4.4. Проектирование оформляющих плоскостей строительной площадки под условием баланса земляных масс

Одной из задач вертикальной планировки является проектирование горизонтальных и наклонных плоскостей в пределах строительных площадок. Подобные задачи приходится решать при размещении и строительстве стадионов, парковок автомобильного транспорта, скверов и парков, территорий для складирования строительных материалов и т.п. При этом естественный рельеф участка местности заменяют оформляющими плоскостями. В случае проектирования горизонтальной поверхности такая плоскость будет иметь единственною проектную отметку. Если проектируется наклонная поверхность, то она будет иметь различные проектные отметки в разных частях участка.

Наиболее простым и распространенным способом проектирования офор­мля­ющих плоскостей является проектирование по сетке квадратов. В этом случае проектирование может выполняться с использованием крупномасштабных топографических планов, составленным по результатам нивелирования поверхности по квадратам. Исходными данными для проектирования служат фактические (черные) отметки вершин сетки квадратов.

Основным условием проектирования обычно является требование соблюдения баланса земляных работ. Другими словами, объемы насыпей и выемок грунта в пределах проектируемой площадки должны быть примерно равны между собой.

Сущность проектирования горизонтальной плоскости по сетке квадратов состоит в следующем. Для разбитого на квадраты участка находят проектную отметку, отвечающую условию баланса земляных работ в его пределах. Эту отметку получают как среднее арифметическое, найденное по средним отметкам, вычисленным для каждого квадрата по фактическим отметкам его вершин. Тем самым каждый квадрат заменяется одной точкой, отметка которой равна средней фактической отметке данного квадрата. Точность такой замены зависит от размеров стороны квадрата и характера рельефа местности в пределах проектируемого участка.

Затем находят для каждой вершины сетки так называемую рабочую отметку – разность проектной отметки и фактической для данной вершины.

По рабочим отметкам графоаналитическим или аналитическим способом выполняется подсчет объемов земляных масс и составляется картограмма земляных работ, где приводятся сведения об объемах насыпей и выемок, как по отдельным квадратам проектируемой строительной площадки, так и по всему участку в целом. Картограмму земляных работ используют для проверки соблюдения их баланса.

Непосредственно перед проектированием площадки на листе бумаги в заданном масштабе (1:250, 1:500) строят сетку квадратов. Из журнала нивелирования площадки [1, 2, Приложение У] на нее выписывают отметки всех вершин квадратов, округленные до целых сантиметров.

При проектировании горизонтальной площадки придерживаются следующего порядка действий [1, 2, п. 5.1]:

- Вычисляют проектную отметку с точностью до 0,01 м.

- Находят рабочие отметки всех вершин квадратов, контролируя правильность вычислений. Рабочая отметка со знаком «–» показывает величину выемки (срезки) грунта и величину насыпи (подсыпки), если она имеет знак «+». На картограмме земляных работ рабочие отметки показывают красным цветом, выписывая их под фактическими (черными) отметками вершин квадратов.

- Проводят линию нулевых работ – границу между участками выемки и насыпи. Свое название линия получила потому, что ее отметка равна проектной, следовательно, рабочие отметки вдоль нее равны нулю. Эта линия проходит по тем сторонам квадратов, где рабочие отметки имеют разные знаки. Для отыскания положения линии нулевых работ на сторонах квадратов используют графический или аналитический способ [1, 2, п. 5.1]. Соединив ломаной точки нулевых работ, получают линию нулевых работ. Если линия нулевых работ проведена правильно, то она должна примерно повторять контур горизонталей, между которыми она проходит [1, 2, Приложение Х].

- Вычисляют объемы насыпи и выемки для каждого квадрата сетки. Квадраты, вершины которых имеют рабочие отметки с одинаковыми знаками, называются полными, а квадраты с разноименными рабочими отметками – неполными. Для полного квадрата объем земляных масс в его пределах определяют как объем усеченной призмы с квадратным основанием и высотой, равной средней рабочей отметке квадрата. Для неполных квадратов объемы насыпи и выемки могут быть вычислены графоаналитическим способом: как объемы призм, в основании которых лежит треугольник, трапеция, пяти- или шестиугольник, образованная линией нулевых работ и сторонами квадрата [1, 2, п. 5.3]. К недостатку такого способа относится необходимость графически с плана определять элементы фигур (высоты, основания) и только после этого вычислять по ним площадь фигуры и находить объем. Аналитический способ вычисления объемов насыпи и выемки для неполных квадратов с применением формул В.И. Стрельчевского [1, 2, п. 5.3] позволяет получить требуемые величины без графических построений, используя только рабочие отметки вершин каждого квадрата.

