Объем разработки траншеи. Расчет объема земляных работ при устройстве котлована
Подсчет объемов земляных работ выполняется в процессе проектирования и при производстве работ.
Земляное сооружение - выемку или насыпь - можно представить в виде геометрического тела, объем которого подсчитывается по известным правилам геометрии. Формулы для подсчета характерных земляных сооружений приводятся в справочниках по земляным работам. При обсчете объема земляного сооружения сложной конфигурации прибегают к его членению на простые геометрические фигуры и суммированию их объемов, либо пользуются приближенными методами подсчетов.
В практике промышленного и гражданского строительства приходится главным образом рассчитывать объемы линейно-протяженных сооружений (траншей), котлованов и работ по вертикальной планировке площадок. Для определения объемов каждого вида земляных работ существуют различные методы и расчетные формулы. Целесообразность метода расчета выбирается в каждом конкретном случае с учетом рельефа местности, размеров, конфигурации и других особенностей сооружений, способов производства работ, а также исходя из требуемой точности подсчетов.
При производстве и подсчете объемов работ отметки поверхности имеют следующие наименования:
- красная - проектная отметка, под которую необходимо спланировать площадку или земляное сооружение;
- черная - фактическая отметка поверхности земли до начала производства работ;
- рабочая - это разность между красной отметкой (проектной) и отметкой поверхности земли, рабочие отметки определяют глубину выемки или насыпи.
Основными исходными документами для подсчета объемов земляных работ служат продольные и поперечные профили сооружений, расположение отдельных фундаментов и зданий на плане с горизонталями.
Подсчитывая объемы земляных работ при прорывке траншей и котлованов, необходимо правильно определить их размеры. Подсчет объемов сводится к определению объемов различных геометрических фигур, определяющих форму того или иного земляного сооружения. При этом делается допущение, что объем земли ограничен плоскостями и отдельные неровности действительной поверхности грунта не влияют значительно на расчетный объем.
Объем протяженных земляных сооружений подсчитывается приближенным методом поперечных профилей, основанном на делении сооружения в характерных точках перелома продольного профиля или на пикетах вертикальными плоскостями на призматоиды. По площади поперечных сечений и расстоянию между ними определяются частные объемы каждого призматоида, которые затем суммируются. Для облегчения подсчетов существуют пособия, справочники, таблицы, номограммы.
Объем котлована с прямоугольными основаниями, имеющего откосы со всех четырёх сторон, определяется, например, по преобразованной формуле:
V = (Н/6) (ab + cd + (а + с)(b + d))
где Н - глубина котлована; а и b - соответственно ширина и длина котлована по дну; с и d - то же, поверху.
При производстве подсчетов объемов земляных работ при отрывке траншей и котлованов необходимо правильно определить их размеры в зависимости от условий производства работ. При разработке траншей под ленточные фундаменты ширина дна траншеи принимается равной ширине подошвы фундамента плюс 0,2 м с каждой стороны для устройства песчаной или бетонной подготовки. Если разработка траншеи ведется с креплением, то для его установки необходимо ширину по дну увеличить на 0,1 м при глубине до 2 м и на 0,2 м - при глубине до 3 м. Для устройства шпунтового ограждения уширение составляет уже 0,4 м при глубине до 3 м с добавлением по 0,2 м на каждый метр глубины свыше 3 м. При необходимости устройства вертикальной гидроизоляции фундаментов и стен подвалов для удобства работ необходимо также уширить выемку.
Ширина траншей по дну для укладки трубопроводов определяется в зависимости от размеров труб и способа их укладки.
При разработке грунта землеройными машинами наименьшая ширина траншей по дну должна соответствовать ширине режущей кромки рабочего органа машины плюс 0,15 м в песчаных и супесчаных грунтах, 0,1 м - в глинистых и суглинках.
Рабочая глубина котлована под фундаменты определяется разницей черной и красной отметок. Для учета характера рельефа местности в практических подсчетах достаточно принять усредненную черную отметку, равную средней арифметической нескольких отметок.
С целью предотвращения нарушения естественной структуры грунта при работе экскаватора предусматривается недобор грунта в пределах от 5 до 20 см. Рабочую высоту насыпи протяженного сооружения задают больше проектной величины с учетом последующей осадки грунта.
Исходным документом для подсчета объемов земляных работ при вертикальной планировке является картограмма земляных масс, представляющая собой план участка, на котором рельеф изображен горизонталями, с нанесенной сеткой квадратов и указанием черных, красных и рабочих отметок вершин квадратов, а также с изображением линии нулевых работ. Картограмма составляется при проектировании генерального плана геодезической службой проектно-изыскательской организации, однако перед началом планировочных работ производственникам часто приходится уточнять ее.
Средняя отметка планировки может быть задана в соответствии с потребностями строительства, но чаще всего она определяется из условия нулевого баланса, т. е. равенства земляных масс выемки и насыпи в пределах планируемой площадки.
