Формула объема котлована: Расчет объема котлована — что нужно знать?

Содержание

Расчет объема грунта котлована с откосами в Москве и Московской области

Как выполняется расчет объема грунта котлована?

Наша компания ООО «ГеоГИС» качественно и точно производит расчет объема грунта котлована в м3. Услуга действительно заслуживает внимательного и ответственного отношения, так как выемка грунта и так называемые работы «нулевого цикла» являются весьма затратным пунктом в смете. Этот дорогостоящий процесс должен быть тщательно просчитан и организован – так можно избежать перерасхода средств.

Наши опытные специалисты оперативно произведут необходимые вычисления и предоставят заказчику точную информацию о том, сколько грунта должно быть выбрано, перевезено либо распределено по территории. Это позволит инвестору контролировать процесс реализации земляных работ подрядчиками. А чтобы гарантировать качественный расчет объема грунта котлована, мы используем самое современное оборудования для выполнения исследований, передовые технологии и инновационное компьютерное обеспечение.

Расчет объема котлована с откосами в Москве: выбор метода для определения объемов

Чтобы получить достоверные данные, наши квалифицированные инженеры-геодезисты непременно учитывают вид почвы, ее удельный вес и другие важные показатели, позволяющие правильно определить оптимальный способ расчета. Определить метод и подходящую расчетную формулу для конкретного вида земляных работ, позволяет наличие информации о:

  • рельефе местности;
  • объеме работ;
  • площади сооружения;
  • использованные методы при осуществлении работ.

Кроме того, при выборе метода, с помощью которого будет произведен расчет объема котлована с откосами определенной крутизны, нашими специалистами обязательно учитываются требования клиента, указанные в индивидуальном техническом задании.

Как осуществляется расчет объема котлована?

При разработке земляного сооружения, оно может быть представлено, как стандартное геометрическое тело. Заказчики полагают, что это позволяет выполнить расчет объема котлована с откосами для обеспечения устойчивости сооружения по простым геометрическим формулам. Но как уверяют наши квалифицированные специалисты, на самом деле расчет объема котлована имеет свои особенности, — в первую очередь нужно иметь данные о точном размере объекта.

На сегодня, профессиональный расчет объема котлована выполняется нашими штатными специалистами с обязательным определением объемов разных геометрических фигур, чем определяется форма определенных сооружений. Заказчик обязательно получает полную информацию об ограничении объема грунта плоскостями. Это объясняет то, что отдельные неровности существующей земельной поверхности не оказывают никакого влияния на окончательный расчетный объем.

Важно! Расчет объема земляных работ для котлована осуществляется специалистами компании ООО «ГеоГИС» в Москве с учетом обязательного запаса при производстве выемки. Это необходимо для удобства закладки нижнего конструктивного элемента. Ведь любой котлован всегда выполняется шире на 500-900 мм по периметру от внешней границы предполагаемого фундамента. Это обеспечит устойчивость сооружения, и оно не будет менять форму и первоначальные размеры в процессе эксплуатации.

Почему стоит заказать расчет объема земляных работ для котлована в Москве у нас?

Мы много лет предоставляем геодезические услуги любой сложности в Москве и Подмосковье. Собственный парк оборудования, аттестованная лаборатория и штат квалифицированных специалистов позволяет нам гарантировать качественное выполнение комплексных работ, включая расчет объема земляных работ для котлована в Москве в максимально сжатые сроки.

Чтобы предварительно узнать стоимость расчета объема земляных масс при разработке котлована или другого земляного сооружения, вам следует связаться с менеджерами нашей компании.

ПОЛЕЗНЫЕ СТАТЬИ:

  1. Подсчёт объёмов земляных масс
  2. Расчет объема выемки грунта
  3. Подсчет объемов земляных работ
  4. Расчет пневмотранспорта сыпучих материалов
  5. Расчет объема земли траншеи

Как посчитать объем котлована

Отрывая котлован под определенные фундаменты (столбчатые) или фундаментные плиты подземных заглубленных сооружений, следует знать, что размеры сторон обычно между собой соизмеримы, а котлован имеет форму, которая является 4-гранной усеченной пирамидой или обелиском (если стороны котлована имеют неодинаковую длину).

Во время отрывки котлованов большой протяженности (например, для ленточных фундаментов зданий и сооружений), когда стороны имеют разную длину, отличаются в 2 и более раз, рельеф местности характеризуется резкими переломами продольного профиля с уклоном поперек, не более 0,1. Как посчитать объем котлована? Для этого используется метод поперечных сечений. Его суть заключается в следующем: котлован делится на отдельные части с помощью вертикальных плоскостей в точках излома профиля. Выработка в каждой части при имеющейся крутизне откосов имеет форму призматоида.
Что касается общего объема выработки, то он будет являться суммой объемов обоих клиньев в боковых частях котлована и объемов трапецеидальных призматоидов.

Подсчет объема земляных работ при планировании в зависимости от необходимой точности может быть осуществлено методом поперечных сечений, методом трехгранных призм или методом четырехгранных призм.
Для составления технологической карты и карты трудовых процессов и для выбора необходимых машин нужно определить рациональную схему и средние расстояния перемещения почвы. Данную задачу можно решить одним из трех способов: графическим, аналитическим или графоаналитическим.

Определение объемов котлованов с помощью формул


Как вы уже могли понять выше, при отрывании котлованов под фундаменты (например, столбчатые) или фундаментные плиты подземных сооружений, как правило, размеры сторон соизмеримы между собой, при этом котлован имеет форму опрокинутой четырехгранной усеченной пирамиды или обелиска (если стороны котлована имеют неодинаковые длины). В таком случае объем котлована можно рассчитать по формуле:
V= h[a1b1 + аb + (а + а1)(b + b1)]/6.

Если необходимо отрыть котлован большой протяженности (например, для ленточных фундаментов зданий), когда стороны имеют длины с отличием в 2 раза и более, рельеф местности обладает резкими переломами продольного профиля с уклоном поперек, который не превышает 0,1. Для вычисления объемов данных котлованов используется метод поперечных сечений. Его суть состоит в том, что котлован делится на части при помощи вертикальных плоскостей в характерных точках продольного профиля. Выработка в каждой части при имеющейся крутизне откосов имеет форму призматоида (рис. 4).
Объем выработки будет равняться сумме объемов двух клиньев в частях котлована с торца и объемов трапецеидальных призматоидов.
Объем трапецеидального призматоида можно вычислить с помощью формул:
V1= [(F1 + Fi+1)/2]liили Vi=Fср./li
F1, Fi+1 – размеры площадей трапеций, которые образовались сечениями котлована на гранях смежных участков; Fср- средний размер площади; li — протяженность i-го участка.
Расчет объемов земляных работ при планировании в зависимости от необходимой точности может быть осуществлен методом 3-гранных либо 4-гранных призм или же методом поперечных сечений. Чтобы составить карты трудовых процессов и технологические карты, а также сделать выбор требуемых машин важно определить рациональную схему и средние расстояния перемещения почвы. Данную задачу можно решить при помощи одного из трех методов: аналитического, графического или графоаналитического.

Расчет объема земляных работ — ГК «РИТЦ»

Расчет объема земляных работ

Подсчет объема земляных масс, с которыми придется иметь дело в ходе строительства, — важный элемент общего планирования работ. От правильного определения масштабов привлекаемых ресурсов зависит многое – сроки, стоимость, рентабельность и т.д.

Казалось бы, вычислить объем фигуры с заданными сторонами может любой старшеклассник. Однако практика наглядно показывает, что к вычислению подобного рода нужно относиться очень внимательно и ответственно, а выполнять эту работу должны хорошо подкованные профессионалы. 

Нюансы безошибочных вычислений

Предположим, перед вами стоит задача – организовать рытье котлована под фундамент. Хорошо, если он строго прямоугольной формы – достаточно просто перемножить длины сторон, чтобы определить объем. 

Но как быть, если это котлован сложной формы? Что если он предусматривает закругленные сегменты, откосы, непрямые углы, призмы, усеченные пирамиды? А при этом еще имеются запланированные и естественные перепады рельефа?

Именно для таких случаем предусмотрены особые методики и формулы, разработанные специально для подсчета объема земляных работ. Эти методы – инструмент профессионала, который с заданной точностью ответит на все вопросы и поможет спланировать необходимые ресурсы.

Есть и другие нюансы, которые не предусмотрены школьным учебником тригонометрии. Например, какой дополнительный объем заложить под песчаную подушку для ленточного фундамента? Как вычислить необходимые параметры для монтажа гидроизоляции. 

Выполнение этих расчетов должно быть безошибочным. Казалось бы, не страшно, если при строительстве коттеджа вам не удалось точно запланировать, сколько кубометров грунта нужно вывезти и на какой срок заказать грузовик. Но совсем другое дело, если речь о крупном проекте, где цена ошибки – это десятки и даже сотни дополнительных рейсов тяжелой техники.

Это лишь немногие примеры, которые наглядно демонстрируют необходимость заказать профессиональный расчет объема земляных работ.

У нас все точно!

Проведение учета земляных работ – одно из главных направлений в работе компании ЦМиГ, входящей в группу компаний РИТЦ. Наши специалисты имеют колоссальный многолетний опыт выполнения профессиональных вычислений на стройплощадках и карьерах Калужской области, а также Москвы, Тулы и других городов и областей России. Начальные расценки на расчет объема земляных масс представлены в прайс-листе. Ознакомьтесь с основными направлениями работы и обратитесь в наш офис, чтобы уточнить условия и окончательную стоимость. 

Наше кредо – профессионализм и точность. При этом мы всегда стремимся сделать работу не только хорошо, но и недорого.

На реализацию вашей цели будут работать лучшие специалисты, современные математические методики и мощные вычислительные комплексы. 

Почему без расчета не обойтись?

Проведение расчета объема земляных работ позволяет решать целый ряд стратегических задач, позволяя свести к оптимальным величинам общую стоимость проекта. Услуги профессиональной геодезической организации, в частности, позволят вам:

  • Подсчитать цену проведения грунтовых работ и узнать их длительность. Без этого не составить смету строительства, а работа требует точной планировки, а том числе и финансовой.

  • Подобрать наиболее целесообразные способы проведения земляных работ. Правильная организация сэкономит ваше время, деньги и силы.

  • Выяснить, какая техника и инструменты понадобятся для реализации задачи. Необходимые технические ресурсы всегда лучше готовить заранее.

  • Определить необходимость вывоза земли либо её перераспределения по участку в ходе обратных засыпок. Если есть возможность, лучше использовать грунт с пользой, чем тратиться на его вывоз.

  • Организовать систему вывоза грунта со строительного участка. Если грунт не понадобился на площадки, лучше избавиться от него быстро и по возможности дешево, чтобы не занимал полезное пространство.

Очевидно, что предварительная планировка объема земляных работ оптимизирует производственный процесс, позволяя экономить все задействованные ресурсы. 

Строго по выбранной методике 

Земляные сооружения достаточно легко классифицируются – они делятся на котлованы, траншеи и насыпи. Если с простыми формами метод определения объема понятен, но в случае сложно-составной конфигурации объекта инженеру нужно провести разбивку на более простые фигуры и затем суммировать значения.

Сложные и протяженные земляные сооружения разбиваются вертикальными плоскостями, чтобы образовались призматоиды. Их объем в свою очередь определяется через значения сторон поперечных сечений.

В случаях с насыпями на больших площадях необходимо выполнить разбивку сложной фигуры на 3- и 4-гранные призмы, стороны которых могут колебаться от 10 до 100 метров. 

Одно из ключевых понятий при подсчете объема земляных работ – углы откосов. На их величину влияют, прежде всего, два фактора – параметры грунта и глубина/высота сооружения. Например, для песка допустимый угол откоса при глубине в 150 см – 63 градуса. Подобные константы позволяют вычислить объем земляных работ с максимальной точностью. 

При расчете объема земляных масс необходимо учитывать и вспомогательные элементы и параметры – подъезды к объекту, площадки для разворота техники. Кроме того, в расчет принимаются факторы усадки грунта, недобора ковшом экскаватора и др.

 

Рассчитаем и распланируем!

Вы можете заказать услуги по учету объема земляных работ в компании ЦМиГ для объектов любой сложности и специфики. Начальные расценки представлены в нашем прайсе, окончательная цена определяется в соответствии с условиями работ. 

Будем рады видеть вас в нашем главном офисе в Калуге. Кроме того, для вашего удобства мы открыли представительство в Московской и Тульской областях. 

Мы готовы провести любые геодезические изыскания, в том числе подсчет объема земляных масс, на выгодных для вас условиях и максимально сжатые сроки. Доверьте задачу профессионалам – и получите превосходный результат!

