Подсчет объемов земляных работ при вертикальной планировке

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

Институт ИЭИ

Кафедра Строительных технологий и экспертизы недвижимости

Специальность 270100

 

Практикум по курсу ТСП

«Земляные работы»

 

 

Выполнил студент

Группы 5Скб-41

Бусыгин Н.С.

Проверил преподаватель:

Залипаева О.А.

 

 

 

 

Череповец

2012

           Подсчет объемов земляных работ при вертикальной планировке

Планировка  площадок производится для устранения неровностей естественного рельефа местности и придания ей заданных проектом уклонов.

Подсчет объемов  земляных работ при вертикальной планировке включает в себя следующие  этапы:

                  Подсчет черных отметок

Черные отметки – это отметки уровня рельефа. Их находят в точках пересечения сторон квадратов. Черные отметки Н_ч определяются по кратчайшим расстояниям до ближайших горизонталей путем интерполяции (когда точка лежит между двумя горизонталями) или экстраполяции (когда точка лежит вне горизонталей). (рис. 1 и 2).

 

 

 

          ₍₁₎

      м

            ₍₂₎

      

 

            ₍₃₎

      м

            ₍₄₎

      м

    Рис. 2. Сечение нормалей

Таблица 1

Результаты  вычислений

№ точки	Нт	№ точки	Нт	№ точки	Нт
1.	202,38	11.	204,3	21.	201,44
2.	203	12.	205	22.	202,28
3.	203,72	13.	200,51	23.	203,21
4.	204,22	14.	201,46	24.	203,81
5.	205	15.	202,25	25.	199,15
6.	205,71	16.	203	26.	200
7.	201,35	17.	203,63	27.	200,66
8.	202,21	18.	204,48	28.	201,35
9.	202,88	19.	200	29.	202,7
10.	203,56	20.	200,64	30.	203,4

Черную отметку подписывают  в правом нижнем углу у вершины  квадрата нивелировочной сетки.

Подсчет средней нивелировочной отметки

Осуществляется  по черным отметкам по формуле:

,    (5)

где Н₁, Н₂, Н₃, Н₄ – черные отметки вершин общих (соответственно для одного, двух, трех, четырех) квадратов;

n – количество квадратов.

_{Подсчет красных отметок}

_{Красные отметки Нк определяют всех вершин квадратов нивелировочной сетки, принимая во внимание величину и направление уклона площадки:}

,     (6)

где L₁, L₂ – расстояние под углом 90⁰ между двумя симметричными вершинами к линии средней планировочной отметки Н₀;

i₁, i₂ – уклон площадки вдоль L₁ и L₂.

Красную отметку  подписывают в верхнем правом углу у вершины квадрата нивелировочной отметки.

Расчеты на ЭВМ  и миллиметровка с планом приведены  в приложении.

Расчет  рабочих отметок

Рабочие отметки h_р вычисляют как разность между черными отметками и проектными (красными, планировочными):

     (7)

  Рабочие  отметки со знаком “+” указывают  на необходимость срезки грунта, т.е. устройства выемки, со знаком “-” – на необходимость устройства насыпи.

 Рабочую  отметку надписывают в верхнем  левом углу у вершины квадрата  нивелированной сетки.

 

Построение  нулевой линии

Нулевая линия - это граница между выемкой и насыпью, линия, по которой пересекаются плоскость рельефа и проектная плоскость. Нулевая линия находится на сторонах квадратов, где знак рабочей отметки изменяется. Ее положение определяется графически (по картограмме) или аналитически по формуле:

,   (8)

где a – длина стороны квадрата.

Рис. 3. Определение  нулевых точек

 

Пользуясь формулой, определяют положение нулевых точек  на вертикальных   и горизонтальных сторонах квадратов. Соединив нулевые точки между собой, получают нулевую линию, которая является границей между выемками и насыпями.

 Картограмма земляных масс

По вычисленным  рабочим отметкам с учетом их знаков на сетке квадратов строят картограмму  распределения земляных масс.

При построении картограммы положительные рабочие  отметки откладывают вверх и  вправо, а отрицательные – вниз и влево.