Подсчет объемов земляных работ при вертикальной планировке на больших площадях может производиться по трехгранным или четырехгранным призмам. Для этого планируемый участок с нанесенными на нем горизонталями разбивают на ряд квадратов, которые затем разделяются диагоналями на прямоугольные треугольники. Сторона квадрата в зависимости от рельефа местности и точности подсчета принимается для пересеченного рельефа 10-50 м, а для спокойного рельефа - до 100 м. В углах каждого квадрата интерполяцией по горизонталям определяются и проставляются черные отметки - отметки от поверхности земли. Рабочие отметки со знаком (+) указывают на необходимость срезки грунта, т. е. на устройство выемки, а отметки со знаком (-) на необходимость устройства насыпи. Треугольники с рабочими отметками одинакового знака называют одноименными, а разных знаков - переходными.
Общий объем земляных работ при планировке площадок определяется как сумма всех частных объемов.
Котлован - это выемка в грунте, предназначенная для закладки фундамента под различные сооружения. Целесообразность использования котлована определяется видом и назначением будущего сооружения. Например, если фундаментом вашего дома будет монолитная железобетонная плита или вы предусматриваете цокольный этаж, то необходимо рытье котлована. В остальных же случаях лучше и дешевле использовать траншеи (под ленточный фундамент) или небольшие ямки (для столбчатого фундамента).
Для удобства выполнения работ по устройству фундамента котлован вырывается с запасом, то есть он должен быть шире на 600-800 мм по периметру от внешней границы будущего фундамента.
Ниже представлен калькулятор расчета объема земляных работ при устройстве котлована . С его помощью вы можете определить не только объем земляных работ, но и общую стоимость копания и вывоза грунта.
Инструкция
Для того, чтобы произвести расчет вы должны заполнить левую часть калькулятора (исходные данные):
Периметр котлована (Р) - определяется как сумма всех сторон котлована по его верху. К примеру на представленном рисунке P=P1+P2+P3+P4+Р5+P6.
Площадь котлована (S ) - имеется в виду площадь котлована по его дну.
Глубина котлована (H) - расстояние от поверхности земли до дна котлована.
Соотношение глубины котлована к длине откоса - это так называемая крутизна откоса котлована , которая в зависимости от вида грунта и глубины котлована имеет разные значения.
Стоимость копания и вывоза грунта - расценки подрядчиков в случаи их привлечения.
Подсчет объемов земляных работ по устройству выемок (котлованов, траншей) и насыпей включает определение формы сооружения, разбиение его на простые геометрические тела, определение их объема и суммирования.
Определение объемов котлованов. Уточнив по приведенным выше формулам размеры котлована понизу В к и L к, назначив крутизну откосов m и зная глубину котлована Н, определяют размеры котлована поверху В к в, L к в и затем вычисляют объем грунта, подлежащего разработке при устройстве котлована.
Объем котлована V к прямоугольной формы с откосами (рис. 4.4, а) определяют по формуле опрокинутой пирамиды (призматоида):
где В к и L к - ширина и длина котлована по дну, м; В к в и L к в - то же, поверху; Н - глубина котлована, м.
Объем котлована, имеющего форму многоугольника с откосами (рис. 4.4, б)
(4.13)
где F 1 и F 2 - площади дна и верха котлована, м 2 , F cp - площадь сечения по середине его высоты, м 2 .
Объем круглого в плане котлована с откосами (рис. 4.4, в) определяют по формуле опрокинутого усеченного конуса:
Рис. 4.4 – Схема для определения объемов земляных работ при устройстве котлованов различной формы, траншей и насыпей
а, б, в - котлованы прямоугольные, многоугольные и круглые, г - траншея с откосами, д - насыпь
(4.14)
где R и r - радиусы верхнего и нижнего оснований котлована.
Котлованы для сооружений, состоящих из цилиндрической и конической частей (радиальные отстойники, метантенки и др.), которые обычно возводятся группами, отрывают в два этапа: вначале устраивают общий прямоугольный котлован с размерами В к, L к понизу и В к в, L к в поверху от отметки заложения их цилиндрических частей, а затем делают углубления для конических частей сооружения. Соответственно и объемы земляных работ определяют в два этапа: вначале объем общего прямоугольного котлована по приведенным выше формулам, а затем объем конических углублений с использованием приведенной формулы усеченного конуса.
При расчетах объемов земляных работ следует также учитывать объемы въездных и выездных траншей:
где Н - глубина котлована в местах устройства траншей, м; b - ширина их понизу, принимаемая при одностороннем движении 4,5 м и при двухстороннем - 6 м; m - коэффициент заложения откоса котлована; m" - коэффициент откоса (уклона) въездной траншеи (от 1:10 до 1:15).
Общий объем котлована с учетом въездных и выездных траншей получают суммированием объема котлована для сооружения и объемом въездных траншей.
Из общего объема котлована следует выделить объем работ по срезке растительного слоя, которую обычно производят бульдозером или скрепером, а также объем работ по срезке недобора, который оставляют у дна котлована, разрабатываемого экскаватором, чтобы не нарушить целостность и прочность грунта у основания.