Расчет объемов земляных работ и насыпных материалов. Геодезический работы для вычисления объемов грунта — Промтерра

При проведении строительства, разработке котлованов, благоустройства территории и проектировании инженерных сетей часто требуется выполнить геодезический расчет объемов земляных работ или насыпных материалов.

Наши специалисты предоставят всю необходимую информацию и рассчитают стоимость по телефону: +7 (495) 212-19-53. Усредненные цены на проведение работ — смотрите на сайте.

Для цели определения количества извлекаемого грунта эффективно использовать инженерные инструменты вычислений, в том числе метод лазерного сканирования с созданием компьютерной 3D модели.

Расчет объема земляных работ — это комплекс геодезических исследований, направленный на съемку заданного участка местности, с целью определения количества песка, щебня и других сыпучих материалов или размеров устройства котлована для зданий, сооружений и траншеи дороги.


Подсчет земляных работ и насыпных материалов

Компания «Промтерра» использует современное оборудование и программные комплексы инженерной геодезии, которые позволяют получать точные данные для наших заказчиков. На сайте можно посмотреть отзывы определению объема сыпучих материалов от организаций для которых мы выполняли геодезическую съемку лазерным сканированием.

Что дает клиенту расчет количества грунта геодезистом? Используя полученные данные вычислений он может:

  • выбрать эффективный способ выполнить земляные работы в зависимости от объема выемки;
  • определить количество техники для вывоза грунта или сыпучих материалов с территории объекта;
  • распределить часть или весь извлеченный из котлована грунт на территории строительства;
  • разработать проектно-сметную документацию с выбором экономически правильной стратегии;
  • обосновать временные рамки проведения выемки и всех планируемых мероприятий.

Все технологические требования и нормативы по выполнению геодезических и геологических изысканий прописаны в СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты».

Геодезические измерения количества грунта

При проведении измерений для подготовки котлована, подсчетов объема насыпи и выполнения земляных подготовительных работ — учитывается место проведение съемки, ландшафт окружающей среды и данные с топографического плана изучаемой территории.


Выбор способа проведения расчетов зависит от количества сыпучих материалов (щебня, песка, гравия), длины траншеи, размеров земляной насыпи, глубины котлована, а также требований заказчика и особенностей окружающего рельефа. Учитываются проектные данные, все параметры местности — возвышенности и низины, а также тип исследуемого грунта или насыпного материала.

Заказчик получает полный комплект документов как в цифровом, так и в напечатанном формате — в виде подробного отчета с указанием необходимых рекомендаций по оптимальному производству планируемых работ.

Инженерная геодезия позволяет провести планирование выемки земли при устройстве котлована или сделать вычисления для определения объема грунта в траншеи. Все расчеты осуществляются на стадии проектирования объекта или непосредственно в момент начала строительных работ. Исследования компании с успехом проходят экспертизу в органах государственного контроля с предоставлением положительных экспертных заключений.


Заголовок блока для скачивания файлов:  Скачать документацию на получение тех.условий и согласия для реализации проектов от ГБУ МО МОСАВТОДОР

Подсчет объемов земляных масс

Определение объема котлована

Определение 1

Объем земляных работ – это суммарный объем котлованов, въездных и выездных траншей.

После уточнения размеров котлована понизу (Bк и Lк), назначения крутизны откосов (m) и глубины котлована (H), определяют размеры котлована поверху (Bкв и Lкв). Далее вычисляют объем грунта, который необходимо разработать для устройства котлована.

Объем котлована прямоугольной формы с откосами следует определять по формуле опрокинутой усеченной пирамиды:

Рисунок 1. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Что касается котлованов для сооружений, состоящих из конической и цилиндрической частей (например, радиальные отстойники, метантенки и пр. ), то такие объекты, как правило, возводятся группами (по несколько сооружений в одном котловане). Такие котлованы разрабатываются в два этапа: вначале устраивается общий прямоугольный котлован, а затем делают углубления для конических частей сооружений.

Разумеется, объемы земляных работ в данном случае будут вычисляться в два этапа: сначала определяют объем общего прямоугольного котлована, а затем объем конических углублений с использованием формулы объема усеченного конуса.

Замечание 1

Как уже отмечалось выше, при определении объемов земляных работ следует учитывать объем въездных и выездных траншей, формула определения которых будет зависеть от конфигурации и вида этих траншей.

Подсчет объемов земляных масс ведется в соответствии с требованиями нормативной литературы (СП и ГОСТов), а также с учетом классификации грунтов по сложности разработки. Примечательно, что при подсчете объемов земляных масс объем грунта должен определяться в плотном теле (при плотности естественного залегания грунтов). Общий же объем работ по сооружениям представляет собой суммарный объем основных и дополнительных работ.

Существует ряд способов определения объемов земляных работ:

  • аналитический;
  • графический;
  • графоаналитический (комбинированный).

Аналитический метод предполагает применение математических зависимостей для определения объемов простейших геометрических фигур. Для использования графического метода необходимо построить различные графические зависимости, иллюстрирующие изменения объемов. При графоаналитическом методе строятся графические зависимости изменения площади сечений от линейных величин.

Баланс земляных масс

Процесс подсчета баланса земляных масс – это процесс сравнения объемов земляных работ по устройству насыпей и выемок на строительной площадке.

Баланс земляных масс разделяют на активный и пассивный.

Замечание 2

Активным называют такой баланс, при котором объем выемок грунта превышает объем насыпей. Пассивным же, напротив, называют такой баланс, при котором объем выемок больше объема насыпей.

План организации земельных работ будет зависеть от вида баланса земляных масс. В первом случае излишки грунта со строительной площадки вывозят в отвалы, во втором – недостающий грунт для устройства насыпей завозится из резерва.

В связи с тем, что вывозка грунта за пределы строительной площадки крайне нежелательна (она значительно увеличивает расходы и сроки строительства), при организации работ нулевого цикла следует стремиться к тому, чтобы весь грунт с минимальным количеством излишек укладывался в насыпи. Иными словами, следует следить за тем, чтобы на строительной площадке соблюдался нулевой баланс.

В этой связи можно сделать вывод, что оптимальная отметка планировки должна определяться таким образом, чтобы по обе стороны от нее (сверху и снизу) находились равные объемы выемок и насыпей. Данный метод актуален для системы подсчета объемов по квадратам.

После окончания подсчета все объемы земляных работ сводятся в специальную ведомость, называемую сводным балансом земляных масс. Данная ведомость состоит из двух частей: прихода (П) и расхода (Р) грунта. При П > Р баланс будет положительным (активным), а при П

Расчет объема земляных работ для котлована

Площадь котлована: 24 квадратных метров
Объем котлована: 36 кубических метров
Стоимость копания котлована: 18000
Стоимость вывоза грунта: 7200
Итого: 25200
Строительные земляные работы – это рытье котлована под фундамент, бассейн или пруд, траншеи для автономной канализации загородного дома, дренажной системы или водоснабжения коттеджа.
При организации земляных работ очень важно правильно оценить объемы вынимаемого грунта.
Стоимость проведения земляных работ складывается из самого рытья котлована или траншеи и вывоза грунта. Стоит распланировать перемещение верхнего плодородного слоя земли для дальнейшего использования в саду или огороде. Неплодородную часть грунта используют для выравнивания участка, обратной подсыпки фундамента или вывозят за пределы участка. Места для вывоза грунта определяют заранее.

Так же обратите внимание, что расценки за рытье 1 кубического метра часто увеличиваются с увеличением глубины проведения работ. Так цена от поверхности до 1 метра глубиной и от 1 метра и глубже может различаться даже в два раза. Перемещение грунта часто также отдельная статья расходов. Чтобы не нести непредвиденных расходов, оговорите все заранее с подрядчиком.

Учитывайте запас в размерах котлована для установки опалубки при заливке фундамента.


У каждого из этих подходов есть свои плюсы и минусы.
При работе вручную котлован может быть выполнен более аккуратно.
При недорогой рабочей силе и небольших объемах конечная стоимость производства земляных работ вручную может быть меньше, чем при аренде экскаватора и прочей спецтехники. Легче осуществить контроль размеров и геометрии котлована.
Однако при значительных объемах грунта и в скорости работы экскаватор часто выигрывает. В любом случае, решение зависит от вас.


Разметка котлована.
Сначала нужно разметить место под котлован или траншею. Для этого на поверхности земли колышками и тонким шнуром обозначают место проведения работ. Для контроля геометрии измеряют две диагонали будущего котлована – они должны совпадать.

Однако это непрофессиональный способ и подходит для разметки траншей или для относительно ровного участка земли.

Для более точного проектирования земляных работ применяют следующую технологию.
На некотором расстоянии от предполагаемого котлована вкапывают деревянные столбики, группами по две штуки (обноски). На них закрепляют строго горизонтально доски, на которые натягивают шнуры. Доски старайтесь закрепить на одном уровне друг с другом.
Перемещая шнуры, добиваются точной разметки. Эти обноски в дальнейшем используют и для точной установки опалубки ленточного фундамента.

Очень облегчает работу нивелир, теодолит, лазерная рулетка или лазерный уровень.


При слабом грунте или значительной глубине котлована уделите особое внимание безопасности проведения земляных работ. В этом случае стенки котлована делают не строго вертикальными, а с уклоном — для предотвращения осыпания грунта.

Стенки и дно котлована контролируют уровнем и рейкой достаточной длинны.


Для точного угла в 90 градусов есть один прием. Треугольник со сторонами 3:4:5 метров (или со сторонами, кратными этим цифрам) имеет один угол в 90 градусов. Откладывают на одной стороне от угла 3 метра, на другой – 4 и расстояние между точками должно быть ровно 5 метров.

Калькулятор объема резервуара

— Дюймовый калькулятор

Выберите стиль бака и его размеры, чтобы рассчитать вместимость. При желании введите глубину заполнения, чтобы рассчитать объем жидкости в резервуаре.

Как рассчитать объем резервуара

Объем или вместимость бака можно определить за несколько простых шагов. Конечно, калькулятор выше — самый простой способ рассчитать объем резервуара, но следуйте инструкциям, чтобы узнать, как рассчитать его самостоятельно.

Шаг первый: Измерьте резервуар

Первым делом необходимо измерить основные размеры резервуара. Для круглых резервуаров найдите диаметр и длину или высоту. Для прямоугольника или куба найдите длину, ширину и высоту.

Шаг второй: Найдите формулу объема резервуара

Для расчета вместимости резервуара потребуется формула объема. Формула объема зависит от типа измеряемого резервуара. Ознакомьтесь с приведенными ниже формулами и выберите ту, которая подходит вашему стилю.

Формула баллонного бака

объем бака = π × r 2 × л

r = радиус (диаметр ÷ 2)
l = длина (или высота для вертикального резервуара)


Овальный резервуар Formula

площадь = ((в — ш) × ш) + (π × r 2 )
объем резервуара = площадь × л

r = радиус (ширина резервуара ÷ 2)
w = ширина
l = длина
h = высота


Капсульный резервуар Formula

объем цилиндра = π × r 2 × l
объем сферы = 4/3 π × r 3
объем резервуара = объем цилиндра + объем сферы

r = радиус (диаметр ÷ 2)
l = длина (или высота для вертикального резервуара)


Прямоугольный резервуар Formula

объем бака = д × ш × в

l = длина
w = ширина
h = высота


Не нашли формулу формы вашего танка? Найдите еще больше формул объема.

Шаг третий: решите формулу объема

Когда у вас есть размеры резервуара и соответствующая формула для вычисления объема, просто введите размеры в формулу и решите.

Например, , давайте найдем объем цилиндра диаметром 36 дюймов и длиной 72 дюйма.

радиус = 36 ″ ÷ 2
радиус = 18 ″

объем резервуара = π × 18 2 × 72
объем резервуара = 73 287 куб. дюймов

Таким образом, объем этого резервуара составляет 73 287 кубических дюймов.

Шаг четвертый: преобразование единиц объема

Результирующий объем резервуара будет иметь кубическую форму первоначальных измерений. Например, если первоначальные измерения резервуара были в дюймах, то измерение объема будет в кубических дюймах. Часто требуются другие формы объема, такие как галлоны или литры.

Таким образом, последний шаг — это преобразование одного измерения объема в желаемую единицу результата. Попробуйте наши калькуляторы преобразования объема, чтобы преобразовать результаты.

