第二节 场地平整

场地平整就是将原始的自然地面根据工程项目的要求和场地条件改造成工程项目所需的平面。一、场地竖向规划设计主要内容确定满足规划和生产工艺方面或使用要求的场地设计标高和排水坡度。1、场地竖向标高的确定确定时，是将要平整的场地划分为边长为A的若干方格，并将各方格角点的原地形标高（原始标高）标在图上，称为方格网法。22场地平整设Z0为场地确定的设计标高N为方格数ZI1,ZI2,ZI3,ZI4为第I个方格四个角点的原地形标高根据挖填土方量相等的原则（按平均断面法计算各方格土方量）A2Z0NNI1A2ZI1ZI2ZI3ZI4/4即Z0NI1ZI1ZI2ZI3ZI4/4N由图可知，11号角点为一方格独有，而12,13,21,24号角点为两个方格共有，22,23,32,33号角点则为四个方格所共有，在用上式计算场地标高Z0时类似11号角点的标高仅加一次，类似12号角点的标高加两次，类似22号角点的标高则加四次，这种在计算过程中被应用的次数PI反映了各角点的原始标高对计算结果的影响程度，测量上称为”权”，考虑各角点标高的”权”，为了便于计算上式可改成Z01/4NZ12Z23Z34Z4式中Z1一个方格独有的角点标高Z2,Z3,Z4为二、三、四个方格所共有的角点标高假定，Z0为场地的中心点标高，IX,IY为纵、横轴方向的泄水坡度（沿X轴、Y轴）LX,LY为场地内某点离中心点的距离则ZIZ0LXIXLYIY求得了场地各点的设计标高,则根据各点的原始标高,可求得其施工高度挖填高度HIZIZI若计算出的施工高度为正,说明该点为填方计算出来的施工高度为负,说明该点为挖方2、最佳设计平面确定最佳设计平面即为在场地平整施工中，将天然的地平面改造为所需要的平面，既能保证挖方量和填方量相等（挖填平衡），又能满足总的土方量最少这两个条件。方程为X/AY/BZ/C1则在这个平面上任何一点I的标高Z可以根据下式公司求出ZICXIIXYIIY式中C为原点坐标XI,YI为I点在X,Y方向的坐标IX,IY为I点在X,Y方向的坡度IXTANC/A，IYTANC/B假定最佳设计平面的方程为ZICXIIXYIIY则场地各方格网角点的施工高度为HIZIZICXIIXYIIYZII1,2N式中HI方格网各角点的施工高度ZI方格网各角点的设计标高ZI方格网各角点的原始地形标高N方格网角点总数由场地的土方量按平均断面法（底面积乘以高）计算可知，施工高度之和的平均值与土方量成正比,由于有的方格有挖有填，即施工高度有正有负，若方格的施工高度之和为零时，则表明该场地方格的土方挖填平衡，不能反映出填方和挖方的绝对值之和为多少，为了保证不使施工高度正负相互抵消,既要保证挖填平衡，又要满足总的土方量少，这时就应根据运筹学线性规划理论方面的求最大和最小的最小二乘法原理，把施工高度平方后再相加，则其总和能反映土方工程挖填方绝对值之和的大小，这就是求最佳设计平面的思路。令为土方施工高度之平方和即NI1PIHI2P1H12P2H22PIHI2PNHN2注意在计算施工高度总和时，应考虑方格网各点施工高度在计算土方量时被应用的次数PI权将施工高度HIZIZI，其中ZICX1IXY1IY代入则P1CX1IXY1IYZ12P2CX2IXY2IYZ22CXIIXYIIYZI2PNCXNIXYNIYZN2按照最小二乘法的原理,当的值最小时,该设计平面既能保证土方量最小,又能满足挖填平衡但上面的参数C,IX,IY是假定的,为了求得最小时的设计平面参数C,IX,IY，根据解析几何微积分求最小的方法，分别对上述三个参数C,IX,IY求偏导数，并令其等于0，于是求得经整理可求得准则方程PCPXIXPYIYPZ0PXCPXXIXPXYIYPXZ0PYCPXYIXPYYIYPYZ0式中PP1P2PIPNPXP1X1P2X2PIXIPNXNPXXP1X1X1P2X2X2PIXIXIPNXNXNPXYP1X1Y1P2X2Y2PIXIYIPNXNYN以此类推，解联立方程，即可求得平面三个参数C,IX,IY，确定最佳设计平面，然后求出划分的方格的角点设计标高，并根据原始标高计算出各方格角点的施工高度，讨论最佳设计平面的几种情况1场地为水平时，IXIY0,Z0C2C为一定值（已知），求IX、IY3IY或IX已知，求另两个参数IX或IY和C4当IY和IX已知，可求得C3、设计标高的调整实际工程中，对计算所得的场地设计标高，应根据以下情况进行调整，以满足土方工程施工的需要。1、考虑土的可松性。需相应提高场地设计标高,以达到土方量的实际平衡。设场地平整施工中根据最佳设计平面求得的挖方量为V,填方量为VT,挖方区和填方区的面积为F,FT,土的最后可松性系数为KS,但不考虑调整前后的挖方区和填方区面积的变化。