Объем срезки растительного слоя зависит от размеров котлована и толщины срезаемого слоя, принимаемой равной 0,15 – 0,20 м. Также добавляется площадь зоны необходимой для складирования материалов, конструкций и движения строительных машин, принимаемая равной 15 – 20 м вокруг котлована.
Объем работ по зачистке недобора по дну котлована зависит от размеров котлована по низу и величины недобора. Толщину недобора при отрывке котлованов одноковшовыми экскаваторами определяют в зависимости от вида рабочего оборудования экскаватора по табл. 4 СНиП 3.02.01.
Для определения объемов траншей продольный профиль траншеи делят на участки с одинаковыми уклонами, подсчитывают объемы грунта для каждого из них и суммируют.
Объем траншеи с вертикальными стенками
или 
(4.16) (4.17)
где В тр - ширина траншеи; Н 1 и Н 2 - глубина ее в двух крайних поперечных сечениях; F 1 и F 2 - площади этих сечений, L - расстояние между сечениями.
Объем траншеи с откосами (рис. 4.3, д) можно определить по вышеприведенной формуле, при этом площади поперечного сечения
Более точно объем траншеи с откосами можно определить по формуле Винклера
(4.19)
При отрыве траншей экскаваторами у дна их также оставляют необходимый недобор грунта и устраивают приямки, которые в основном разрабатывают вручную.
Объем земляных работ по зачистке дна траншеи определяют по формуле
(4.20)
где В тр - ширина траншеи по дну, м; L - общая длина траншеи, м; h н - толщина недобора.
Несущая способность труб в значительной мере зависит от характера опирания их на основание. Так, например, трубы, уложенные в грунтовое ложе с углом охвата 120°, выдерживают нагрузку на 30 - 40% большую, чем трубы, уложенные на плоское основание. Поэтому на дне траншеи перед укладкой труб целесообразно вручную или механизированным способом устраивать, специальное овальное углубление (ложе) с углом охвата труб до 120°. Объем земляных работ по устройству ложа или выкружки на дне траншеи для укладки труб может быть определен по формуле
где F л - площадь поперечного сечения ложа (выкружки), м 2 ; L - длина траншеи, м.
Площадь сечения ложа (выкружки) можно определить по геометрической формуле площади сегмента
(4.22)
где r - радиус трубопровода, т.е. D/2, м; φ - угол охвата трубы, град.
Объемы насыпей (рис. 4.4, д) можно определить по тем же формулами, что и выемок, учитывая форму насыпи. Потребное количество грунта для возведения насыпи в плотном теле определяют с учетом коэффициента остаточного разрыхления.
После возведения в котловане сооружения пустоты с боков его (пазухи), включая въездные и выездные траншеи, подлежат засыпке грунтом. Объем засыпки пазух котлована определяют разностью общего объема котлована, и объемом заглубленной части сооружения. Если сооружения выступают над поверхностью земли на 0,8 ... 1 м, вокруг них делают обсыпку грунтом (рис 4.5).
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова»
Факультет дизайна и компьютерных технологий
Кафедра дизайна
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Проектирование в дизайне среды»
на тему: «ПОДСЧЁТ ОБЪЁМОВ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ»
Выполнил:
студент группы ДиКТ-61-07
Изранов Валентин Игоревич
Проверил:
В. В. Назаров
Чебоксары 2010
Введение
1. Подсчет объёмов земляных сооружений и работ
1.1 Определение объёмов котлованов
1.2 Распределение грунта на основе баланса земляных масс
1.3 Объем котлованов и траншей
1.4 Объемы работ при вертикальной планировке
Заключение
Список используемой литературы
Подсчёт объёмов земляных работ достаточно прост. Например, при сложных формах выемок и насыпей их разбивают на ряд более простых геометрических тел, которые затем суммируют. Но для чего же нужен подсчёт? А всё очень просто. Он необходим для того, чтобы:
обоснованно выбрать методы и средства их выполнения,
установить необходимость отвозки или возможность распределения вынутого из котлованов или траншей грунта на прилегающей территории и последующего его использования для устройства обратных засыпок,
определить стоимость и продолжительность производства земляных работ.
Объем земляных сооружений на стадии проектирования подсчитывается по рабочим чертежам, а в процессе производства - по натурным замерам.
Все расчеты производятся по объему грунта в плотном теле. При определении объема разрыхленного грунта учитывают (вводят в расчет) коэффициенты разрыхления. Если на объекте строительства сооружения несколько видов грунта, объемы подсчитываются отдельно по каждому.
Определение объемов земляных сооружений и работ упрощается при применении специальных таблиц, номограмм и особенно современных средств вычислительной техники. Выбор метода подсчета зависит от рельефа местности, вида земляного сооружения и требуемой точности расчетов. Разберемся в этой теме подробнее. Приведем основные формулы подсчета. И сделаем вывод каким способом удобнее рассчитывать объемы земляных работ.