Измерение объемов земляных работ | Подрядчик по планированию и земляным работам

Формулы и методы определения объемов и площадей правильных форм и поверхностей восходят, по крайней мере, к древней Греции. Пифагор и другие математики определили те формулы, которые до сих пор используются для вычисления объемов сфер и пирамид, а также площадей конических сечений кривых. Но то, что было для греков вопросом мистической философии, для подрядчиков земляных работ было вопросом финансовой жизни или смерти.Это не преувеличение. Точная оценка объемов и площадей земляных работ важна для подрядчика как для подачи точного предложения, которое может привести к заключению контракта, так и для надлежащего управления ресурсами, выделенными для проекта, чтобы он показал прибыль. Поскольку в любом оценочном расчете земляных работ есть неотъемлемая ошибка, подрядчик должен должным образом управлять возникающими неизвестными, чтобы гарантировать успех проекта.

Источники ошибок измерения — карта — это не местность
«Чем точнее карта, тем больше она напоминает территорию.Самая точная карта — это территория, поэтому она будет совершенно точной и совершенно бесполезной ». — Нил Гейман

Фотографии: 3D-вид Trimble
, визуализированный с помощью Timble Software

. Ничто не является точным на 100%. Ни измерения, ни карты, ни плана, ни диаграммы. Да и быть не должно. Они используются только в зависимости от того, насколько хорошо они соответствуют реальной местности или структуре, которые они представляют. Однако, зная, что это правда, мы должны принять во внимание эффекты этого внутреннего несовершенства измерений, полученных на карте.И для этого мы должны понимать источники потенциальных ошибок и минимизировать их в максимально возможной степени, сохраняя при этом полезную модель рассматриваемого сайта.

Освойте все, от правил OSHA до высокотехнологичного оборудования для обеспечения безопасности, в этом БЕСПЛАТНОМ специальном отчете: «Темы безопасности строительства, которые могут спасти жизни». Загрузите прямо сейчас!

Каковы источники погрешности измерения? Начните с самого первоначального обследования. Существует три основных категории первоначальной ошибки геодезиста: инструментальная, личная и естественная.Ошибка прибора возникает из-за фактического несовершенства изготовления самого геодезического инструмента или из-за первоначальной настройки геодезиста при настройке прибора. Даже простые геодезические инструменты, такие как измерительные ленты, могут подвергаться воздействию температуры окружающей среды, в результате чего лента оказывается длиннее или короче, чем должна быть. Личная ошибка возникает из-за того, что инспектор всего лишь человек. Человеческое зрение и память несовершенны, что может привести к неправильному чтению или ошибочной записи полевых измерений.Как упоминалось выше, тепло может повлиять на измерения, и это только один источник естественной ошибки. К другим источникам естественной погрешности относятся влажность, сила тяжести, ветер, преломление, кривизна выравнивания площадки и магнитное склонение, все из которых могут повлиять на работу геодезической аппаратуры.

Но даже до появления ошибок в полевых измерениях сама основа обследования может быть ошибочной. Это ранее установленные эталоны, которые привязывают всю съемку площадки к местным топографическим данным и самому реальному миру.Все контрольные показатели, расположенные рядом с сайтом, необходимо проверить перед исследованием на предмет точности и достоверности. В идеале, три каждого «третьего порядка» (с наивысшей установленной точностью) должны служить основой для наземного исследования, но по крайней мере один такой эталон необходим. Если нет другого варианта, обследование может основываться на «относительном ориентире», таком как угол здания или крышка люка. Присвоение такой точке произвольной высоты, например 100 футов, может позволить измерить высоту относительно этого импровизированного ориентира.Но этот специальный подход по своей сути менее точен и никогда не должен использоваться для обследований критически важных объектов.

Добавьте Grading & Excavation Contractor Weekly в свой информационный бюллетень и будьте в курсе последних статей по планировке и земляным работам: строительное оборудование, страхование, материалы, безопасность, программное обеспечение, грузовики и трейлеры.

Для проверки эталонных показателей может потребоваться либо региональное исследование, чтобы связать каждый эталонный показатель с известными точками, либо тщательный поиск записей предыдущих обследований собственности и сертификатов эталонов.Такой поиск записей жизненно важен и фактически должен быть первым шагом, выполняемым при любом обследовании сайта. Тщательный поиск записей также позволит выявить информацию о прошлой деятельности на объекте, которая, возможно, изменила существующую поверхность с момента последнего предыдущего обследования, о существовании и местонахождении подземных коммуникаций, которые могут помешать запланированным земляным работам, а также гидрогеологических журналах бурения, которые определяют слои почвы. и возвышения грунтовых вод под поверхностью участка. Также следует записать расположение и высоту каждого устья скважины, чтобы можно было в дальнейшем проверить точность съемки.Другие исследования участков могут выявить особые зоны воздействия, такие как карстовый рельеф или охраняемые водно-болотные угодья.

Trimble 3D и виды среза

Даже самый тщательный поиск записей бесполезен без ботинок на земле, выполняющих физический обход на месте перед началом съемки. Заменить старомодную добрую физическую разведку местности просто невозможно. Множество деталей участков от новой растительности, недавних активистов смены участков и участков эрозии не будет отображаться даже при самом последнем обследовании участка или быть описанным в самой последней записи участка.Так что даже в эпоху LIDAR и AutoCAD нет замены человеческому наблюдению.

Оценщикам также необходимо учитывать влияние самих земляных работ на объемы почвы. Фактически существует три типа объемов грунта: насыпные, рыхлые и уплотненные. Объемы берегов — это измерения количества почвы, уже находящейся в земле. Это прямые измерения между существующими степенями и предлагаемыми степенями выемки грунта. Рыхлые объемы — это объемы почвы, которые не были нарушены во время выемки и удаления и помещены в кузов самосвалов или в отвалах в рыхлом состоянии.Обычно предполагается увеличение на 25% (так называемый «коэффициент набухания») для большинства типов почвы, чтобы отразить увеличение общего объема почвы в результате нарушения во время выемки грунта. Таким образом, 1 кубический ярд естественного грунта на месте превращается в 1,25 кубического ярда в штабеле или задней части самосвала. Если этот рыхлый грунт повторно используется на месте, он будет уплотнен на месте, чтобы получить стабильную конструкционную насыпь или компактные грунтовые облицовки с низкой проницаемостью. Обычное эмпирическое правило при укладке и уплотнении почвы состоит в том, чтобы сначала разложить ее рыхлыми подъемниками толщиной 8 дюймов, а затем уплотнить на месте до плотных подъемов толщиной 6 дюймов. Таким образом, результирующий уплотненный объем составляет только 75% от объема рыхлой укладки, и поэтому 1,25 кубических ярда рыхлой почвы превращаются в 0,94 кубических ярда уплотненной почвы — окончательное сокращение на 6% по сравнению с первоначальным естественным объемом на месте. Это может показаться неважным, но при крупных земляных работах это может стать серьезной и дорогостоящей ошибкой.

Воздушная топография, в отличие от наземных съемок, имеет свои собственные источники потенциальных ошибок. Все аэрофотоснимки подвержены геометрическому искажению, поскольку они не обеспечивают вид сверху вниз, а представляют собой вид под углом, что является результатом высоты камеры, кривизны земли или нескомпенсированного движения воздушной платформы.Результатом является смещение рельефа, когда здания и другие крупные объекты могут быть неточно видны на топографической карте. И даже самая точная аэротопографическая карта имеет точность только до половины наименьшего горизонтального интервала карты. Таким образом, карта, показывающая интервалы изолиний высот в 1 фут, будет иметь точность высот только плюс-минус 0,5 фута.

Ошибки обследования могут накапливаться, и их нельзя полностью избежать. Нет ничего точного на 100%, и в этом нет необходимости, при условии, что количество и степень ошибок обследования строго минимизированы.Например, серия из трех измерений, точность которых составляет всего 10%, снизит общую точность исследуемого элемента до менее 75%. Даже когда ошибки минимизируются или избегаются, результат все равно является интерполяцией, а не реальностью. Некоторые наилучшие предположения лучше других, и, в конце концов, большинство, на что может надеяться оценщик, является наилучшим возможным предположением.

Это в основном потому, что точность и точность — не одно и то же. Предположение, что они похожи, — распространенная ошибка даже опытных специалистов по земляным работам.Точность определяется как количество единиц, которые используются для описания значения (измерение, записанное с точностью до одной тысячной фута, более точное, чем одна лишь одна десятая фута). С другой стороны, точность определяется как близость измерения к реальному значению измеряемой характеристики. Оценщикам следует сосредоточиться на достижении высокой степени точности, учитывая при этом все те факторы, которые делают невозможным достижение 100% точности в реальном мире.

Итак, как лучше всего решить эти проблемы с точностью и полнотой? По словам Алана Шарпа из Trimble: «Когда дело доходит до оценки объемов земляных работ, заказчики ищут: 1) Возможность интегрировать данные из многих источников — системы проектирования, бумажные планы, файлы PDF, машинные данные, данные дронов, сканеры и т. Д. геодезические системы; 2) Более плавные и простые рабочие процессы и целостный подход ко всем связанным процессам вокруг общей трехмерной конструируемой модели; 3) Конструируемые модели, которые они могут построить с использованием автоматизированных методов — независимо от того, что они делают — уплотнение, мощение, профилирование, рытье траншей, бурение и взрывные работы и т. Д.; 4) Интеллектуальная отчетность со всеми необходимыми данными в простых, легко читаемых отчетах; 5) Инструменты презентации, которые позволяют поддерживать процесс и заявку с помощью четких графиков и хорошо задокументированных планов работы, которые они могут использовать для успешного выигрыша большего количества заявок; 6) Конструируемые модели для отслеживания и мониторинга прогресса проекта, улучшения ключевых показателей эффективности и оптимизации рабочих процессов строительства; 7) Удаленная видимость проектов по мере их реализации; 8) Непрерывный и эволюционный процесс через взлет, оценку, предложение, график, работу / выполнение, как построено, процесс передачи обслуживания; и 9) Способность использовать информацию, полученную по одному проекту, на последующих проектах для повышения точности заявок с большей уверенностью и снижения проектного риска.”

Измерение площадей — плоские и наклонные участки
Метод треугольной площади. Предлагаемая территория земляных работ должна быть обозначена границей. Граница будет охватывать все участки выемки и насыпи. В результате получается правильный (квадрат, прямоугольник и т. Д.) Или неправильный многоугольник. Но даже самый неправильный многоугольник можно разбить на набор отдельных треугольников разной площади, длины сторон и углов углов. Зная положение (север и восток) каждого угла треугольника, оценщик может затем вычислить площадь отдельных треугольников.Затем можно рассчитать общую плоскую площадь участка, сложив сумму всех отдельных треугольников. Метод площади треугольника —
, рассчитывается следующим образом:

A = sqrt [s * (s — a) * (s — b) * (s — c)]

Где:

  • A = площадь треугольной области (квадратных футов)
  • a, b, c, = длины трех сторон треугольника (футы)
  • с = (a + b + c) / 2

Метод длинных интервалов. Метод длинных интервалов лучше всего использовать для участков с пологими уклонами или уклонами с постоянным ровным уклоном, но с очень неровными границами.Интервалы устанавливаются перпендикулярно базовой линии, которая была выровнена по мере необходимости для максимально точного расчета площади. Длина каждого интервала простирается от того места, где интервал пересекает одну сторону границы области, до того места, где он пересекает противоположную сторону границы. Метод длинного интервала рассчитывается следующим образом:

А = D * ((L1 + L2) / 2)

Где:

  • A = площадь (квадратные футы)
  • L = длины соседних интервалов (футы)
  • D = расстояние между интервалами по базовой линии (футы)

Другой 3D-вид от Trimble Software

Картирование CF увеличено

Измерение объемов — зажатое между двумя поверхностями
Итак, как оценщики вычисляют объем между двумя поверхностями? Это может быть очень сложный процесс, поскольку величина изменения высоты поверхности почвы может значительно и неравномерно варьироваться по всему участку. Первая поверхность — это, как правило, топография существующей площадки, а вторая — оценки строительной площадки после строительства. Уровни после строительства могут быть получены в результате выемки (выемки) существующего грунта, засыпки (засыпки) дополнительного грунта или их комбинации. Объемы, необходимые для размещения почвы, обычно обозначаются как положительные, тогда как объемы, полученные в результате выемки грунта, рассматриваются как отрицательные. Полученные числа можно сложить вместе, чтобы получить процентное соотношение для сайта.Хорошо спроектированный участок (если возможно) приведет к сбалансированному срезу для заполнения с чистым объемом двух равным нулю. В зависимости от характера участка и предполагаемых земляных работ существует несколько вариантов для точной оценки итоговых объемов земляных работ.