 

Отложив рабочие отметки  от первой горизонтальной линии нивелировочной

сетки, соединяют  их друг с другом прямыми линиями. Пространство между полученной линией картограммы и горизонтальной линией сетки заштриховывается в вертикальном направлении. Этот процесс повторяется для второй горизонтальной линии сетки, затем для третей и так далее.

Картограмма дает наглядное представление о рельефе  местности и указывает на положение  нулевой линии.

 

Подсчет суммарного объема насыпи (выемки) с учетом откосов и коэффициента остаточного разрыхления

Определяется  по формуле:    ,

- коэффициент остаточного разрыхления.

Необходимый объём  выемки определяется по формуле:

 

Баланс  земляных масс

Баланс земляных масс – это разница объемов выемки и насыпи,   выраженная в %.

Если объемы выемок превышают объемы насыпей, т.е. V_в>V_н, то баланс будет называться положительным, а избыточное количество грунта подлежит вывозке с площадки в кавальеры (отвалы).

Если объем  насыпи превышает объем выемки, т.е. V_н>V_в, то баланс будет называться отрицательным, а недостающее количество грунта следует завести на площадку из резерва.

 

 

 Если же объем насыпи  равен объему выемки, т.е. V_н=V_в (разница в пределах 5%), то баланс будет называться нулевым.

V_н = 18 772,01 м³; V_в = 18 763,05 м³. Разница в пределах 0,05%.

Сводный баланс

Это ведомость, в которую сводят все результаты после окончания расчетов объемов  работ. Он отражает качественные и количественные соотношения объемов грунта выемок и насыпей.

 

 Шахматный  баланс земляных масс

Это таблица, в  которой показано из какого участка  выемки в какой участок насыпи рационально перемещать грунт.

 

 План распределения земляных масс

Составление плана  распределения земляных масс при вертикальной планировке заключается в нанесении нулевой линии на схему площадки с указанием наименьших перемещений грунта из участков выемки в участки насыпи.

 

Подсчет объемов земляных работ при разработке котлована и обратной засыпке

Подсчет объемов земляных работ при разработке котлована заключается в определении размеров, формы, объема котлована, объема въездной траншеи и объема обратной засыпки.

Размеры наружного  контура подземной части здания на уровне низа фундаментов А = 48 м, В = 72 м.

 

 

 

 

 

Определение размеров котлована

Размеры котлована  по дну определяются по формулам:

а = А + 2 · с´,

в = В + 2 · с´,

где а, в – размеры котлована по дну; А, В – размеры подземной части здания, принимаемые по исходным данным;  с´ - зазор между наружной гранью подземной части здания и основанием откоса; с´ = 1,5 м.

а = 48 + 2·2,5 = 53 м,

в = 72 + 2·2,5 = 77 м.

Далее определяем заложение откоса по формуле: а´ = m·h_к,

где  m – коэффициент откоса ([СНиП 12-04-2002, а также приложение, таблица 4.3]); т = 0,25; h_к – глубина котлована.

 

а^’= 1·3,5 =0,75 м.

Размеры котлована  поверху с, d определяют по формулам:

с = а + 2 · а´,

d = в + 2 · а´,

 

с = 53 + 2·1,5 = 54,5 м,

d = 77 + 2·1,5 = 78,5 м

 

 

 

 

Рис. 4. План котлована

 

3.2. Определение объема котлована

Объем котлована V_к с прямоугольными основаниями, имеющего откосы со всех четырех сторон, определяется по формуле:   

V_к =

· [а ∙ в + с ∙ d + (а + с) · (в + d)],

V_к =

· [53*77 + 54,5*78,5 + (53+54,5) · (77*78,5)]=12537,75

 

 

   _{Определение объема въездной траншеи}

Объем въездной траншеи определяют по формуле:

V_т =

(3· е + 2 ·m·h_к · _,

где е – ширина траншеи по низу, принимается равной 3,0 – 3,5 м при одностороннем движении транспорта и 7,0 – 7,5 м – при двухстороннем; т` - коэффициент заложения для траншеи, при уклоне дна траншеи i = 0,005, т` = 10.