Подсчёт объёмов земляных работ по устройству выемок (котлованов, траншей) и насыпей при известных размерах достаточно прост. При сложных формах выемок и насыпей их разбивают на ряд более простых геометрических тел, которые затем суммируют. Подсчёт объёмов земляных работ необходим для того, чтобы обоснованно выбрать методы и средства их выполнения, установить необходимость отвозки или возможность распределения вынутого из котлованов или траншей грунта на прилегающей территории и последующего его использования для устройства обратных засыпок, определить стоимость и продолжительность производства земляных работ.
Рис. 1. Схема для определения объёмов земляных работ при устройстве котлованов различной формы, траншей, насыпей: а, б, в - котлованы прямоугольные, многоугольные, круглые; г - траншея с откосами; д - насыпь
а) Объём котлована Vк прямоугольной формы с откосами (рис. 1, а) определяют по формуле опрокинутой усечённой пирамиды (призматоида):
где Bк и Lк - ширина и длина котлована по дну, м; Bкв и Lкв - то же, поверху; H - глубина котлована, м.
б) Объём котлована, имеющего форму многоугольника с откосами (рис. 1, б),
где F1 и F2 - площади дна и верха котлована, м; Fср - площадь сечения по середине его высоты, м2.
в) Объём круглого в плане котлована с откосами (рис. 1, в) определяют по формуле опрокинутого усечённого конуса:
г) Объём квадратного котлована с откосами определяют по формуле опрокинутого призматоида:
д) Объём круглого в плане котлована с откосами (рис. 1, в) определяют по формуле опрокинутого усечённого конуса:
где R и r - радиусы верхнего и нижнего оснований котлована.
Котлованы для сооружений, состоящих из цилиндрической и конической частей (радиальные отстойники, метантенки и др.), которые обычно возводятся группами, т.е. по несколько в одном котловане, отрывают в два этапа: вначале устраивают общий прямоугольный котлован с размерами Bк, Lк понизу и Bкв, Lкв поверху от отметки заложения их цилиндрической частей, а затем делают углубления для конических частей сооружения. Соответственно и объёмы земляных работ определяют в два этапа: вначале рассчитывают объём общего прямоугольного котлована по приведённым выше формулам, а затем объём конических углублений с использованием приведённой формулы усечённого конуса. При расчётах объёмов земляных работ следует также учитывать объёмы въездных и выездных траншей:
где Н - глубина котлована в местах устройства траншей, м; b - ширина их понизу, принимаемая равной при одностороннем движении 4,5 м и при двухстороннем - 6 м; m - коэффициент откоса (уклона) въездной или выездной траншеи (от 1:10 до 1:15).
Общий объём котлована с учётом въездных и выездных траншей:
Vобщ = Vк + nVв.тр.,
где Vк - объём собственно котлована, м3; n - количество въездных и выездных траншей; Vв.тр. - их объём, м3.
Из общего объёма котлована следует выделить объём работ по срезке растительного слоя, которую обычно производят бульдозером или скрепером, а также объём работ по срезке недобора, который оставляют у дна котлована, разрабатываемого экскаватором, чтобы не нарушить целостность и прочность грунта у основания, на которое опирается сооружение.
Объём срезки растительного слоя можно определить по формуле:
Vс = Vск + Vср,
где Vск - объём срезки грунта в пределах котлована, м3; Vср - то же, в пределах рабочей зоны, м3.
Vск = BквLквtс,
где Bкв, Lкв - ширина и длина котлована поверху, м; tс - толщина срезаемого слоя, принимаемая равной 0,15-0,20 м.
где B - ширина рабочей зоны на берме котлована, необходимая для складирования материалов, конструкций и движения строительных машин, принимаемая равной 15-20 м; l - протяженность рабочей зоны, м.
Объём работ по зачистке недобора по дну котлована равен:
Vз.к = BкLкhн,
где Bк, Lк - ширина и длина котлована понизу, м; hн - толщина недобора, м.
Толщина недобора при отрывке котлованов одноковшовыми экскаваторами определяют в зависимости от вида рабочего оборудования экскаватора и вместимости его ковша по табл. № 1.
Таблица № 1. Допустимые недоборы грунта по дну котлованов и траншей
Для определения объёмов траншей продольный профиль траншеи делят на участки с одинаковыми уклонами, подсчитывают объёмы грунта для каждого из них и затем суммируют.
Объём траншеи с вертикальными стенками
Vтр = Bтр(H1 + H2)L/2
Vтр = (F1 + F2)L/2,
где Bтр - ширина траншеи; H1 и H2 - глубина её в двух крайних поперечных сечениях; F1 и F2 - площади этих сечений; L - расстояние между сечениями.
Объём траншеи с откосами (рис. 1, д) можно определить по вышеприведённой формуле, при этом площади поперечных сечений
F1,2 = (Bтр + mH1,2)H1,2.