Метод глубины и площади. Объекты площадок с постоянной толщиной выемки для засыпки можно оценить с помощью простого расчета методом глубины и площади. При таком подходе площадь участка умножается на толщину предлагаемых земляных работ.Типичные примеры этого включают в себя выемки или насыпь для выравнивания с целью создания основы для последующей укладки тротуара, заполнение уже существующей ямы в фундаменте с плоским дном, снятие верхнего слоя почвы до постоянной глубины, например, 6 дюймов, или рытье траншей с одинаковой шириной и глубиной ниже. уклоны поверхности по длине предполагаемого заглубленного трубопровода. Сама существующая поверхность не обязательно должна быть плоской (хотя это повысило бы точность оценки), если полученная поверхность параллельна наклонам и отметкам существующей поверхности.Но при расчетах для участка со значительным уклоном необходимо учитывать влияние уклона. Например, участок с плоской областью — если смотреть прямо сверху, как на карте или виде в плане — может иметь площадь 1 000 000 квадратных футов (квадрат размером 1 000 на 1 000 футов). Однако, если эта область не плоская, а вместо этого имеет уклон 25% (от 1 по вертикали до 4 по горизонтали) в одном направлении, то ее фактические размеры составляют приблизительно 1031 фут на 1000 футов, в результате чего фактическая площадь поверхности составляет 1 031 000 квадратных футов. Это может показаться небольшим, но для крупных проектов такая процентная разница может привести к значительным изменениям в общей оценке объема, что в дальнейшем может привести к потраченным значительным суммам денег сверх первоначальной оценки затрат. Метод глубины и площади рассчитывается следующим образом:

В = Т * А * (1/27)

Где:

  • V = объем (кубические ярды)
  • A = площадь откоса (квадратные футы)
  • T = толщина пласта или даже разреза (футы)

Сеточный метод. Сеточный метод обычно используется для оценки объемов, извлеченных из карьеров (и часто его называют методом карьера). Подобно методу глубины и площади, метод сетки использует измерения толщины на заданной площади. Однако толщина может варьироваться в зависимости от участка, и рассматриваемые области представляют собой серию точек сетки, размещенных с постоянными интервалами, ориентированными на конкретную трассу (север-юг, граница собственности, трасса проезжей части и т. Д.). Каждая точка сетки рассматривается как центр квадрата, стороны которого равны сторонам интервала сетки (например, 10 футов на 10 футов для сеток с интервалами 10 футов на 10 футов).Уклон поверхности внутри самого квадрата сетки рассчитывается и аппроксимируется путем присвоения обследованных или предполагаемых отметок каждой из угловых точек квадрата. Квадрат рассматривается как колонна, идущая прямо вниз (или вверх) вертикально через предлагаемую выемку грунта (или размещение насыпи), где четыре угла совпадают с соответствующими углами, расположенными на предлагаемой поверхности. Затем можно провести измерения для определения глубины резания или насыпи на каждом углу (опять же, сохраняя отрицательные расстояния реза и положительные расстояния насыпи).

Затем четыре глубины усредняются путем их сложения и деления на четыре. Это дает усредненную глубину квадрата сетки, которую затем можно просто умножить на площадь квадрата, чтобы определить объем столбца грязи в данной точке сетки. Излишне говорить, что точность может быть увеличена за счет уменьшения интервалов сетки и использования все меньших квадратов. Однако количество результирующих квадратов как квадрат уменьшения интервала (уменьшение интервала вдвое увеличивает количество квадратов, которые должны быть вычислены в четыре раза, уменьшение интервала до трети, увеличивает количество квадратов на коэффициент девять и т. д.). Метод площади сетки рассчитывается следующим образом:

В = ((D1 + D2 + D3 + D4) / 4) * A * (1/27)

Где:

  • V = объем (кубические ярды)
  • A = площадь квадрата сетки
    (квадратных футов)
  • D = глубина резания / насыпи на каждой решетке
    угол (фут)

Метод конечной площади. Вместо вычисления объемов сверху вниз от существующей поверхности до предлагаемой поверхности, метод конечной площади вычисляет объемы с помощью вертикальных срезов, разрезаемых через равные промежутки времени через засыпки или выемки.Срезы выровнены перпендикулярно базовой линии по всей длине участка земляных работ. Обычно это самый длинный размер участка для повышения точности, но он также может быть выровнен по линии участка или участка, сервитута, полосы отвода, осевой линии проезжей части и т. Д. Интервал между параллельными участками может варьироваться в зависимости от размера участка. и проектная точность расчета. Объем массивной застройки на 1000 акров мог быть рассчитан с разумной точностью с интервалами от 100 до 200 футов.Меньший квадратный участок под застройку площадью менее 10 акров (660 футов на 660 футов) не сможет обеспечить разумную точность с таким большим интервалом, поскольку он будет использовать только шесть секций. Как правило, чем меньше размер сайта, тем меньше требуемый интервал между срезами.

Вывод листов из Trimble Software

Хотя эти срезы можно было нарисовать (и рисовались ранее) вручную, самый простой способ нарисовать эти срезы — использовать программу AutoCAD, которая генерирует поперечные сечения, а затем определяет площадь каждого среза. Обратите внимание, что иногда для визуальной ясности рисунка увеличиваются размеры по вертикали. Часто это в пять или 10 раз больше, чем горизонтальный размер (например, горизонтальный 1 дюйм равен 100 футам, а вертикальный 1 дюйм равен 20 футам, что приведет к пятикратному увеличению вертикального размера чертежа. при расчете площадей среза учитывается это преувеличение, а не просто измеряется площадь на чертеже, поэтому избегайте пятикратного увеличения площади среза.Как всегда, области вырезания отрицательные, а области заливки — положительные. Площадь поперечного сечения может быть определена вручную, но обычно рассчитывается в программе AutoCAD, либо с помощью метода треугольной площади, если поперечные сечения простые и регулярные, либо с помощью метода интервала длины, если форма поперечного сечения нерегулярная и сложная. . Метод конечной площади рассчитывается следующим образом:

В = L * ((A1 + A2) / 2) * (1/27)

Где:

  • V = объем (кубические ярды)
  • A = площади прилегающих поперечных сечений
    (квадратных футов)
  • L = расстояние между поперечными сечениями по базовой линии (футы)

Призмоидальная формула. Призмоидальная формула является усовершенствованием метода конечной площади и часто бывает необходима, если существующая поверхность грунта сильно неравномерна в полосах площади между соседними интервалами срезов. С помощью этого метода оценщик добавляет дополнительное поперечное сечение на полпути между двумя поперечными сечениями, ограничивающими неровную поверхность (обратите внимание, что этот метод не нужно выполнять для каждого интервала на участке — только для тех, у которых есть локальные неровности). Площадь этого половинного поперечного сечения рассчитывается отдельно, а не является средним значением двух смежных поперечных сечений.Формула Призмоида рассчитывается следующим образом:

В = L * ((A1 + (4 * Am) + A2) / 6) * (1/27)

Где:

  • V = объем (кубические ярды)
  • A1, A2 = площади смежных поперечных сечений (квадратные футы)
  • Am = площадь среднего поперечного сечения (квадратные футы)
  • L = расстояние между поперечными сечениями по базовой линии (футы)

Метод контурной площади. Метод контурной площади использует горизонтальные линии высот, проведенные на топографической карте участка, и линии уклона, проведенные на предложенном плане участка, для расчета объемов выемки и насыпи участка.Этот метод во многих отношениях является более простым способом расчета объемов по сравнению с методом конечной площади, поскольку нет необходимости в дополнительных чертежах и поперечных сечениях. Традиционно измерение площадей, ограниченных контурными линиями высот, производилось вручную с помощью планиметра, прикрепленного к чертежной доске. Объемы вычисляются путем усреднения площади смежных отметок изолиний и умножения среднего значения на разность высот (метод почти идентичен методу конечной области — только ориентация областей горизонтальная, а не вертикальная).Метод контурной площади рассчитывается следующим образом:

В = Н * ((A1 + A2) / 2) * (1/27)

Где:

  • V = объем (кубические ярды)
  • A = площади прилегающих контуров высот (квадратных футов)
  • H = разница высот между контурами (футы)

Методы триангулированной нерегулярной сети (TIN) и цифровой модели местности (DTM). Метод триангулированной нерегулярной сети использует файлы, созданные AutoCAD (“.tin ”файлы) на топографических поверхностях для определения объемов. Эти поверхности состоят из треугольников, созданных программой из точек полевой съемки, которые она графически соединяет с другими близлежащими точками (с точки зрения расстояния по горизонтали, а не перепада высот), чтобы сформировать серию неправильных треугольников, которые покрывают поверхность, как грани на поверхности. жемчужина. Это, в свою очередь, позволяет создавать высокоточные цифровые модели местности. Учитывая огромное количество требуемых вычислений, это процесс, который можно выполнить только на компьютере.ЦМР позволяют выполнять прямой расчет между поверхностью и фиксированной отметкой или двумя такими поверхностями. ЦМР также можно создавать для различных слоев почвы при выемке грунта, что позволяет напрямую рассчитывать объемы для каждого типа почвы.

Программное обеспечение и системы измерения — основные поставщики
Roctek International производит программное обеспечение WinEx-GRADE и WinEx Master, которое оценивает объемы выемки и насыпи с использованием метода сетки с высокой плотностью. Они предлагают несколько функций, уникальных для их линейки продуктов, таких как Vector Direct, LineTracker и Alternate Plan.Утилита импорта Vector Direct может практически исключить трассировку из файлов Vector PDF и CAD, импортировав как линии, так и отметки. LineTracker значительно увеличивает эффективность отслеживания за счет обнаружения ближайшей линии и привязки к ней. Это позволяет пользователю рисовать быстрее без потери точности даже за счет перекрывающихся линий и выносок. Альтернативный план позволяет использовать неограниченное количество страниц с разным масштабом в пределах одного взлета. Их профессиональные инструменты аналитики и визуализации позволяют оператору проверять весь план участка в 3D, в то время как отметка с указанием и щелчком мыши показывает вам, что именно происходит в любой момент.Дополнительные специализированные функции включают в себя: экспорт в GPS, количество земляного полотна для любой рабочей зоны, процедуры чрезмерной выемки грунта, подпорные стены, отдельные и связанные точечные процедуры, процедуры разметки верхнего слоя почвы и повторного распределения, информацию о слое из журналов ствола скважины, срезов под любым углом, расширенные процедуры траншеи для подземных коммуникаций и расширенные возможности балансировки площадки. Roctek остается на переднем крае технологий с частыми обновлениями, управляемыми пользователями, и предлагает непревзойденное обслуживание клиентов, предоставляя квалифицированную техническую поддержку пользователям с любым уровнем опыта.Как заметил один заказчик: «Программное обеспечение WinEx Master от Roctek создано для удовлетворения ВСЕХ потребностей в резке и насыпи. Это мощный инструмент с превосходными инструментами отчетности, оцифровки и визуализации. Благодаря такому количеству функций это не то, чему вы можете научиться в одночасье, но отличное обслуживание клиентов! Они будут с вами на экране всю ночь, если вам нужно быстро выучить это ».

Vertigraph, Inc. предоставляет BidScreen XL в качестве дополнительного программного обеспечения, которое документирует изменение количества в Microsoft Excel.Bidscreen XL идеально подходит для любой торговли. Комбинация обеспечивает гибкость и простоту. Когда загружается BidScreen XL, весь начальный процесс измерения и расчета количеств выполняется непосредственно Microsoft Excel, причем все данные сохраняются в книге Excel. Он работает с основными типами векторных и растровых файлов, такими как PDF, DWG, DXF, TIFF и т. Д. Функции и формулы, помещенные в электронную таблицу Excel, будут вычислять количества и оценивать цену предложения на основе измерений BidScreen XL.Связанная программа SiteWorx / OS (более применима к подрядчикам по земляным работам, чем приложение BidScreen XL) создает модели поверхности и рассчитывает объем выемки на площадке.

Согласно Sharp, их успехи в оценке и назначении ставок можно увидеть в их программном обеспечении для взлета, таком как Trimble Business Center, HCE, которое используется для оцифровки и моделирования данных из бумажных планов, растровых файлов PDF, векторных файлов PDF или файлов САПР. Их программное обеспечение может применять все детали строительства, включенные в строительную документацию и спецификации, в том числе скважины, слои пластов, зоны сноса, траншеи и детали инженерных коммуникаций, а также глубину улучшения материалов и площадок для площадок, парковок и ландшафтного дизайна дороги, чтобы построить детальная смета объемов для проекта.