При проектировании наклонной плоскости по сетке квадратов кроме фактических отметок вершин сетки исходными данными служат проектная отметка исходной точки Нисх, проектный уклон iпр и его направление α. Уклон задается в процентах (сотых долях) или промилле (тысячных долях), направление – в виде дирекционного угла. Поэтому в пределах сетки квадратов необходимо задать систему прямоугольных координат, оси X и Y которой должны быть параллельны сторонам сетки.

Тогда проектный уклон iпр можно разложить на две составляющие

ix = iпр⋅ cos α ,     iy = iпр⋅ sin α,

где ix ,iy – соответственно, продольный и поперечный уклоны.

Следовательно, проектная отметка любой вершины сетки квадратов, расположенная на расстояниях dx и dy, кратных стороне квадрата d, может быть вычислена по формуле

Нпр = Нисх + dx ⋅ ix + dy ⋅ iy.

Если в пределах строительной площадки необходимо спланировать наклонную плоскость под условием баланса земляных работ, в качестве исходной отметки принимают проектную отметку центра тяжести Н0 всей площадки. Проектный уклон при этом не задается, а вычисляются продольный и поперечный уклоны по сторонам сетки квадратов [1, 2, п. 5.2].

Затем находят проектные превышения, приходящиеся на сторону квадрата d в продольном и поперечном направлениях.

Полученные значения уклонов и превышений выписывают красным цветом на картограмму земляных работ [1, 2, Приложение Ц].

Далее вычисляют превышения hj каждой j-ой вершины сетки квадратов относительно отметки центра тяжести Н0 всей площадки и находят проектные отметки всех вершин по формуле [1, 2, п. 5.2]

Нпрj = Н0 + hj    (j = 1, 2 … N),

где N – число вершин сетки в пределах площадки.

Затем порядок действий будет тот же, что и при проектировании горизонтальной площадки: вычисление рабочих отметок, проведение линии нулевых работ, подсчет объемов земляных работ, составление их картограммы с проверкой соблюдения баланса.

При составлении и оформлении картограммы земляных масс придерживаются следующих правил [1, 2, п. 5.3]:

- Выполняют вычисление объемов земляных работ по каждому квадрату. Полученные значения объемов для полных квадратов выписывают на картограмму в его середине, а для неполных − в центре фигуры, образованной линией нулевых работ и сторонами квадрата отдельно для насыпи и выемки. При этом знак «+» или «−» не указывается. Для сторон квадрата d = 20 м объемы округляют до целых м3, при  d = 5 м или d = 10 м – до десятых долей метров кубических.

- Суммируют отдельно вычисленные значения объемов насыпи и выемки по вертикальным столбцам сетки квадратов и заносят их в таблицу под сеткой [1, 2, Приложения Х, Ц]. Затем определяют суммы объемов насыпи и выемки для всей площадки в целом.

- Проверяют соблюдение условия баланса земляных работ, вычисляя отношение модуля разности суммарных объемов насыпи и выемки к общему объему земляных работ в пределах площадки. Это отношение не должно превышать 3-5%.

На картограмме земляных работ должны быть показаны фактические, проектные и рабочие отметки вершин сетки квадратов, а также положение линии нулевых работ. Кроме того, на ней должны быть указаны величины объемов земляных работ по каждому квадрату и приведена сводная таблица суммарных объемов насыпи (подсыпки) и выемки (срезки) грунта по всей площадке.

Для наглядности на картограмме синим цветом показывают линию нулевых работ и величины объемов; красным цветом – проектные и рабочие отметки; черным цветом указывают фактические отметки и выполняют все остальные надписи; участки насыпи на картограмме закрашивают бледно-желтым цветом, участки выемки – бледно-розовым цветом [1, 2, Приложения Х, Ц].

Следует отметить, что план площадки в горизонталях является классической формой представления существующего рельефа строительной площадки. Современные технологии составления проектов вертикальной планировки основаны на использовании трехмерных цифровых моделей рельефа, получаемых в процессе геодезических работ на местности.

3D модели рельефа используются проектировщиками для решения таких прикладных задач, как построение проектных горизонталей, получение продольных и поперечных профилей, подсчет и оптимизация объемов земляных масс и т.п.

На данный момент имеется довольно большое количество программных продуктов, в которых на основе полученных по результатам геодезических измерений цифровых моделей рельефа местности могут выполняться проектные работы по организации рельефа, когда осуществляется вертикальная планировка участка строительства и составляется соответствующая ей картограмма земляных масс.

При автоматизированном подсчете объемов земляных работ для площадных объектов используется способ усеченных призм, а для линейных сооружений применяют способ вертикальных сечений.

Видео 4.3 – Вычисление объемов земляных работ в программе Торосad 16: https://youtu.be/vc_w2q_HP0s

Видеофильм 06 мин. 50 сек.