Более точно объём траншеи с откосами можно определить по формуле Винклера:
Для определения объёма траншей, предназначенных для совмещённой прокладки сетей (см. рис. 1, е), площадь их поперечного сечения вычисляют как сумму площадей траншеи полного сечения для трубопровода глубокого заложения и дополнительной траншеи для трубопроводов меньшего заложения. с основанием Bтр1, равным
Bтр1 = Dн + 2×0,2 м
где Dн - наружный диаметр трубопровода
Для удобства подсчёта объёма земляных работ трассу трубопровода разбивают через определённые расстояния (через 100-200 м) на участки (пикеты) и вначале определяют объёмы работ на участках, а затем, суммируя их, определяют объём земляных работ. При этом целесообразно использовать так называемый табличный метод подсчёта земляных работ. С этой целью, определив ширину траншеи по дну (Bтр), разбив трассу на пикеты через l м и определив глубины траншей (H) на каждом пикете (путём построения продольного профиля трубопровода) и определив коэффициенты крутизны откосов (поперечных сечений на каждом из них (m), зная вид залегающих грунтов и глубины выемки, данные записывают в таблицу (табл. № 2).
Таблица № 2. Таблица подсчета объемов земляных работ при разработке траншеи с наклонными откосами
| Пикеты | Bтр1, м | H, м | m | F, м2 | (F1+F2)/2 | l, м | Vтр, м3 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 0 | 1 | 2,0 | 1 | 6 | 7,7 | 100 | 770 |
| 1 | 1 | 2,6 | 1 | 9,4 | 14,6 | 100 | 1460 |
| 2 | 1 | 3,6 | 1,25 | 19,8 | 14,6 | 100 | 1460 |
| 3 | 1 | 2,6 | 1 | 9,4 | 7,7 | 100 | 770 |
| 4 | 1 | 2,0 | 1 | 6 | - | Сумма = 400 | Сумма = 4360 |
Объём земляных работ на каждом участке в графе 8 определяют путём умножения данных графы 6 на данные графы 7 и затем их суммируют.
При отрывке траншей экскаваторами у дна их также оставляют необходимый недобор грунта, который в основном зачищают вручную. Кроме этого на дне траншей устраивают приямки, облегчающие работы по заделке стыков труб. Приямки также чаще всего отрывают вручную.
Объём земляных работ по зачистке дна траншеи определяют по формуле:
Vз.т. = BтрLhн,
где Bтр - ширина траншеи по дну, м; L - общая длина траншеи, м; hн - толщина недобора (см. табл. 1).
Объём работ по устройству приямков на дне траншеи:
где a, b, c - размеры, м (принимается по СНиПу); L - протяжённость трубопровода, м; l - длина трубы или трубной секции, м.
Несущая способность труб в значительной мере зависит от характера опирания их на основание. Так, например, трубы, уложенные в грунтовое ложе с углом охвата 120 град., выдерживают нагрузку на 30-40% большую, чем трубы, уложенные на плоское основание. Поэтому на дне траншеи перед укладкой труб целесообразно вручную или механизированным способом устраивать, т.е. нарезать специальное овальное углубление (ложе) с углом охвата труб до 120 градусов.
Объём земляных работ по устройству ложа или выкружки на дне траншеи для укладки труб может быть определён по формуле:
где Fл - площадь поперечного сечения ложа (выкружки), м2; L - длина траншеи, м.
Площадь сечения ложа (выкружки) можно определить по геометрической формуле площади сегмента, каковым фактически и является грунтовое ложе. Исходя из этого,
где r - радиус трубопровода, т.е. D/2, м; φ (Фи) - угол охвата трубы, град.
Объём грунта по срезке растительного слоя на трассе трубопровода определяется по формуле:
Vс = Vст + Vср,
где Vст - объём работ по срезке растительного слоя в пределах траншеи, м3; Vср - то же, в пределах рабочей зоны, м3.
где Fci - площадь срезки растительного слоя в пределах контура траншеи между пикетами, м2; Hс - толщина растительного слоя, м (принимается равной 0,15-0,2 м).
где Bтр, m - то же, что и в предыдущих формулах; H1, H2 - глубины траншеи на смежных пикетах, м; li - расстояние между пикетами, м.
где B - ширина рабочей зоны, м (принимается равной 15-25 м); Hс - толщина растительного слоя, м; L - общая длина трубопровода, м.
Объём грунта, разрабатываемого экскаватором, определяется по формуле:
Vэ = Vтр - (Vст + Vз)
Объём грунта, необходимый для частичной засыпки труб и обратной засыпки траншей (Vо) с учётом коэффициента остаточного разрыхления (Кор), определяется по формуле:
где Кор определяется по ЕНиР Сб. Е2, прил. 2; Vт - объём грунта, вытесняемый трубопроводом и вывозимый за пределы площадки,
где Dн, L - наружный диаметр трубы и общая длина трубопровода, м; 1,05 - коэффициент увеличения объёма вытесняемого грунта за счёт раструбов (учитывается при прокладке раструбных труб).
Объём насыпей (см. рис. 1, д) можно вычислять по тем же формулам, что и выемок, учитывая форму насыпи (призматоид, усечённый конус и т.п.). Потребное количество грунта для возведения насыпи в плотном теле определяют с учётом коэффициента остаточного разрыхления. При больших уклонах, значительной неровности рельефа и особенно при устройстве насыпей на косогорах объёмы земляных работ подсчитывают, разбивая насыпи на участки более простой геометрической формы.