После определения количества модели и местоположения количества могут быть преобразованы в оценку рабочего процесса, чтобы определить, как будет выполняться проект, когда будет выполняться каждый шаг, сколько времени займет каждый шаг, и какое оборудование и персонал будут требуется. Затем программное обеспечение может анализировать поток материалов вокруг проекта и может использоваться для определения оптимального способа выемки или размещения почвы. Оптимизация может включать тип и количество оборудования, включая сопутствующие эксплуатационные расходы, такие как топливо, операторы, техническое обслуживание и время, а также затраты на мобилизацию.Например, функция массовых перевозок в Business Center – HCE предоставляет расширенные методы определения оптимальных процессов при минимальных затратах на строительство. Эти результаты затем могут быть объединены в оценочный пакет подрядчика для проведения детальной оценки, зная, что были оценены передовая практика и оптимальные количества.

Эти данные затем могут быть объединены в программное обеспечение для планирования, которое может преобразовывать количества и расстояния перевозки с темпами добычи и назначенными ресурсами для создания графика времени и места.Trimble TILOS — это усовершенствование традиционных процессов планирования, основанное на технологии диаграмм GANTT, где список действий может быть снабжен началом, концом и продолжительностью, но не с указанием того, где в проекте и в каком направлении вы работаете. Традиционные пользователи диаграмм GANTT не могут надежно применять сезонные или экологические ограничения. Они также не могут увидеть влияние конфликтующих операций, потому что традиционные решения для планирования не содержат геопространственных элементов, необходимых для того, чтобы видеть, что происходит, где, когда и с какими ресурсами.TILOS, однако, объединяет все эти элементы и может представлять информацию о расписании как традиционными способами, так и в виде диаграммы времени-местоположения. Эта диаграмма временного положения может представлять на одной странице всю информацию, обычно включаемую в диаграмму GANTT. Диаграмму времени и места также можно использовать для отображения хода работ по проекту. Система TILOS интегрируется с системой массовых перевозок Business Center-HCE, что позволяет автоматически вносить оценки проекта в диаграмму времени и места.

После того, как тендерное предложение выиграно, подрядчик переходит в операционную фазу. Традиционно на этом этапе создаются более подробные модели, а оценочная модель обычно не используется. При использовании технологии Trimble оценочная модель просто открывается и улучшается по мере необходимости, и ее можно быстрее развернуть для управления строительными работами благодаря беспрепятственному подключению к полевым системам для съемки, определения местоположения, проверки уклонов и управления машиной. Единая конструктивная модель может быстро задействовать самые сложные проекты с подключением к Trimble или сторонним системам и системам OEM.Объединение групп оценки и оперативных исполнителей с использованием общих инструментов чрезвычайно важно для обеспечения конкурентоспособности при подаче заявок на строительство.

Математика для скважин — AAPG Wiki

Справочное руководство по геологии разработки
серии Методы разведки
Деталь Методы на буровой площадке
Глава Математика для скважин
Автор Грег Данн
Ссылка Интернет-страница
Магазин Магазин AAPG

Несколько простых математических формул используются для выполнения основных расчетов во время бурения скважины.Результаты этих расчетов расширяют знания о поведении скважины и облегчают общение с буровым персоналом. Определения математических переменных и сокращений, используемых в этой главе, приведены в таблице 1.

Таблица 1 Определения терминов и сокращений, используемых в этой главе
Срок Определение Агрегат
п. Гидростатическое давление на глубине d фунтов на квадратный дюйм
MW мутная вода Масса бурового раствора фунтов / галлон
D Глубина по вертикали футов
В баррф Объем баррелей / фут
D 1 Больший диаметр дюйм.
D с Меньший диаметр дюйм.
V h Объем отверстия; объем открытой или обсаженной скважины баррелей / фут
V a Кольцевой объем; объем кольцевого пространства, площадь между внешней стороной бурильной трубы или муфты и открытым или обсаженным стволом баррелей / фут
V d Рабочий объем; объем, вытесняемый стальным объемом бурильной трубы или воротника.Смещение — это объем между внешним и внутренним диаметром бурильной трубы или воротника. баррелей / фут
В с Объем емкости; объем, содержащийся внутри бурильной трубы или воротника баррелей / фут
Вт Масса хомутов или кожуха фунт / фут
из Наружный диаметр трубы дюйм.
id Внутренний диаметр трубы дюйм.
D т Мощность тройного бурового насоса баррелей / ход
D d Мощность двойного бурового насоса баррелей / ход
L s Длина хода насоса дюйм.
D 1 Диаметр гильзы насоса дюйм.
D r Диаметр насосной штанги (только дуплекс) дюйм.
AV Скорость вращения в кольце фут / мин
галлонов в минуту Мощность бурового насоса галлон / миль н
Dh Диаметр отверстия дюйм.
Ан Площадь сопла дюйм 2
J 1 … J n Размер сопел, без «32-го» 32-й дюйм.
JNV Скорость сопла фут / сек
THhp Общая гидравлическая мощность л.с.
Пол. Давление бурового насоса фунтов на квадратный дюйм
JNPL Потеря давления на сопле фунтов на квадратный дюйм
% Hhpb Процент общей мощности, израсходованной на долоте %
л.с. Гидравлическая мощность на долоте л.с.
л.с. / дюйм. 2 Гидравлическая мощность на квадратный дюйм долота л.с. / дюйм. 2
Обь Диаметр долота дюйм.
JIF Сила удара реактивной струи фунтов
FFP Конечное давление потока Давление трещины пласта фунтов на квадратный дюйм
T% Hhpb Общая процентная гидравлическая мощность на долоте %

Гидростатическое давление в жидких колоннах

Вес бурового раствора — это ключевой манометр, используемый при бурении, поскольку он непосредственно реагирует на пластовое давление.Гидростатическое давление в любой точке ствола скважины, заполненной жидким буровым раствором (буровым раствором) в статических условиях (то есть, когда бурильная колонна не циркулирует и / или не перемещается вверх или вниз), является функцией только двух переменных:

  • Высота столба жидкости (глубина)
  • Плотность жидкости (буровая масса)

Общий объем жидкости или форма отверстия не влияют на гидростатическое давление, но высота столба жидкости (глубина) должна измеряться в том же направлении, что и сила тяжести, то есть истинно вертикально.Это соображение важно для сильно наклонных и горизонтальных стволов скважин. Гидростатическое давление (P) на любой глубине в стволе скважины рассчитывается следующим образом:

Пример : Если скважина глубиной 10000 футов содержит буровой раствор с массой 11,5 фунта на галлон (фунтов на галлон), гидростатическое давление на дне скважины равно

Масса бурового раствора

Если уравнение для гидростатического давления решается для веса бурового раствора (MWmuddy water), то можно рассчитать эквивалентный вес бурового раствора, что имеет несколько важных применений на буровой площадке. Решая для MWmuddy воды, уравнение принимает вид

Пример : Предположим, что пласт на высоте 10 000 футов 3 048 м имеет известное гидростатическое давление 6292 фунта на квадратный дюйм. Вес бурового раствора, необходимый для бурения этого «сбалансированного» пласта (гидростатическое давление, равное пластовому давлению), рассчитывается следующим образом:

Убить массу грязи

В ситуации контроля скважины после того, как был произведен удар, необходимо увеличить вес бурового раствора, чтобы уравновесить пластовое давление.Поглощающий вес бурового раствора можно рассчитать, наблюдая за стабилизированным давлением в закрытой бурильной трубе. Давление в закрытой бурильной трубе регистрирует превышение пластового давления над гидростатическим давлением бурового раствора в скважине. Давление в закрытой бурильной трубе преобразуется в эквивалентную массу бурового раствора. Этот вес добавляется к весу бурового раствора, находящемуся в данный момент в стволе скважины, чтобы получить необходимый вес глушения. Удельный вес бурового раствора также можно преобразовать обратно в фунты на квадратный дюйм, чтобы получить оценку пластового давления.

Пример : Предположим, что в скважине произошел выброс на высоте 10 000 футов 3 048 м при бурении с буровым раствором 11,5 фунта на галлон. Скважина закрыта, давление в бурильной трубе составляет 312 фунтов на квадратный дюйм. Избыток в фунтах на галлон веса бурового раствора рассчитывается следующим образом:

Добавление расчетного превышения 0,6 фунта на галлон к текущей плотности бурового раствора в 11,5 фунтов на галлон дает 12,1 фунта на галлон, необходимые для контроля скважины. Вес бурового раствора обычно увеличивается сверх расчетного веса глушения, чтобы учесть отрицательное давление (тампон), оказываемое на ствол при спуске бурильной колонны.

Давление трещины пласта

Давление разрыва пласта (давление в НКТ по ​​FTP) можно определить с помощью теста на утечку или целостности пласта . В этом испытании скважина закрывается, и буровой раствор медленно закачивается в скважину. Давление в стволе скважины линейно увеличивается до точки, где пласт начинает принимать буровой раствор. Давление в этой точке является давлением утечки и используется для оценки давления в трещине пласта.Как и давление в закрытой бурильной трубе, давление утечки добавляется к давлению бурового раствора в скважине.

Пример : Предположим, что испытание на герметичность проведено в стволе скважины длиной 10 000 футов, содержащем 11,5 фунта на галлон бурового раствора с давлением утечки 1040 фунтов на квадратный дюйм. Давление разрыва пласта оценивается как

Давление гидроразрыва пласта эквивалентно плотности бурового раствора 11,5 + 2,0 = 13,5 фунт / галлон, или

Следовательно, потеря циркуляции может стать проблемой в этом стволе скважины, если масса бурового раствора превышает примерно 13.5 стр. Эта процедура достаточно точна для быстрых расчетов месторождения, но она немного завышает давление в пласте, поскольку не учитываются эффективная сжимаемость бурового раствора и потери давления на трение.

Объемы ствола

Все важные объемы ствола скважины рассчитываются по единой формуле:

Объемы указываются в баррелях и могут быть рассчитаны для скважины с внутренним калибром, используя это уравнение для определения объема в баррелях на фут, а затем умножая это значение на длину секции скважины в футах.(Примечание: промывки и толстая глинистая корка могут существенно изменить объем скважины.)

Пример : Если в скважине глубиной 10000 футов с диаметром 8,0 дюймов содержится труба с внешним диаметром 5,0 дюйма, 0,127 м
0,417 фута и внутренним диаметром 4,0 дюйма. 0,102 м
0,333 фута, объем вычислений выглядит следующим образом:

Хотя это решение является математически правильным (то есть сумма кольцевого объема, вытеснения и пропускной способности равна объему ствола), основная формула приводит к заниженной оценке смещения бурильной трубы. Поскольку бурильные трубы (не муфты) имеют замки, приваренные к трубе, расчет смещения бурильной трубы включает дополнительный этап для учета дополнительного объема, смещаемого замками. Для большинства расчетов с обычно используемыми размерами и массами бурильных труб (4,5 и 5 дюймов) добавление величины 0,001 к расчету объема ствола на фут для смещения с достаточной точностью учитывает дополнительный объем замкового соединения. Используя данные из предыдущего примера, мы получаем следующий расчет смещения:

Обратите внимание, что при учете замков бурильных труб смещение равно 10.0 баррелей больше. Опять же, этот дополнительный шаг не требуется при расчете смещения хомутов, так как хомуты не имеют приварных замков.

При расчете объема на буровой площадке важно определить геометрию каждой скважины в стволе скважины. Лучше всего это сделать, нарисовав схематическое изображение ствола скважины и указав все размеры обсадной колонны, открытого ствола, бурильной трубы и муфты. В нескольких справочниках есть обширные таблицы с указанием размеров труб и муфт [1] .Затем необходимо произвести расчеты для каждого кольцевого вытеснения и объема ствола скважины, а затем просуммировать итоговую величину.

Масса хомутов или кожуха

Вес (W) хомутов или обсадных труб в фунтах на фут оценивается по формуле

Часто наружный диаметр (od) и вес хомутов являются единственными известными размерами. В этом случае предыдущее уравнение может быть решено для внутреннего диаметра (id) хомутов:

Пример : Для оценки внутреннего диаметра утяжеленных бурильных труб с внешним диаметром 6.5 дюймов 0,165 м
0,542 фута и весом 96 фунтов / фут, производится следующий расчет:

Мощность бурового насоса

Теоретическая мощность насосов тройного и дуплексного типа рассчитывается по следующим формулам:

Пример : производительность тройного бурового насоса с 11-дюймовым. длина хода и 6 дюймов лайнеры установлены

Это теоретический расчет, основанный на работе насоса со 100% КПД.Буровые насосы редко бывают эффективными на 100%, и это вычисление умножается на некоторый объемный коэффициент полезного действия, обычно от 0,90 до 0,99 для тройных насосов и от 0,80 до 0,90 для двойных насосов. Фактический КПД насоса определяется путем измерения всасывающего приямка, изолирования всасывающего приямка так, чтобы буровой раствор перекачивался из него только за определенное количество ходов насоса, затем вычисления объема, откачанного из приямка, и деления его на общий количество ходов насоса.