则调整后总的挖方量减少VVFH式中V调整后的挖方量H调整的设计标高调整后的总的填方量增加VTFTHVTVT为调增后的填方量由挖填平衡VTVKS则FTHVTVKSVKSFHKSHVKS1/FTFKSVVT2、考虑工程的余土或工程用土，相应提高或降低场地设计标高。假定场地平整施工所需的余土或工程用土为Q,则HIHIQ/NA2负号为工程用土，正号为余土式中N为方格网数Q为余土或用土土方量3、根据经济分析比较，采用就近场外取土（借土）或弃土方案时，则应考虑因此引起的土方量变化，需将设计标高进行调整。假定取土或弃土的土方量为Q则HIHIQ/NA2正号为取土，负号为弃土二、场地平整土方量的计算方法零线施工高度为零的点连成的线（或者称不挖不填的点连成的线）零线确定的方法是在方格相邻的角点施工高度为为一挖一填的边线上用插入法求出零点,将各相邻的零点连接起来即为零线。如不需要计算零线的准确位置，则绘制零线的大致走向即可。H1/H2AX/XXH2A/H1H2式中H1，H2取绝对值计算1、四方棱柱体的体积计算方法（四方棱柱体法）1、方格网角点施工高度全为正或负方格为全挖或全填VA2H1H2H3H4/4H1,H2,H3,H4取绝对值（四个角点的施工高度）V为方格挖方量或填方量2、方格网角点的施工高度有正有负时V填方A2（H填）2/4HV挖方A2H挖）2/4HH填或挖是方格网角点填方或挖方施工高度的总和，取绝对值H是方格网四个角点施工高度的总和，取绝对值。具体说分两种、方格网的相邻角点为挖方，另两个角点为填方V12A2H12/H1H4H22/H2H3/4V34A2H42/H1H4H32/H2H3/4、方格网的三个角点为挖方，另一个角点为填方V4A2H43/H1H4H3H4/6V1,2,3A22H12H3H2H4/6V42、三角棱柱体的体积计算方法（三角棱柱体法）1、方格网上的三角点为全挖或全填时VA2H1H2H3/62、方格网的角点有挖有填时，则零线将三角形分为两部分，一个是以底面为三角形的锥体，另一个是底面为四边形的楔体，其土方量计算为V锥A2H33/H1H3H2H3/6V楔A2H33/H1H3H2H3H3H1H2/63、场地平整土方量的计算步骤、划分方格网、确定场地划分的方格网角点的原始标高、求最佳设计平面（确定场地的设计标高）、计算场地方格角点的施工高度、用土方量公式计算各方格土方量、如有坡度，应考虑边坡的挖填方土方量、分别求出挖填方量的总和三土方调配1、土方调配的概念就是在场地平整施工中,对挖方区挖土的利用,堆弃和填方区填土的取得进行综合协调的处理2、土方调配的目的是在保证挖填平衡和总的土方量最小的前提条件下，确定挖填方区划分的调配区之间土方调配的方向和数量，使土方调配的总运输量（M3M最少或土方运输成本（元）或土方施工费用（元）最低。3、土方调配的程序和方法1、划分调配区、土方调配的原则A、应力求保证挖填平衡及运输量最少B、近期施工的土方与后期利用相结合C、分区调配与全场调相结合，以求总体平衡D、尽可能与大型的地下工程的土方施工相结合，以便就近分配，合理利用土方E、合理划分填挖方区，选择恰当的调配方向、运输路线，以便充分发挥主导施工机械的生产效率。、划分调配区应注意的几点A、调配区的划分应与拟建的房屋及构筑物的平面位置相协调，并考虑其开工顺序，工程的分期施工顺序。B、调配区的大小要满足土方机械（铲运机、挖土机推土机等）的技术要求，调配区的大小最好与组织施工划分的流水施工段相适应，以方便工程的施工组织。C、调配区的范围应和土方工程量计算用的方格网相协调。D、当土方运距较大或场地范围内的土方不平衡时，可根据附近地形情况，考虑就近弃土或取土。2、平均运距的确定或土方施工单价或运价的确定、平均运距的确定是指用机械施工时，挖方调配区与填方调配土方重心之间的距离，确定时，为简化计算，可用调配区形心（几何中心）代替重心。式中XI,XJ,YI,YJ为填挖区土方的重心坐标、土方施工单价或运价的确定3、土方调配的方法、用“线性规划”的方法进行土方调配的数学模型挖填方调配区平衡与运距（单价）表在土方平衡与运距或单价表内，说明整个场地划分为M个挖方区,W1,W2,WM,其对应的挖方量A1,A2,AM有N个填方区T1,T2,TN，其对应的填方量为B1,B2,BN,XIJ表示挖方区I调配区到填方区J调配区之间的土方调配量CIJ为挖方调配区I到填方调区J的运距或土方费用或土方单价由挖填平衡假定目标函数为Z则方程为、用表上作业法进行土方调配A、基本思路B、具体方法、初始调配方案的编制原理最小元素法（就近分配）是指对应于挖填方调配区之间运距或运输费用CIJ为最小的调配的土方量XIJ取最大值的原则进行调配。即对挖填方调配区之间运距或运输费用CIJ最小的优先最大限度的调配土方量。