Для подсчёта объёмов работ при вертикальной планировке применяют методы поперечных сечений, четырёхгранных и трёхгранных призм. Площадку, подлежащую планировке, на плане с горизонталями с горизонталями разбивают на элементарные участки, объёмы работ по которым суммируются. Метод поперечных сечений (поперечников) используют при ровном рельефе и для ориентировочных подсчётов. В характерных сечениях рельефа вычерчивают поперечные профили (на расстоянии друг от друга не более 100 м) и затем определяют площади каждого из них, а также объёмы грунта между ними.
Метод четырёхгранных призм предусматривает разбивку площадки на прямоугольники или квадраты (рис. 2, а, б) со сторонами а (20-100 м).
Рис. 2. Схемы к подсчёту объёмов вертикальной планировки, засыпки и обсыпки сооружений: а - разбивка площадки на квадраты; б - положение плоскостей при планировке; в - план котлована и его продольное сечение для определения объёма засыпки и обсыпки после возведения сооружений без покрытий; г - то же, для сооружений с покрытиями.
Объёмы выемок или насыпей, заключённые в отдельных прямоугольных призмах,
где а - сторона квадрата; h1, h2, h3, h4 - отметки в углах квадратов.
Отметки со знаком «» указывают на необходимость устройства насыпи, а со знаком «+» - выемки. Общий объём насыпи (выемки) определяют как сумму частных объёмов призм и их частей, лежащих в пределах участка насыпи (выемки).
Метод трёхгранных призм применяют при неровном рельефе (с замкнутыми горизонталями). Объём работ подсчитывают путём разбивки прямоугольников или квадратов диагоналями на треугольники. При этом методе достигается наибольшая точность подсчётов.
После возведения в котловане сооружения пустоты с боков его (пазухи), включая въездные и выездные траншеи, подлежат засыпке грунтом. Объём засыпки пазух котлована Vзас.к определяют разностью общего объёма котлована Vобщ и объёмом заглублённой части сооружения Vзч т.е.
Vзас.к = Vобщ - Vз.ч.
Если сооружения выступает над поверхностью земли на 0,8...1 м, вокруг них делают обсыпку грунтом. Объём обсыпки Vобс вычисляют как объём усечённой пирамиды Vу.п за вычетом объёма обсыпаемой части сооружения Vобс.ч в пределах высоты hобс (рис. 2, в), т.е.
Vобс = Vу.п. - Vобс.ч.
Над сооружениями с перекрытиями (резервуарами, горизонтальными отстойниками и др.) сверху устраиваются насыпи. Объём насыпи над сооружениями подсчитывают как объём усечённой пирамиды насыпи за вычетом объёма части сооружения, попадающей в тело насыпи (рис. 2, г).
Общий объём грунта, укладываемого в резерв на барме котлована, должен включать объём грунта для обратной засыпки пазух, обсыпки сооружений и устройства насыпи над ними. Излишек грунта подлежит вывозке.
Сравнение объёмов земляных работ по устройству выемок и насыпей на строительной площадке представляет собой баланс земляных масс, который может быть активным, если объём выемок превышает объем насыпей, и пассивным, если объем выемок меньше объема насыпей. В первом случае излишний грунт вывозят со строительной площадки в отвалы, во втором - недостающий для устройства насыпей грунт завозят со стороны.
Поскольку вывозка грунта за пределы площадки нежелательна, так как она повышает сроки и стоимость строительства, следует стремиться к тому, чтобы весь грунт из выемок укладывался без остатка в насыпи, т.е. чтобы на площадке соблюдался нулевой баланс. Для получения такого равенства нужно определить оптимальную отметку планировки площадки, при которой будет достигнут нулевой баланс земляных масс.
Оптимальная отметка планировки, по обе стороны которой (сверху и снизу) будут находиться равные объёмы выемки и насыпи при подсчете объемов по квадратам (рис. 2, а, б), определяется по формуле:
где H1, H2, H3, H4 - отметки естественной поверхности площадки в вершинах, общих соответственно для одного, двух, трех и четырех квадратов, м; n - количество квадратов в пределах площадки.
При планировке площадки комплекса сооружений оптимальную отметку планировки необходимо скорректировать с учетом дополнительных объёмов грунта, необходимого для устройства постоянных сооружений, и объёмов грунта, вытесняемого подземными частями возводимых сооружений и коммуникаций. Поправка к этой отметке может быть определена по формуле:
где Vi - дополнительный объём грунта (принимается с плюсом, когда имеется излишек, и с минусом - при недостатке грунта), м3; F - площадь планируемого участка, м2.
После окончания подсчёта все объемы земляных работ сводят в специальную ведомость, называемую сводным балансом земляных масс и состоящую из двух частей: левой - приход грунта (П) и правой - расход грунта (Р). При П>Р баланс положительный, т.е. активный, при П<Р баланс отрицательный, т.е. пассивный, и при П=Р баланс нулевой. Определив баланс земляных масс, составляют схемы потоков перемещения грунта из выемок в насыпи или в резервы.