Помимо количества баррелей на ход, производительность бурового насоса также может быть выражена в галлонах на ход, баррелях в минуту или галлонах в минуту.После определения ствола на ход остальные параметры легко вычисляются следующим образом:

Пример : Если ранее рассмотренный тройной насос работал с объемным КПД 95% при 98 ходах / мин, можно выполнить следующие расчеты:

Время циркуляции или запаздывания

Циркуляция снизу вверх, или время запаздывания — это время, в течение которого образцы или газ, образовавшийся в долоте, достигают поверхности (через буровой раствор) для исследования.Этот расчет зависит от объема и скорости.

После расчета объемов ствола скважины и производительности бурового насоса можно оценить несколько параметров времени циркуляции бурового раствора. Наиболее часто используемые из этих параметров:

  • ходов насоса от поверхности до долота,
  • время от поверхности до долота,
  • ходов насоса от долота к поверхности (ходы с задержкой), и
  • от бита до поверхности (время запаздывания).

Поскольку буровой раствор закачивается изнутри бурильной колонны к долоту, расчеты от поверхности к долоту (s-to-b) выполняются следующим образом:

Буровой раствор затем закачивается обратно в скважину на поверхность через кольцевое пространство, поэтому расчет от долота к поверхности (b-to-s) или запаздывания выполняется следующим образом:

Пример : Используя ранее рассчитанные данные, мы можем рассчитать время циркуляции следующим образом:

Время задержки также можно измерить на буровой, поместив карбид кальция в трубу при выполнении соединения. Карбид реагирует с водой в буровом растворе и образует газообразный ацетилен, который легко обнаруживается хроматографом. Счетчик ходов сбрасывается, когда карбид «опускается» по трубе, и записывается количество ходов, необходимых для возврата ацетилена. Затем сравниваются фактические и рассчитанные лаги и дается интерпретация.

Сравнение измеренного и рассчитанного времени запаздывания и знание расчетов объема и бурового насоса имеют несколько других приложений для решения проблем на буровой.К ним относятся расположение размыва (трещина или отверстие) в бурильной колонне, место обнаружения нефти при застревании бурильной колонны и плотность проникающей жидкости для выбрасывания.

Бит гидравлика

Гидравлика — это отрасль науки, которая занимается практическим применением движущихся жидкостей. Гидравлика долота важна, потому что на очистку ствола скважины и эффективность бурения напрямую влияет мощность, затрачиваемая на долото.

Скорость вращения в кольце

Скорость в кольцевом пространстве — это средняя скорость, с которой буровой раствор движется обратно вверх по кольцевому пространству при циркуляции скважины.Хотя производительность бурового насоса остается постоянной, кольцевые скорости меняются в разных точках ствола скважины из-за изменений размеров трубы, муфты и ствола скважины. Кольцевая скорость (AV) может быть рассчитана как

Пример : Если буровой раствор циркулирует со скоростью 400 галлонов / мин в 8,5-дюймовом. отверстие, содержащее 4,5-дюйм. бурильная труба и 6.5-дюйм. воротников, кольцевые скорости

Площадь сопла

Обычное долото для роторного бурения обычно имеет от двух до четырех струйных форсунок, установленных для создания струйного воздействия на буровой раствор для очистки забоя скважины.Размер сопла варьируется и измеряется в 32-х долях дюйма. Обратите внимание, что при указании размеров сопла «32» обычно не указывается. Таким образом, бит с установленными «тремя 13-дюймовыми» означает, что у долота есть три 13/32-дюймовых. форсунки установлены. Общая площадь (An) струйных сопел рассчитывается как

Пример : Площадь сопел для долота с тремя 13/32 дюймами. форсунки установлены

Скорость сопла

Скорость струйного сопла (JNV) — это скорость бурового раствора, выходящего из струйных сопел долота, и оценивается как

Пример : Скорость сопла для долота с тремя установленными соплами 13 и скоростью циркуляции 400 галлонов в минуту равна

Общая гидравлическая мощность

Общая гидравлическая мощность (THhp), доступная для буровой гидравлики, определяется скоростью циркуляции и давлением бурового насоса.Общая гидравлическая мощность рассчитывается как

Пример : Общая гидравлическая мощность, доступная при циркуляции со скоростью 400 галлонов / мин с давлением насоса 2000 фунтов на квадратный дюйм, составляет

Потери давления на сопле

Давление насоса — это общее давление, прилагаемое ко всему наземному оборудованию циркуляционной системы (например, стояк, шланг ведущей трубы и ведущая труба), каналу бурильной колонны, соплам и кольцевому пространству.Только давление, пропускаемое через форсунки, совершает полезную работу по бурению. Остальные потери давления называются паразитными потерями давления . Потеря давления в сопле реактивного сопла оценивается следующим образом:

Пример : Давление, потерянное через три 13-дюймовых реактивных сопла при циркуляции бурового раствора 12,0 фунтов на галлон при 400 галлонах в минуту, составляет

Гидравлическая мощность на долоте

Гидравлическая мощность на долоте (BHhp) рассчитывается как общая гидравлическая мощность (THhp), но давление бурового насоса (Pp) заменяется потерей давления в форсунке (JNPL):

% общей гидравлической мощности, затрачиваемой на долоте, является важным параметром для определения и рассчитывается двумя способами:

или

Пример : Используя данные из предыдущих примеров, мы можем вычислить процентную гидравлическую мощность на долоте следующим образом:

или

Еще один ключевой гидравлический параметр, который указывает величину мощности, затрачиваемой на долото, — это гидравлическая мощность в лошадиных силах на квадратный дюйм площади долота. Рассчитывается по

Пример : Использование предыдущих данных с 8,5-дюймовым. бит, мы можем рассчитать гидравлическую мощность на квадратный дюйм площади долота как

Сила удара реактивной струи

Одна из теорий «оптимальной» гидравлики бурения гласит, что очищающее действие долота на забое скважины максимизируется за счет максимизации силы удара струи. Сила удара реактивной струи (JIF) оценивается как

Пример : Используя предыдущие данные, мы можем рассчитать силу удара струи следующим образом:

См. Также

Список литературы

  1. ↑ Baker Service Tools, 1985, Техническая информация для специалистов по нефти и газу.

Внешние ссылки

найти литературу по теме
математика для буровой площадки

Проектирование добычи подземных вод в котловане открытого грунта и упрощенный расчет оседания грунта из-за обезвоживания песчано-галечных слоев грунта

Для изучения проекта незавершенного колодца для извлечения подземных вод в котловане открытого карьера, в котором внутренний и внешний водоносные горизонты не изолированы полностью, и в качестве примера взят механизм изменения оседания грунта из-за осушения в котловане, котловане открытого типа для станции метро на линии метро Chengdu Metro 6; Между тем, в данной статье объектом исследования также рассматриваются типичные песчано-галечные толщи почв.Во-первых, новая методика проектирования добычи подземных вод в карьерном котловане представлена ​​и применена к практическому проекту. Кривая водоотводящей воронки рассчитывается на основе предположения Дюпюи, а проседание грунта вокруг котлована из-за добычи грунтовых вод рассчитывается с использованием метода суммирования стратификации, а также с учетом эффекта фильтрационной силы. Программа конечных разностей FLAC 3D используется для моделирования процесса добычи подземных вод в котловане, а также выполняется моделирование добычи подземных вод по одной точке скважины и групповым точкам скважин, и достигается неявный эффект групповых точек скважин.Сравнение мониторинга на месте, теоретических расчетов и численного моделирования показывает, что эти значения имеют одну и ту же тенденцию в указании оседания грунта, и традиционный метод суммирования стратификации является консервативным, а алгоритм, учитывающий влияние фильтрационной силы, является более точным. Таким образом, представлена ​​кривая проседания грунта в результате забора грунтовых вод в котлован. Вышеупомянутые методы и результаты исследований могут быть применимы в практической инженерии и могут быть использованы для руководства проектированием и строительством системы добычи подземных вод в котловане с использованием метода карьера в песчано-галечных слоях грунта.

1. Введение

С быстрым развитием экономики строительство городов заметно увеличивается, а процесс урбанизации явно ускоряется, поэтому все больше и больше городских подземных пространств используется в городах по всему миру. Таким образом, городские многоэтажки и подземные муниципальные объекты все чаще развиваются в густонаселенных городских районах.

Поскольку большинство городских станций метро строятся в шумных районах, из-за влияния более узкой строительной площадки и более интенсивного транспортного потока, котлован под строительство станции метро можно вырыть только в условиях отсутствия грунтовых вод.В такой узкой и шумной городской местности нет возможности производить отбор грунтовых вод за пределами котлована. Поэтому добыча подземных вод внутри котлована обычно используется при проектировании и рытье котлованов под строительство подземных станций метро; Кроме того, принято большое количество просверливаемых водонепроницаемых штор с учетом таких факторов, как сложность конструкции и стоимость. Под водонепроницаемыми завесами понимаются завесы, которые не проникают во весь водоносный горизонт, а проникают в водоносный горизонт на определенную глубину и сочетают в себе конструкцию добычи подземных вод в котловане для формирования метода очистки подземных вод для внутреннего опускания воды и внешней остановки воды.При отборе грунтовых вод внутри котлована грунтовые воды за пределами котлована будут обходить дно водонепроницаемых завес и проходить через водоносный горизонт в котлован. По сравнению с обезвоживанием вне котлована, это не только увеличивает путь фильтрации котлована, но также снижает потери напора за пределами котлована. Влияние обезвоживания внутри котлована на окружающую среду меньше, чем от обезвоживания за пределами котлована.Если это полностью закрытый котлован, в частности, конструкция ограждения или мембранные стены могут быть расширены до дна водоносного горизонта и вставлены в водонепроницаемую толщу под дном, грунтовые воды за пределами котлована будут полностью изолированы. из той, что внутри ямы. В настоящее время отбор грунтовых вод в котлован практически не влияет на поверхность земли за пределами котлована. Если это полузамкнутый котлован, то есть водонепроницаемая конструкция или перегородка вставляется в среднюю и нижнюю части водоносного горизонта, грунтовые воды внутри и снаружи верхнего котлована будут прерывистыми, а нижний водоносный горизонт станет непрерывным. .Таким образом, грунтовые воды внутри котлована могут пополняться водоносным горизонтом за пределами котлована. В это время, извлечение подземных вод в котловане приведет к ряду проблем, таким как просадки грунта, деформации опорной структуры и поднятие дна котлована. Среди них более вероятно возникновение проседания грунта за пределами карьера, поэтому в данной статье основное внимание уделяется решению этой проблемы.

Yihdego [1] изучил взаимосвязь между уменьшением потока и отключением гидравлических барьеров в течение определенного периода времени и обнаружил, что эффект барьеров начинает быть значительным после того, как ограничение превышает 60%. Но что касается этого проекта, вложенная глубина ограждающих конструкций намного меньше, чем расстояние между дном котлована и верхом непроницаемого слоя, поэтому вложенная глубина не учитывается, и ограждающие конструкции не влияют на грунтовые воды. течь ниже котлована в идеале. Расчетная схема отбора подземных вод в карьер карьера проиллюстрирована на рисунке 1.


На рисунке 1 H указывает толщину грунтового водоносного горизонта, т.е.г., первоначальный уровень грунтовых вод в котловане, м; S — максимальная глубина обезвоживания вне котлована, м; обозначает глубину обезвоживания в точке колодца, м; h ′ — напор воды внизу центральной оси ограждающей конструкции, м; h — уровень воды после обезвоживания в котловане, м.