V_т =

(3,5*3 + 2 ·0,25*3 · _,

 

 

 

  Определение объема грунта для обратной засыпки

Объем грунта, необходимый для обратной засыпки V_оз, определяется        по формуле:                       ,

где  V_п – объем пазух, определяемый как разность между объемом котлована и объемом подземной части сооружения;  К_ор – коэффициент остаточного разрыхления, равный 1 + ρ_{о ,} где ρ_о– мера остаточного разрыхления грунта, %, определяемая в зависимости от вида грунта по [3, приложение, табл.3].

_{(12537,75-11100 +174,96)/1,07=1507,2}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Выбор комплектов машин для вертикальной планировки

 

4.1. Исходные данные для расчета:

• размеры площадки 125х100 м (см. рис.6);
• средняя дальность перемещения грунта (расстояние между центром тяжести выемки и насыпи) L = 55,90 м;
• объем выемки (V_в) и насыпи (V_н): V_н = 6733,37 м³; V_в = 7072,51 м³;
• площадь выемки (F_в) и насыпи (F_н): F_н = 6189,98 м²; F_в = 6310,01 м²;
• грунт – песчаный;
• общий срок работ – 7,5 дня.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6. План площадки

Основные этапы  выбора машин для планировки площадки:

1. Определение группы грунта при разработке бульдозерами.            Группа  грунта  II [1,  с. 30.,  табл. 7]

2. Определение средней толщины насыпи:

h_н.ср = V_н/F_н = 6733,37/6189,98= 1,1 м.

3. Определение  средней толщины выемки:

h_в.ср  = V_в/F_в = 7072,51/6310,01 =1,1 м.

4. Выбор   варианта  производства  работ. Для сравнения выбрано 2 комплекта машин.

Состав комплектов:

 

 

1 вариант

Бульдозерный комплект:

- бульдозер;

- машина для  разравнивания грунта;

- машина для уплотнения;

2 вариант

Бульдозерный комплект:

- бульдозер;

- машина для  разравнивания грунта;

- машина для  уплотнения;

 

 

5. Выбор марки  машин и определение нормы  времени (Н_вр) по ЕНиР [3].

 

4.2. Бульдозерный комплект (1 вариант)

Состав работ:

- разработка  грунта и перемещение его из  выемки в насыпь;

- разравнивание  грунта;

- уплотнение.

4.2.1. Выбор ведущей машины (бульдозера)

Согласно [1, табл. 6, с. 30]: для V_В = 7072,51 м³ рекомендуются бульдозеры на тракторах мощностью 180-250 л.с. Марки бульдозеров можно принимать по

 [1, с. 33] или по [2, с. 140].

Для 1 варианта выбираем бульдозер на тракторе ДТ-75-БС и       заполняем табл. 2.

Таблица 2

Марка бульдозера	Оптовая цена, Со.ц., р.	Стоимость машино-смены, См.см., р.
Д-607	5300	26,40

 

Определение нормы  времени (Н_вр) производится по ЕНиР [3, §Е 2–1–22, табл. 2, с.86-87] в следующем порядке:

- находим марку  выбранного нами трактора:   ДТ-75-БС;

- находим марку  бульдозера:  Д-607;

- среднюю дальность перемещения грунта  L = 55,90 м;  группа  грунта  принимается по  [1,  с. 30  табл. 7]  (песчаный – II  группа);

- определяем норму   времени  при перемещении грунта  на расстояние  до  10 м:

Н_вр¹⁰ = 1,1  маш.–ч,

Н_вр¹⁰ = 1,1  чел.–ч.                               

Выписываем номер нормы  – № 1б.

Определяем норму времени  на каждые следующие 10 м:

Н_вр^д = 0,94  маш.–ч,                                 

Н_вр^д = 0,94  чел.–ч.

Выписываем  номер нормы –  № 1д.

