行填筑,必然有多余的土石方,所以必须将原设计标高H0提高△h以减少挖方量,如图1-3所示。
图1-3 设计标高调整计算示意图
(a)理论设计标高;(b)调整设计标高
在考虑土的可松性后,场地的设计标高可按下式计算:
(五)计算各角点的施工高度
方格网内各角点的施工高度,即以设计标高为标准角点需要挖或填的高度,由各角点的设计标高减去其相应的地面实际标高而得,可用下式计算:
式中 hi——角点i的施工高度,即挖填高度,以“+”为填,“-”为挖(m);
——角点i的设计标高(m);
Hi——角点i的自然地面标高(m)。
(六)计算零点及绘出零线
当某方格的某条边上相邻两个角点的施工高度出现“+”和“-”时,则表示该边从填至挖的全长中存在一个不挖不填的点,这个点称为零点,如图1-4所示。零点的位置可按下式进行计算:
式中 x——零点到计算点的距离(m);
a——方格的边长(m);
hA,hB——分别为方格相邻两角点A与B的填、挖施工高度,以绝对值代入。
图1-4 某计算边线上的零点位置
将方格网中的各零点连接起来,即形成不挖不填的零线,零线将整个施工土方场地分为挖方区域和填方区域。
(七)计算各方格内的挖或填方体积
1.场地土方量的计算
由于一个施工场地中各角点的施工高度可能是挖或填方,因此各方格挖或填方的土方量计算,主要有以下四种不同类型,如图1-5所示,应分别按下面的公式进行计算:
(1)方格四个角点全部为挖或全部为填,如图1-5a所示,其土方量为:
式中 Vi——某方格挖方或填方的体积(m3);
a——方格的边长(m);
h1、h2、h3、h4——各方格角点的挖填高度(m,用绝对值)。
图1-5 方格土方计算中的四种几何形状
(a)全挖或全填;(b)两挖两填;(c)三挖一填(或三填一挖);(d)一挖一填
(2)方格的相邻两个角点为挖方,另外相邻两个角点为填方,如图1-5b所示,其挖方部分的土方量为:
其填方部分的土方量为
(3)方格的一个角点为挖方(或填方),另外三个角点为填方(或挖方),如图1-5c所示,其填方部分的土方量为:
其挖方部分的土方量为:
(4)方格的一个角点为挖方,相对的角点为填方,另外两个角点为零点时(零线为格的对角线),如图1-5d所示,其挖(填)方的土方量为:
2.场地边坡土方量的计算
在场地平整施工中,沿着场地四周都需要做成边坡状,以保持土体的稳定,保证施工和使用的安全。这就要求还要计算边坡的土方量,其计算步骤如下:
(1)标出场地四个角点A、B、C、D填挖高度和零线位置;
(2)根据土质确定填挖方边坡的系数m1和m2;
(3)计算四角点的放坡宽度,见图1-6:A点的放坡宽度为m1hA,D点的放坡宽度为m2hD;
(4)绘出边坡边线平面示意图,如图1-6所示;
图1-6 场地边坡土方量计算
(5)计算边坡土方量体积:
A、B、C、D四个角点的土方量,近似地按正方锥体计算,A点土方量为
AB、CD两边土方量按平均断面法进行计算,如AB边的土方量为:
AC、BD两边分段按三角锥体进行计算,如AC边lAO段的土方量为:
(八)统计场地平整中的挖、填土方量
将计算的场地方格中挖、填方的体积分别相加,即可得到全场地的总挖方量和总填方量:
(九)适当调整场地平整设计标高
(十)场地平整工程示例
【例1-1】某土方工程进行场地平整,等高线和各方格角点自然地面标高如图1-7所示,方格网的边长为20m,试确定场地设计标高,各方格角点的设计标高、施工高度、画出零线,并计算出挖填方体积。
【解】(1)按照场地内挖填土方量基本平衡的原则,计算场地设计标高,根据式(1-4)可得:
H0=[(252.45+251.40+251.60+250.60)+2(252.00+251.70+251.90+250.95+251.25+250.85)+3(0)+4(251.60+251.28)]/(4×6)=251.45(m)
(2)根据方格纵向排水坡度为3‰,横向排水坡度为2‰,由式(1-6)确定各角点的设计标高:
H′11=251.45-30×3‰+20×2‰=251.40(m)
同理,可求出其他各角点的设计标高,如图1-7所示。
图1-7 场地平整方格网计算示意图
(3)由式(1-8)确定各角点的施工高度hi:
h11=H′11-H1=251.40-252.45=-1.05(m)
同理,可求出其他各角点的施工高度,如图1-7所示。
(4)根据所求各角点的施工高度,由式(1-9)确定零点:
x2223=ah22/(h22+h23)=20×0.18/(0.18+0.20)=9.47(m)
同理,可求出其他各零点,将各零点连接起来,形成零线,如图1-7所示。
(5)根据方格中不同的施工高度和组成的不同类型,由式(1-10)~式(1-15)计算可得
场地平整中的挖方量为:
VwⅠ=202(1.05+0.45+0.54+0.18)/4=222(m3)
VwⅡ=(202/6)×(2×0.18+0.54+2×0.18-0.20)+(202/6)×0.202/[(0.18+0.20)×(0.18+0.20)]
=89.13(m3)
VwⅢ=(202/6)×0.182/[(0.20+0.18)×(0.18+0.18)]=15.79(m3)
VwⅣ=(202/6)×(2×0.18+0.54+2×0.28-0.13)+(202/6)×0.132/[(0.18+0.13)×(0.28+0.13)]
=97.53(m3)
VwⅤ=(202/6)×0.182/[(0.13+0.18)×(0.20+0.18)]=18.34(m3)
总挖方量Vw=∑Vwi=222+89.13+15.79+97.53+18.34=442.79(m3)
场地平整中的填方量计算如下:
VtⅡ=(202/6)×0.202/[(0.18+0.20)×(0.18+0.20)]=18.47(m3)
VtⅢ=(202/6)×(2×0.18+0.59+2×0.20-0.18)+VwⅢ=93.79(m3)
VtⅣ=(202/6)×0.132/[(0.18+0.13)×(0.28+0.13)]=8.86(m3)
VtⅤ=(202/6)×(2×0.20+0.59+2×0.13-0.18)+VwⅤ=89.67(m3)
VtⅥ=(202/4)×(0.20+0.59+0.59+0.90)=228(m3)
总填方量Vt=∑Vti=18.47+93.79+8.86+89.67+228=438.79(m3)
由于整个场地平整中的总挖方量与总填方量比较接近,所以本工程不需对场地设计标高进行调整,则场地中心点的设计标高为251.45m。