Многие ученые изучали отвод воды в котловане. Zhang et al. [2] предложили аналитический метод расчета для прогнозирования деформации туннеля, вызванной выемкой наверху, а также обсудили роль обезвоживания в механизме деформации.Wang et al. [3] разработали концептуальную и математическую модель, которая учитывала гидрогеологические условия, глубину завесы и перекачивающие экраны скважин, и выполнила численное моделирование на основе этой модели. Xu et al. [4] исследовали инженерную геологию и гидрогеологию, относящуюся к осушению фундамента, и обсудили текущее состояние работ по осушению фундамента, приводящих к оседанию грунта в Шанхае. Wang et al. [5] представили испытание модели прозрачного грунта для устранения ограничений существующего экспериментального метода и численного моделирования при моделировании механизма связи между заградительной стенкой и насосными скважинами, а также предложили оптимальную глубину насосных скважин и оптимальное расстояние между ними по горизонтали. отсечная стенка и насосные колодцы.Чтобы проанализировать влияние наслоения, механических параметров и взаимосвязи между осадками грунта и просадками, Pujades et al. В [6] была принята радиально-симметричная концептуальная модель и проведено несколько гидромеханических симуляций путем изменения граничных условий, размера моделируемой области и наличия или отсутствия вышележащего слоя. Основываясь на больших глубоких раскопках зданий на восточной рыбацкой пристани, Ван и др. [7] выполнили испытания по откачке месторождений с одной скважиной и группой скважин, а также выполнили численное моделирование с использованием трехмерного метода конечных разностей (FDM).Взяв в качестве примера котлован для фундамента городской станции Qianjiang Century City, Ван и др. [8] выполнили полевые эксперименты по наблюдению за сцепляющимся потоком, отличным от Дарси, в круглом гравии, установили обобщенную концептуальную модель для изучения эффекта сцепления при различных комбинациях завесы и насосных скважин, а также выполнили численное моделирование сцепленного потока, не связанного с Дарси, в обезвоживание котлована по уравнению Форхгеймера. Основываясь на проекте глубоких раскопок в Тяньцзине, Ву и др. [9] провели полевые измерения напора грунтовых вод и осадки здания во время земляных работ и проанализировали диапазон влияния обезвоживания и взаимосвязь между напором депрессии и осадкой.Чтобы предсказать поведение проседания земли из-за добычи подземных вод, Zhang et al. [10] создали трехмерную численную модель с учетом замкнутого водоносного горизонта и мягких отложений, а затем проанализировали и сравнили расчетный результат с измеренным значением. В данной статье в качестве примера в основном рассматривается проект по обезвоживанию открытого котлована станции метро на линии метро Chengdu 6. Результаты оседания грунта вокруг котлована, рассчитанные с использованием теоретических формул и численного моделирования FLAC 3D , соответственно, сравниваются с данными мониторинга на месте.Предложена расчетная схема обезвоживания котлована и проведено сравнение кривой проседания грунта от обезвоживания. Таким образом, результаты, предложенные в этой статье, могут быть использованы в качестве справочного материала и руководства для аналогичных проектов в аналогичных геологических условиях.

2. Устройство и расчет водоотведения котлована
2.
1. Расчет обезвоживания котлована в одном слое грунта под конструкцией гидроизоляционного ограждения

Из ссылок [11–13] видно, что если граница фильтрационного поля непроницаемая, линия потока в сети потока параллельна границе, и в то время как поле фильтрации равно границе напора воды, линия потока ортогональна границе фильтрации.Таким образом, фильтрационное поле вокруг котлована в геологических условиях однослойного грунта показано на рисунке 2.


Как ограждающую конструкцию, так и нижний непроницаемый слой можно рассматривать как непроницаемые границы, а скорость горизонтальной фильтрации уровень грунтовых вод в нижней части ограждающей конструкции намного больше, чем его вертикальный, поэтому поток грунтовых вод на разных глубинах ниже нижней части центральной оси ограждающей конструкции приблизительно рассматривается как горизонтальный поток, то есть ламинарный поток.Следовательно, линия водяного напора в нижней части центральной оси ограждающей конструкции является вертикальной. Таким образом, согласно этим вертикальным линиям потока, фильтрационное поле вокруг котлована делится на два фильтрационных поля, соответственно, одно находится внутри котлована, а другое — вне котлована. Приток воды из двух полей фильтрации может быть решен отдельно. Известно, что грунтовые воды за пределами котлована обеспечивают приток грунтовых вод внутрь котлована; таким образом, приток воды внутри карьера равен притоку воды вне карьера, а именно,

Радиус воздействия определяется как максимальное расстояние, на котором просадки могут быть обнаружены с помощью обычных измерительных устройств в поле [14] .Наиболее распространенный способ определения радиуса влияния — использование эмпирических формул [15–17], таких как формула Зихардта, а также формула Кусакина. Более того, связанные факторы влияния, такие как время t и радиус котлована r e , также учитываются в формулах некоторыми учеными [15–17]. В этом проекте дизайн основан на китайском кодексе. Согласно Китайской технической спецификации по удержанию и защите земляных работ в фундаменте здания (JGJ 120-2012) [18], радиус воздействия фреатических водоносных горизонтов в котловане можно рассчитать по следующему уравнению: где R — радиус воздействия, м; обозначает глубину обезвоживания в точке колодца, м; H указывает толщину грунтового водоносного горизонта, т.е.г., первоначальный уровень грунтовых вод в котловане, м; и k относится к коэффициенту проницаемости грунта, м / сут.

Для анализа притока воды внутри и снаружи котлована учитываются два условия, а именно: ①Если рассматривать ограждающую конструкцию как стену колодца, то весь котлован можно рассматривать как погружной неполный колодец, а приток воды за пределы котлована вдали от границы можно приблизительно рассчитать, используя нормативную формулу, представленную в Технических условиях JGJ 120-2012 [18].Что касается круглой или прямоугольной ямы с отношением длины к ширине менее 20, приток воды Q 2 рассчитывается по следующему уравнению [19]: где r 0 — эквивалентный радиус котлован, м; рассчитывается согласно; A 0 — площадь котлована, м 2 ; h ′ — напор воды внизу центральной оси ограждающей конструкции, м; l — длина водозаборной части водоотливного колодца, м.②Конструкция корпуса и нижняя граница являются непроницаемыми слоями. В соответствии с условиями эксперимента по фильтрации Дарси, распределение поля фильтрации на рисунке 3 упрощено до одномерного распределения поля потока, как показано на рисунке 4.



То есть в предположении, что грунтовые воды в карьере -мерно течет в круглой стеклянной трубке и удовлетворяет закону потока Дарси, приток воды в котлован Q 1 теоретически рассчитывается следующим образом: где h обозначает высоту напора воды в котловане после осушения, м; л 1 — депрессия грунтовых вод в котловане, м; l 2 — расстояние от уровня грунтовых вод до низа ограждающей конструкции после обезвоживания в котловане, м; l 3 — расстояние от низа ограждающей конструкции до непроницаемого слоя, м; и A , и L относится к площади поперечного сечения фильтрационного поля, м 2 , общему объему фильтрации, м 3 и среднему пути фильтрации, м, соответственно.

Одновременное решение получается из уравнений (1) — (11), а затем получается следующее уравнение:

Что касается реального карьера, то из уравнения (12) видно, что существует только одна неизвестная переменная. в уравнении (12), то есть h ′, напор воды на дне центральной оси ограждающей конструкции внутри ямы. Этот напор воды в нижней части центральной оси ограждающей конструкции внутри котлована может быть получен итеративно, так что радиус влияния обезвоживания в котловане и приток воды в котлован также может быть получен.

2.2. Расчет обезвоживания котлована в многослойном грунте при гидроизоляции ограждающей конструкции

Для расчета водопритока в котлован с учетом гидроизоляционного эффекта ограждающей конструкции в геологических условиях многослойного грунта для расчета принят метод расчета стратификации. водоприток каждого слоя почвы отдельно, и выполняется алгебраический расчет, чтобы получить общий приток воды в карьер.Вообще говоря, в настоящих котлованах много слоев почвы. Использование этого метода очень громоздко и требует много времени. Поэтому геологические условия многослойных грунтов упрощаются до единого пласта, а коэффициент проницаемости усредняется для расчета. Для иллюстрации этого метода используются три слоя почвы, как показано на рисунке 5.


Коэффициент проницаемости рассчитывается следующим образом: где, и обозначают толщину трех слоев почвы, соответственно, м, и,, и обозначают коэффициенты проницаемости, соответствующие трем слоям грунта, м / сут.

2.3. Теоретический проект обезвоживания

В реальном проекте средний коэффициент проницаемости многослойных грунтов сначала получается в соответствии с уравнением (13), а затем с помощью уравнения (12) инженерные параметры заменяются и упрощаются для получения трансцендентного уравнения о ч ′. Это уравнение может быть решено только с помощью компьютера, поэтому оно решается с помощью Matlab с использованием дихотомии. Путем ввода программы в Matlab можно получить напор воды h ′ в нижней части центральной оси ограждающей конструкции, а затем как глубину понижения уровня воды в точке колодца, так и радиус воздействия R от Затем можно получить фреатический водоносный горизонт в котловане.

Из уравнений (8) — (11) уравнение для расчета притока воды Q 1 в карьер выводится следующим образом:

Приток воды отдельной скважины рассчитывается следующим образом [18]: где q 0 — водоприток отдельной скважины, м 3 / сут; r s — радиус фильтра, м; l — длина входной части фильтра, м; и k обозначает коэффициент проницаемости водоносного горизонта, м / сут.

Количество водопонижающих колодцев рассчитывается следующим образом: в соответствии с Техническим кодексом Китая по контролю подземных вод в строительстве и муниципальном строительстве (JGJ / T 111-2016) [19], если уровень безопасности котлована под фундамент оценивается как в Уровне I и сложность котлована под фундамент оценивается как сложная, и тогда расчетный коэффициент ε в уравнении (16) принимает значение 1,2. Количество точек скважины получается из следующего уравнения: где обозначает расстояние между точками скважины, м; представляет собой окружность котлована, м; и n означает количество точек скважины.

Таким образом, расположение точек водопонижающих колодцев в котловане под фундамент можно получить из предыдущих уравнений.

3. Практический пример обезвоживания котлована
3.1. Инженерный фон

Этот документ основан на глубоком котловане станции метро на линии 6 метро Chengdu. Станция представляет собой подземную трехэтажную станцию-платформу на острове; его восточная сторона примыкает к торговому магазину, выходящему на улицу, который имеет 2-3 этажа кирпично-бетонной конструкции.Кроме того, с восточной стороны проложен туннель для силового кабеля 220 кВ, построенный традиционным методом добычи. Туннель силового кабеля находится на расстоянии 1,4 м от боковой стены станции. Западная сторона станции метро вплотную приближается к частным домам и общественным магазинам на поверхности земли, а внешний край магазина на западной стороне находится на расстоянии минимум 1,7 м от котлована. Станция представляет собой островную платформу шириной 13,0 м и стандартной шириной 22 в поперечном сечении.5 м, а его общая длина составляет 242,9 м с правой стороны и 222,1 м по левой стороне. Глубина почвы на его крыше составляет около 3,98 м, а глубина дна — около 26,64 м. Станция и окружающая ее среда показаны на Рисунке 6. В соответствии с гидрогеологическими условиями для этого проекта, на участке есть два типа подземных вод: один — это вода в слое обратной засыпки над слоем глины, а другой — это вода. поровая вода в четвертичном песчано-галечном слое.Первичное геотехническое исследование показало, что стабильный уровень грунтовых вод, измеренный на участке, составлял 5,00–6,40 м в октябре 2015 года, а подробное исследование показало, что в октябре 2016 года он составлял 5,40–6,70 м. Очевидно, есть небольшая разница в двух результатах по воде. таблицы, поэтому уровень воды на участке основан на результатах детального инженерно-геологического исследования. Геотехнические свойства участка и их распределение также показаны в Таблице 1.


12307

Последовательность слоев Название пласта Толщина пласта (м) (м) Коэффициент проницаемости грунта (см · с −1 ) Модуль сжатия (× 10 4 кПа)

Разное заполнение 0.8∼1,6 1,18 1,45 × 10 −3 2,8
Илистая глина 0,5∼2,3 1,17 5,79 × 10 −5 Ил глинистый 0,5∼1,2 0,73 1,74 × 10 −4 5,75
Песок мелкий 0,63,6 0,63,6 3 5
Песок средний 0. 3∼1,5 0,69 1,16 × 10 −2 5,5
Слой рыхлой гальки 1∼1,6 1,3 2,55 × 10 −2 2029 9029 9029
Слабоплотный галечный слой 1∼7,4 4,62 2,55 × 10 −2 23
Средне плотный галечный слой 2.55 × 10 −2 32
Слой уплотненной гальки Не просверлен Не просверлен 2,55 × 10 −2 43
3.2. Проектирование точек водоотливных колодцев

Поскольку станция метро с двух сторон расположена близко к магазинам и зданиям, а подземные трубопроводы плотно уложены в туннеле для силового кабеля и городских сточных водах, других свободных мест для установки водоотливных колодцев за пределами территории нет. котлован.Поэтому, чтобы избежать воздействия обезвоживания на окружающую среду, скважины используются до нижнего уровня грунтовых вод внутри котлована до его выемки.