Рассчитываем  норму времени:

Н_вр = 1,1 + 0,94 • (55,9 – 10) / 10 = 5,4146 маш.–ч,

Определяем  технические  характеристики выбранного бульдозера Д-607 по [4, §Е 2–1–22, табл. 1, с. 83]:

тип  отвала – неповоротный;

длина отвала – 2,56 м;

высота отвала – 0,81 м;

управление – гидравлическое;

мощность – 55 кВт (75 л. с.);

марка трактора – ДТ-75-БС.

 

 

 

4.2.2. Выбор машин для уплотнения грунта 

Принимаем самоходный  каток  на  пневматических шинах  ДУ-29 (Д-624). Определяем его технические характеристики по  [3,  § Е 2–1–31]:

• ширина уплотняемой полосы – 2,22 м
• толщина уплотняемого слоя до 0,4 м;
• мощность двигателя – 103 л. с. (т. е. для работы данного катка можно использовать базовую машину Т–100);
• масса катка 30 т.

Средняя толщина  насыпи h_н.ср = 1,1 м. Так как толщина уплотняемого слоя для выбранного катка составляет до 0,4 м, по высоте насыпь разбиваем на 4 слоя и принимаем толщину слоя 0,28 м.

Определяем  количество проходок k_т  по одному следу по [1, с. 16, табл. 3]:  k_т = 6.

 Определяем  рекомендуемую толщину уплотняемого  слоя (h_т) по [1, с. 16, табл. 3]: h_т = 0,20 – 0,30 м. 

Определение нормы  времени (H_вр ) производится по [3, § Е 2–1–31,  табл. 4,  с.  104]:

• находим в таблице ЕНиР принятую нами толщину  слоя  0,28 м;
• выбираем схему движения  катка – с разворотом  на  насыпи     (без съезда);  
•           

• определяем длину  гона, которая зависит  от  размеров  площадки  и  захваток. Длина  гона – 58,3 м (до  100 м) (рис. 7).

Рис. 7. Схема разбивки  площадки  на  захватки

 

• определяем норму  времени  для  уплотнения  грунта  при четырех проходах  по  одному  следу: 

Н_вр⁴ =  0,36 маш.-ч,

Н_вр⁴  =  0,36 чел.-ч;  выписываем номер нормы - № 2а.

-   определяем норму времени  на  каждый  проход  сверх  первых  четырех:     

      Н_вр^д = 0,07 маш.-ч; 

Н_вр^д = 0,07 чел.-ч; 

выписываем  номер нормы - № 4а.

Рассчитываем  норму времени:

                 H_вр = 0,36 + 0,07 · (6 - 4) = 0,5 маш.-ч;

Стоимость  катков принимаем  по  [2,  с.141-142], учитывая, что   стоимость  прицепных  катков  указана  без  учета  стоимости  базовой  машины:

С _{м.см упл.} = 17930 руб.

где  С _{м.см упл.} – стоимость машино-смены.

4.2.3. Выбор машин для разравнивания  грунта

Разравнивание  грунта производится  бульдозером  Д-607  на  базе

  трактора ДТ–75-БС. Толщина разравниваемых  слоев должна

 соответствовать   возможностям  грунтоуплотняющих   машин.  Если  толщина  недостаточна,  эффективность  использования   машин  на  уплотнении  будет  низкой;  в  противном  случае  нельзя  достигнуть  требуемой  степени  уплотнения. Определение нормы времени производится по [3, § Е 2–1–28,  с. 96]. При этом учитывается, что принятая толщина слоя (h_сл) составляет 0,28 м; разрабатывается грунт II группы.  Норма времени составляет:

H_вр = 0,84  маш.-ч, 

H_вр = 0,84  чел.- ч;

выписываем  номер нормы - № 1б.

 

4.3. Бульдозерный  комплект (2 вариант)

Состав работ:

- разработка  грунта и перемещение его из  выемки в насыпь;

- разравнивание  грунта;

- уплотнение.

 

4.3.1. Выбор ведущей машины (бульдозера)

Выбираем для  сравнения бульдозер Д-492А на базе трактора Т-100М.