初始方案调配表挖方区填方区挖方量T1T2T32704090500W36011070500W48010040400填方量8006005001900/1900初始方案计算结果则初始方案调配的总土方量Z0Z0500505004030060100110100704004097000M3M挖方区填方区挖方量T1T2T3W15005070100500W2705004090500W33006010011010070500W48010040040400填方量8006005001900/1900、最优方案判别最优土方调配方案，是在保证挖填方总量一定的前提下，使土方调配的总运输量或总运价或总土方施工费用最小的土方调配方案其方法有位势法、闭回路法实质都是在最初编制的土方调配方案中,设法求得无调配土方的方格（挖填方调配区）的检验数IJ，判别IJ是否为非负，若所有的检验数为正，即IJ0，则方案为最优，否则不是最优方案，需要对初始方案进行调整。用“闭回路法”求检验数的方法，首先在“表上作业法”列出的表中求出各个方格（挖填方调配区之间的假想价格系数CIJ对有土方调配的方格（挖填方调配区之间）的假想价格系数按CIJCIJ对“表上作业法”列出的初始方案调配表中无土方调配的方格（挖填方调配区间）的假想系数用CEFCPQCEQCPF计算XEFCEFXEQCEQXPFCPFXPQCPQ这个式子的意义为“表上作业法”列出的初始方案调配表中方格（挖填方调配区之间）构成任一矩形，利用“表上作业法”假想价格系数求检验数的方法，即矩形对角线上方格（挖填方调配区之间的假想价格系数之和相等。再利用初始调配方案中有土方调配的方格挖填调配区之间有土方调配的假想价格系数CIJCIJ，求出初始方案中无土方调配的方格初始方案中无土方调配的挖填方调配区之间）的假想价格系数CIJ计算假想价格系数法挖方区填方区挖方量T1T2T3W150050701005005010060W270500409050010400W330060100110100705006011070W48010040040400308040填方量8006005001900/1900初始方案中无土方调配方格的假想价格系数求出后，求初始方案中无调配土方方格的检验数IJCIJCIJ将计算结果填入表中，在表中只写出各检验数的正负号，因为按“表上作业法”假想价格系数法求检验数判别方案是否为最优方案,只与检验数的符号有关，而检验数的值对求解结果无关。计算检验数挖方区填方区挖方量M3T1T2T3W150701005005010060W270409050010400W360110705006011070W48010040400308040填方量M38006005001900/1900、方案调整调整的目的是降低目标函数值，使土方调配重新平衡，达到土方调配的总量最少。调整方法“闭回路法”就是在“表上作业法”中，在土方调配表上，寻找三个有土方调配的方格和检验数为负的无土方调配的一个方格构成矩形，取其与无土方调配的方格不在一对角线上的有土方调配方格的最小土方调配量作为调整的变量，调整到无土方调配的方格，为了保证挖填平衡，将矩形无土方的方格对角线上的另一方格（原有土方调配量方格再加上这个调配量，而矩形另一对角线上的有调配的土方量的方格减去这个调整量）。具体调整的步骤第一步在所有负检验数中选一个调整对象，（为了减少调整次数，一般选检验数为最小的）。第二步找出矩形闭回路具体做法就是从检验数为负数的方格（若有几个检验数为负取最小的）出发，在“表上作业法”的列表中沿水平或竖直方向前进，遇到适当的有数字的方格（初始方案中有土方调配的挖填方调配区）作90度转弯（若转弯回不到出发点时也不一定要转弯可跳过该方格），然后继续前进，如果路线恰当，有限步后便能回到出发点，形成一个有数字的方格（初始方案中有土方调配的挖填方调配区）为转角点的矩形闭回路。求闭回路第三步取调整变量在有数字的方格初始方案中有土方调配的挖填方调配区和选取的无数字方格初始方案中无土方调配的挖填方调配区组成的矩形闭回路转角点上,取矩形无数字调整的对象方格的另一对角线上有数字的方格有土方调配的挖填方调配区上最小的土方量挖方区填方区T1T2T3W1500X12W2500W3300100100W4400作为调整变量,调整到无数字的方格初始方案中无土方量调配量的挖填方调配区,为保证挖填平衡,则相应的对角线上另一方格也减少这一调整变量,与调整对象对角线上的另一方格加上这一调整变量,最后得到新的土方调配方案调整后的新调配方案挖方区填方区挖方量T1T2T3W14005010070100500W2705004090500W34006011010070500W48010040040400填方量8006005001900/1900计算检验数该最优方案的土方总运输量为Z40050100705004040060