Объемы насыпей и выемок значительной протяженности (полотно дорог, дамбы, плотины и др.) подсчитываются с использованием продольного и поперечного профилей сооружения. В характерных точках продольного профиля, местах изменения уклона местности или красной (проектной) линии сооружение расчленяется вертикальными плоскостями на участия, в пределах которых получаются геометрические тела - призматоиды. Высота призматоида равна длине участка между сечениями, а основаниями служат профили сооружения в местах сечений. Этот способ иногда называют также способом поперечных профилей.
Общий объем сооружения определяется как сумма объемов призматоидов.
При поперечных уклонах местности, не превышающих 0,1, объем призматоида (м3)
где F1, F2, F0 - площади поперечного сечения в начале, конце и середине участка, м2; Н1 и Н2 - рабочие отметки в начале и конце участка, м; m - коэффициент откоса; l - длина участка, м.
Расчет удобнее вести в табличной форме.
Если котлован разрабатывается на спланированной площадке или на местности с уклоном не более 0,01, объем его может быть подсчитан как объем усеченного клина (опрокинутого обелиска):
где Н - средняя глубина котлована, м; F1 и F2 - соответственно площади нижнего и верхнего оснований котлована.
При значительных размерах котлована, расположенного на местности, имеющей большие уклоны, его объем может быть подсчитан по формулам и .
Объемы земляных масс, перемещаемых при планировке, можно подсчитывать методом поперечников, четырехугольных и треугольных призм. Для расчетов используются результаты нивелирования по квадратам или же план площадки в горизонталях с нанесенной сеткой квадратов со сторонами от 10 до 100 м в зависимости от рельефа и размеров площадки.
Метод поперечников применяется при спокойном рельефе местности для ориентировочных расчетов и на стадии предварительных проектных проработок, не требующих большой точности расчетов. В характерных сечениях рельефа местности вычерчивают поперечные профили, отстоящие друг от друга не более чем на 100 м. Определяют площади каждого поперечника и объем грунта, расположенного между поперечными сечениями.
Метод четырехугольных призм достаточно точен, но сопряжен со значительной трудоемкостью расчета.
Применяемый как на стадии проектирования, так и в производстве работ метод треугольных призм обеспечивает необходимую точность расчета при сложном (пересеченном) рельефе местности.
Наиболее целесообразно проводить вертикальную планировку с нулевым балансом земляных масс, при котором объемы выемки и насыпи равны, т. е. грунт перераспределяется в пределах планируемой площадки.
Подсчет объемов методом четырехугольных призм или методом квадратов при нулевом балансе осуществляется в последовательности, приведенной ниже (рис. 4).
Средняя отметка планировки - отметка горизонтальной плоскости, по обе стороны которой (сверху и снизу) будут находиться равновеликие объемы выемки и насыпи, определяется по формуле
где H1, H2, H3, Н4 - отметки естественной поверхности в вершинах, общих соответственно для одного, двух, трех и четырех квадратов; n - количество квадратов в пределах рассматриваемой площадки.
Для определения положения проектной плоскости планировки отметка горизонтальной плоскости корректируется с учетом уклонов, необходимых для обеспечения поверхностного водоотвода с площадки. Затем вычисляются рабочие отметки вершин квадратов как разность между отметкой проектной плоскости и отметкой естественного рельефа. Рабочие отметки со знаком «+» указывают на необходимость срезки грунта (выемки), со знаком «» - устройства подсыпки (насыпь). На плане площадки обозначается линия нулевых работ - линия перехода от выемки к насыпи.
По рабочим отметкам в каждом квадрате определяют объем четырехгранной призмы (м3), основания которой лежат на естественной поверхности грунта и в проектной плоскости, а высота равна средней рабочей отметке:
где а - сторона квадрата сетки планировки, м; h1, h2, h3, h4 - рабочие отметки углов квадрата, м.
В квадратах, где выемка переходит в насыпь, объем вычисляется отдельно для участков насыпи и выемки:
где СУММА h в(н) - сумма рабочих отметок одного знака (выемки или насыпи); СУММА h - сумма абсолютных значений всех рабочих отметок в углах квадрата.
Суммируя объемы одного знака, определяют общий объем выемки (+) и насыпи (). Расхождение между объемами должно быть в пределах принятой точности расчетов.
При планировке квартала застройки среднюю отметку планировочной плоскости необходимо скорректировать с учетом дополнительных объемов грунта, необходимых для возведения постоянных земляных сооружений, и объемов грунта, вытесняемых подземными частями возводимых зданий. Поправка к средней отметке
где Vi - дополнительный объем грунта, м3; F - площадь планируемого участка, м2.
В тех случаях, когда отметки по границам площадки определены заранее общим проектом застройки микрорайона или промышленного комплекса, решить задачу планировки по нулевому балансу грунтовых масс не всегда возможно. Планировку осуществляют по заданным отметкам, используя для определения объемов методы квадратов или поперечников. При этом баланс земляных масс может быть отрицательным, если объем выемки не компенсирует объем необходимой насыпи, и положительным, если в результате планировки по заданным отметкам объем грунта выемки превышает объем насыпи.