Таблица 3

Марка бульдозера	Оптовая цена, Со.ц., р.	Стоимость машино-смены, См.см., р.
Д-492А	5740	32,14

Определение нормы времени (Н_вр) производится по ЕНиР [3, §Е 2–1–22, табл. 2, с.86-87] в следующем порядке:

- находим марку  выбранного нами трактора:   Т-100М;

 

 

- находим марку  бульдозера:  Д-492А;

- среднюю дальность  перемещения  грунта  L = 55,90 м;  группа  грунта  принимается по  [1,  с. 30  табл. 7]  (песчаный – II  группа);

- определяем норму времени при перемещении грунта  на расстояние    до  10 м:

Н_вр¹⁰ = 0,62  маш.–ч,

Н_вр¹⁰ = 0,62 чел.–ч.                               

Выписываем номер нормы  – № 3б.

Определяем норму времени  на каждые следующие 10 м:

Н_вр^д = 0,49  маш.–ч,                                 

Н_вр^д = 0,49  чел.–ч.

Выписываем  номер нормы –  №3д.

 

Рассчитываем  норму времени:

Н_вр = 0,62 + 0,49 • (55,90 – 10) / 10 = 2,86 маш.–ч,

Определяем  технические  характеристики выбранного бульдозера Д-492А по [3, §Е 2–1–22, табл. 1]:

тип  отвала – поворотный;

длина отвала – 3,94 м;

высота отвала – 1 м;

управление – канатное;

мощность – 108 л. с.;

марка трактора – Т-100М.

4.3.2. Выбор машин для уплотнения грунта 

Принимаем самоходный  каток  на  пневматических шинах  ДУ-29 (Д-624). Определяем его технические характеристики по  [3,  § Е 2–1–31]:

 

 

• ширина уплотняемой полосы – 2,22 м
• толщина уплотняемого слоя до 0,4 м;
• мощность двигателя – 103 л. с.
• масса катка 30 т.

Средняя толщина  насыпи h_н.ср = 1,1 м. Так как толщина уплотняемого слоя для выбранного катка составляет до 0,4 м, по высоте насыпь разбиваем на 4 слоя и принимаем толщину слоя 0,28 м.

Определяем  количество проходок k_т  по одному следу по [1, с. 16, табл. 3]:  k_т = 6.

 Определяем  рекомендуемую толщину уплотняемого слоя (h_т) по [1, с. 16, табл. 3]: h_т = 0,20 – 0,30 м.

Определение нормы  времени (H_вр ) производится по [3, § Е 2–1–31,  табл. 4,  с.  104]:

• находим в таблице ЕНиР принятую нами толщину  слоя  0,28 м;
• выбираем схему движения  катка – с разворотом  на  насыпи

(без  съезда);             

• определяем длину  гона, которая зависит  от  размеров  площадки  и  захваток. Длина  гона – 58,3 м (до  100 м) (рис. 7).
• определяем норму  времени  для  уплотнения  грунта  при  четырех  проходах  по  одному  следу: 

Н_вр⁴ =  0,36 маш.-ч,

Н_вр⁴  =  0,36 чел.-ч; 

выписываем  номер нормы - № 2а.

-   определяем норму  времени  на  каждый  проход  сверх  первых  четырех:     

      Н_вр^д = 0,07 маш.-ч; 

Н_вр^д = 0,07 чел.-ч; 

 

 

выписываем  номер нормы - № 4а.

Рассчитываем  норму времени:

                 H_вр = 0,36 + 0,07 · (10 - 4) = 0,78 маш.-ч;

Стоимость  катков принимаем  по  [2,  с.141-142], учитывая, что   стоимость прицепных катков  указана без учета  стоимости  базовой  машины: С _{м.см упл.} = 17930 руб., где  С _{м.см упл.} – стоимость машино-смены.