Чтобы принять оптимальное решение, обеспечивающее наименьшие затраты, выбору варианта планировки должен предшествовать анализ распределения земляных масс. В итоге, необходимость и направление перемещений земляных масс устанавливаются в зависимости от следующих факторов:
очередности строительства зданий и сооружений,
расположения подземных коммуникаций,
внутриквартальных проездов,
спортивных комплексов,
озеленения участков.
Все эти вопросы, так же как и определение объемов работ по планировке, целесообразно решать с помощью компьютера по алгоритмам и программам, разработанным для подобных расчетов, но при этом нужно не забывать сами формулы расчета, потому что компьютера иногда может просто не оказаться под рукой. Итак, знать формулы и уметь ими пользоваться - вот основа!
1. Ардзинов, В.Д. Как составлять и проверять строительные сметы; Питер, 2008. - 208 c.
2. Воронов, Н.П. Инженерные рассчеты; М.: Воениздат, 1964. - 100 c.
3. Дзюбенко, В.А. Отделочные работы: Нормы, расценки, правила; Киев: Будивэльнык; Издание 2-е, перераб. и доп., 1988. - 432 c.
4. Крюков, В.И. Формулы для инженера; М.: Высшая школа; Издание 2-е, испр. и доп., 1989. - 367 c.
5. Лазарев, А.Г. Основы градостроительства; Ростов н/Д: Феникс, 2004. - 416 c.
Подсчету объемов подлежат все виды разработки грунта в котлованах и траншеях, включая срезку растительного слоя грунта, разработку грунта в котлованах и траншеях и зачистку дна котлована. До подсчета объемов раз-работки грунта принимается решение, как будет выполняться отрывка тран-шей и котлованов - с креплением стенок или с откосами.
До начала работ по отрывке котлованов производят срезку растительного слоя грунта на площади, равной размерам котлована по верху + 10 м с каж-дой стороны.
Для того чтобы найти значение S - площади срезки растительного слоя грунта - необходимо выполнить следующие действия:
1. Найти размеры между крайними осями здания X и Y (рис. 11). Для при-мера возьмем X = 36, Y = 12, глубина котлована H к =2,825.
Рис. 11. Схема котлована с нанесенными
горизонталями: А - номер горизонтали
2. Затем по чертежу плана фундамента определить f - расстояние от
крайней оси до наружной грани фундамента (в данном случае зададим шири-ну фундамента 1 м) и l 1 - расстояние между крайней гранью фундамента и линией основания откоса, которая принимается в интервале 0,8…1 м (рис. 12) .
3. Определить значения a и b - соответственно длины и ширины котло-вана по низу (рис. 12, 13) по формулам
a = X +2 f +2l 1 , b = Y +2 f +2l 1 ,
где X и Y - расстояния между крайними осями здания.
Рис. 12. Определение размеров котлована по низу
Производство земляных работ
Рис. 13. Определение параметров котлована
с = a +2mH к, d = b +2mH к,
где H к - глубина котлована; m - показатель откоса котлована, выбирается по табл. 1 прил. в зависимости от категории грунта.
a =36+2(0,5+0,5)+2⋅0,8=39,6м;
b =12+2(0,5+0,5)+2⋅0,8=15,6м;
с =39,6+2⋅0,5⋅2,825=42,425м; d =15,6+2⋅0,5⋅2,825=18,425м.
5. Подсчет площади срезки растительного грунта, м 2 , производится по формуле
S =( c +10⋅2)(d +10⋅2) ,
S =(42,425+10⋅2)(18,425+10⋅2)=2398,7.
Площадь срезки равна 2398,7м 2 .
3. Расчет объема земляных работ при экскавации котлована
6. При расположении котлована в зоне насыпи со сложным рельефом ме-стности его объем определяют методом поперечных профилей (рис. 14). Кот-лован разбивают на ряд участков вертикальными плоскостями. Подсчитыва-ются объемы простых фигур, составляющих весь объем, после чего находит-ся полный объем котлована путем их складывания по формуле
V к = V 1 + V 2 + V 3 +...+V n .
7. Для ввода экскаватора в котлован, а также въезда и выезда автосамо-свалов в торце (с наименьшими рабочими отметками) котлована устраивают въездную траншею (рис. 14). Уклон траншеи принимается 1:8…1:12 в зави-симости от вида грунта.
Рис. 14. Расчетная схема
8. При экскавации котлована для подсчета объемов земляных работ весь котлован для упрощения расчетов разбивается на элементарные фигуры, а также на поперечные сечения длиной не более 20 м (1-1 , 2-2 , 3-3 ) (рис. 15).
Рис. 15. Разбивка котлована на сечения 1-1, 2-2, 3-3
Производство земляных работ
9. После разбивки на сечения необходимо определить черные отметки и глубину заложения котлована в точках пересечения с линией основания от-коса котлована (рис. 15-17).