 

4.3.3. Выбор машин для разравнивания грунта

Разравнивание  грунта производится  бульдозером  Д-492А на  базе  трактора Т-100М. Толщина разравниваемых  слоев должна  соответствовать возможностям  грунтоуплотняющих машин.  Если  толщина  недостаточна,  эффективность  использования  машин  на  уплотнении  будет  низкой;  в  противном  случае  нельзя  достигнуть  требуемой  степени  уплотнения. Определение нормы времени производится по [3, § Е 2–1–28,  с. 96]. При этом учитывается, что принятая толщина слоя (h_сл) составляет 0,28 м; разрабатывается грунт II группы.  Норма времени составляет:

H_вр = 0,58  маш.-ч, 

H_вр = 0,58  чел.- ч;  выписываем номер нормы - № 3б.

 

6.  Расчет  производительности  и  количества  машин

 

Бульдозерный   комплект (1 вариант)

Определение сменной  производительности машин

Определение сменной производительности машин  производится  по  формуле:

               

М_см = (Т / Н_вр ) × V¢,             (15)

где  Т – продолжительность смены в часах; V¢ - нормативный объем земляных работ (единица измерения по ЕНиР), V¢ = 100 м³; Н_вр – норма времени по  ЕНиР.

Для бульдозерного  комплекта сменная производительность по формуле (15) составляет:

М_{см.бульд} = (8 × 100) / 5,4146 = 147,75 м³/см;

М_{см.разр} = (8 × 100) / 0,84 = 952,38 м³/см;

М_см.упл. = (8 × 100) / 0,5 = 1600 м³/см,

где М_{см.бульд}, М_{см.разр}, М_см.упл. – соответственно, сменная производительность разработки и перемещения его бульдозером, разравнивания и уплотнения.

 

Требуемое число машино-смен (трудоемкость)

Требуемое число  машино-смен (трудоемкость) определяется по формуле:

S_маш.-см = V / М_см,               (16)

где V – объем насыпи  или выемки.  

Для бульдозерного комплекта  трудоемкость по формуле (16) составляет:

S_{маш.-см бульд.}= 7072,51/ 147,75 = 47,87  маш – см.;

S_{маш.-см разр.}= 7072,51/ 952,38 = 7,43 маш – см.;

S_{маш.-см упл.}= 7072,51/ 1600 = 4,42 маш – см.,

где S_{маш.-см бульд}, S_{маш.-см разр}, S_{маш.-см упл} – соответственно, требуемое число машино-смен для разработки грунта и перемещения его бульдозером, разравнивания, уплотнения.

Организация  работы  машин

По высоте  насыпь и  выемка делятся  на  4  яруса (слоя) толщиной  0,28 м.

В плане площадка разбивается  на две захватки (карты). На одной  из

 захваток  грунт  разрабатывается бульдозером и  перемещается из выемки в насыпь.  Одновременно на другой захватке производится разравнивание грунта,  затем его уплотнение в зоне насыпи (разравнивание, уплотнение можно производить одной базовой машиной).

Расчет  количества  ведущих  машин  (бульдозеров)

Расчет  количества  ведущих  машин  (бульдозеров) производится  по  формуле:

N_м = S_маш.-см / S_см^с ,       (17)

где  S_см^с  – количество  смен  согласно  назначенному  сроку ведения работ (принимается по заданию на курсовой проект).

Общий срок работ  по исходным данным 7,5 дней (при двусменной работе в день – 15 смен). Для определения S_см^с из общего срока работ нужно вычесть продолжительность подготовительных и заключительных работ, которые не могут быть  совмещены во времени с основной операцией, выполняемой ведущей машиной (можно принять ориентировочно  1 – 4 смены). 

Принимаем             S_см^с = 15 – 4 = 11 смен.

Тогда требуемое  количество бульдозеров будет равно:

N_м = 47,87 / 11 = 4,3= 3 шт.

Так как применять  большое количество машин (N_м > 3) нецелесообразно, принимаем N_м = 3 и рассчитываем число смен их работы по формуле:

S_см. = S_{маш.-см.} / N_м.                       (18)

Т. е.   S_см. = 47,87 / 3 = 16 смен.

Разработка, разравнивание и уплотнение грунта производится отдельными машинами, поэтому количество машин определяется по формуле:

N_{м. i} = S_{маш.-см i} / S_см^с             (19)