Подземные воды строительной площадки относятся к четвертичным, существующим в песчано-галечных поровых фреатических горизонтах. Толщина фреатического водоносного горизонта менее 30 м, а нижний этаж станции находится в уплотненном слое гальки. Целью обезвоживания является понижение уровня грунтовых вод в котловане на 1 м ниже его дна, чтобы нормальное строительство станции метро могло осуществляться без грунтовых вод.Длина котлована открытым способом станции составляет 225 м, ширина — 24 м при соотношении длины к ширине 9,375 <20. Глубина котлована около 26,64 м. Для удобства расчета установлено 27 м. Диаметр водоотливного колодца составляет 600 мм, а забой колодца на 3,5 м ниже, чем у станции. Длина фильтрующей трубы 2 м. Расстояние от низа фильтрующей трубы до водонепроницаемого слоя составляет 2 м, а устойчивым уровнем грунтовых вод считается 6 м.

Из теоретического проектирования и расчета Раздела 2 известно, что вокруг котлована необходимо проложить 17 точек колодцев. Ссылаясь на Китайский технический кодекс по контролю подземных вод в строительстве и муниципальном строительстве (JGJ / T 111-2016) [19] и учитывая идеализированную ситуацию, в которой скважины можно легко пробурить вокруг карьера, водоотливные колодцы располагаются в такое же расстояние по котловану. После того, как колодец установлен в центре котлована, остальные 16 колодцев устанавливаются равномерно по внутреннему краю котлована.Поскольку это длинный и узкий котлован открытого типа, колодцы можно размещать по внутреннему краю длинной стороны котлована, а расстояние между ними составляет около 25 м. Конкретное расположение скважин внутри котлована показано на Рисунке 7.


3.3. Сравнение расчетов с учетом и без учета водонепроницаемости конструкции ограждения

В соответствии с Китайским техническим кодексом по контролю подземных вод в строительстве и муниципальном строительстве [18], если групповые колодцы упростить до больших, общий приток воды из точки незавершенных скважин в фреатическом водоносном горизонте, рассчитанные с использованием уравнений (3) и (4), заменяются следующим уравнением:

Параметры в уравнении (18) такие же, как и в формулах, указанных выше.Если гидроизоляционный эффект ограждающей конструкции не учитывается, то глубина уровня воды, пониженная точками колодцев, выражается ниже:

Подставляя вышеупомянутые технические данные в уравнения (3) и (16) — (18), соответственно, получаем видно, что приток воды из непокрытой скважины Q 3 в котловане — это радиус влияния котлована R ‘is, а количество скважин n ‘ определенно получается согласно

. точка колодца устанавливается в центре котлована, остальные 22 точки затем могут быть равномерно установлены на краю котлована.Поскольку это длинный и узкий котлован, точки колодцев равномерно устанавливаются на краю длинной стороны L котлована, а расстояние между ними D ′ составляет

По сравнению с гидроизоляционным эффектом конструкция ограждения, приток воды в котлован — это время обычного алгоритма, предложенного в Китайской спецификации, а радиус воздействия обезвоживания — время обычного алгоритма в Спецификации. Количество точек скважины — это время обычного алгоритма в Спецификации, а расстояние между ними — время обычного алгоритма в Спецификации.Для сравнения: если ограждающая конструкция котлована используется в качестве водонепроницаемой завесы, то при расчете притока воды внутрь котлована открытым способом не следует игнорировать гидроизоляционный эффект ограждающей конструкции.

3.4. Расположение точек мониторинга оседания грунта

Для дальнейшего анализа проседания грунта, вызванного обезвоживанием котлована, проводится мониторинг проседания грунта в типичных местах вокруг котлована.Пункты наблюдения за просадками грунта устанавливаются в соответствии с фактическим состоянием котлована под открытым небом. В реальном проекте точки наблюдения за просадками грунта расположены вокруг котлована. Из соображений симметрии и удобства измерения выбраны шесть точек по средней линии длинной стороны котлована, а это 16-6, 16-5, 16-4, 16-3, 16-2, и 16-1 соответственно; расстояние между точками колодца и стенкой карьера устанавливается в пределах 8 м, 12 м, 16 м, 20 м, 24 м и 28 м соответственно.Точки мониторинга показаны на Рисунке 8, они расположены на центральной оси краевой линии карьера. Поэтапное обезвоживание осуществляется в реальном проекте, и глубина обезвоживания для каждого шага установлена ​​на 6 м, 5 м, 5 м и 6 м соответственно, а общий шаг составляет 22 м.


4. Теоретический расчет проседания грунта в результате обезвоживания котлована
4.1. Нормативный расчет просадки грунта в результате обезвоживания котлована
4.1.1. Предположение Дюпюи и вывод кривой водоотливной воронки

При обезвоживании котлована определенно образуется падающая кривая воронки вокруг котлована, и грунтовые воды могут течь в водоотводный колодец внутри котлована. Французский ученый Дюпюи первым изучил устойчивый поток в скважине, выдвинул предположение Дюпюи и построил кривую водоотводящей воронки. Гипотеза рассматривает цилиндрический однородный фреатический водоносный горизонт с изотропной и горизонтальной гидроизоляцией нижнего этажа, фиксированным напором воды за пределами водоносного горизонта, полностью откачивающей скважиной в центре, без подпитки и испарения вертикальной инфильтрации и устойчивой фильтрации, подчиняющейся линейному закону [20 ]. Место водоотливного колодца может образовывать кривую водоотводящей воронки вокруг него. Грунтовые воды поступают в скважину через определенное время, и кривая обезвоживания может выйти на устойчивое состояние. Предполагая, что обезвоживание в точке скважины представляет собой стабильный поток фреатической скважины без эффекта групповой скважины, центр забоя скважины устанавливается в качестве исходной точки, а абсцисса устанавливается в положительную ось x , как показано на рисунке 9.


Согласно предположению Дюпюи, уравнение потока воды стабильной фреатической скважины получено ниже [20]:

Если мы разделим переменную в уравнении (24) и возьмем любую точку на кривой водоотводящей воронки, тогда следующие уравнения получаются интегрированием уравнения от точки до его границы: и затем

Если граничное условие удовлетворяется и подстановка уравнения (27) в уравнение (26), то получается следующее уравнение:

Решение одновременной уравнения (26) и (28) используются для получения следующего уравнения кривой водоотводящей воронки для точки скважины: где обозначает радиус скважины, м; представляет собой длину входной части фильтрующего патрубка, м; обозначает радиус воздействия, м; представляет собой высоту от забоя скважины до начального уровня грунтовых вод, м; — коэффициент проницаемости водоносного горизонта, м / сут; — боковая площадь водопонижающего колодца, м 2 ; обозначает гидравлический градиент поля фильтрации грунтовых вод; — дебит скважинной воды, м 3 / сут; и означает расстояние между дном колодца и водонепроницаемым слоем, м.Остальные символы показаны на рисунке 9.

4.1.2. Проседание грунта в любой точке за пределами котлована

В настоящее время расчет проседания грунта вокруг котлована после обезвоживания обычно выполняется с использованием метода суммирования стратификации, приведенного в Технических условиях для удержания и защиты котлованов фундамента здания (JGJ 120 -2012) [18]. Просадку грунта можно рассчитать, суммируя сжатие каждого слоя грунта.Во-первых, мы можем рассчитать дополнительное эффективное напряжение, вызванное обезвоживанием, а затем рассчитать оседание грунта, используя расчет напряжения: (1) Когда слой почвы под номером i находится выше начального уровня грунтовых вод, эффективное напряжение равно (2) Если Слой почвы под номером i расположен между уровнем грунтовых вод после обезвоживания и начальным уровнем грунтовых вод, тогда эффективное напряжение равно (3) Когда слой почвы под номером i находится ниже уровня грунтовых вод после обезвоживания, эффективное напряжение равно

Сжатие грунта, вызванное обезвоживанием, выглядит следующим образом: где — объемная плотность воды, кН / м 3 ; обозначает расстояние по вертикали от середины слоя почвы и до начального уровня грунтовых вод, м; и представляет собой расчетный коэффициент, он должен быть основан на анализе просачивания грунтовых вод.Если данные анализа недоступны, их ценность должна основываться на местном инженерном опыте; относится к глубине понижения уровня грунтовых вод, соответствующей расчетному профилю, м; обозначает сжатие грунта в расчетном профиле, м; и означает эмпирический расчет коэффициента просадки на основе местного инженерного опыта. Если опыт недоступен, значение устанавливается равным 1; обозначает среднее дополнительное напряжение слоя почвы и под поверхностью земли, вызванное осушением, кПа; означает толщину почвенного слоя и , м; и обозначает модуль сжатия грунтового слоя и , кПа.

4.2. Расчет проседания грунта, вызванного обезвоживанием котлована под действием силы просачивания

Перекачка и осушение водоотливной скважины вызовет изменение подземного фильтрационного поля, что приведет к появлению нового фильтрационного поля и приведет к изменению поля напряжений вокруг колодец. Следовательно, сила фильтрации является основной причиной уплотнения и оседания почвы. Просачивание грунтовых вод вызывает рассеяние давления поровой воды, что приводит к увеличению эффективного напряжения.То есть в почве создается дополнительное напряжение, направление которого вертикально вниз; кроме того, он производит горизонтальную составляющую. Деформация может быть вызвана действием фильтрационной силы. Дополнительное напряжение, а именно вертикальная составляющая фильтрационной силы, вызовет просадку грунта [21]. Горизонтальная составляющая фильтрационной силы вызовет боковую деформацию почвы. Согласно ссылке [22], направление фильтрации любого водяного напора в любой точке касается фреатической поверхности в этой точке, указывая на ось скважины, как показано на рисунке 10.


Ву и Чжу [22] провели соответствующие исследования и предложили новый алгоритм проседания грунта, вызванного фильтрационной силой. Ян и Чжао [23] также использовали этот метод для расчета просадки грунта. В этом разделе извлечены уроки из их исследований для обсуждения обезвоживания в карьерах котлована станции метро на линии 6 метро Chengdu.

Пласт разделен на три части: зона сухой почвы, зона обезвоживания и зона насыщения. Зона сухой почвы всегда находится выше уровня грунтовых вод до и после обезвоживания, что не содержит грунтовых вод и фильтрационной силы во время обезвоживания.Таким образом, в этой зоне не возникает дополнительных напряжений, и величина оседания, вызванная обезвоживанием, равна 0. Два других слоя — это и, соответственно, как показано на рисунке 10. Слой почвы в процессе обезвоживания осушается. Зона всегда находится ниже уровня грунтовых вод и насыщена. На этом участке проседание грунта в обезвоженной и насыщенной зонах рассчитывается отдельно. Силы фильтрации в этих двух областях имеют горизонтальные составляющие, как показано на Рисунке 10.

Предполагая, что напор воды, который сохраняет расстояние от себя до оси скважины, имеет такое же значение, как показано на Рисунке 10, в соответствии с уравнением кривой водоотводящей воронки ( 29) в разделе 4.1, получена высота падающей воронки. Направление фильтрационной силы фактически находится в векторе прямой линии на кривой, которая проходит через точку, касается ниспадающей кривой воронки и указывает на колодец. Чтобы определить наклон прямой, следующее уравнение получается путем выполнения производной уравнения (29) в точке.

Уравнение линии, проходящей через точку и касательной к кривой после того, как обезвоживание становится стабильным, принимается равным

Наклон уравнения равен

Согласно преобразованию тригонометрической функции,

Затем следующее получается уравнение:

Таким образом, вертикальная составляющая дополнительного давления окружающего пласта, вызванного осушением в котловане, выражается следующим образом: где Δ P x обозначает горизонтальную составляющую фильтрационной силы Δ P y обозначает вертикальную составляющую фильтрационной силы, а Δ P представляет собой фильтрующую силу.

Угол в уравнении (39) обозначает угол между горизонтальной составляющей дополнительного давления и дополнительным давлением, вызванным обезвоживанием в котловане.

На основании уравнений (30) — (33) дополнительные напряжения в зоне обезвоживания и зоне насыщения рассчитываются отдельно. Переписывание выполняется на основе уравнения (34), которое определяет просадку грунта, вызванную обезвоживанием в котловане, с учетом действия фильтрационной силы.Формула после переписывания выглядит следующим образом:

Подстановка уравнения (34) в уравнение (40) дает следующее уравнение:

Если проседание грунта и соответствующее обезвоженной и насыщенной зонам вычисляются отдельно, то общее проседание грунта равно получено и проиллюстрировано следующим уравнением: где символы показаны в разделе 4.1.

5. Численное моделирование

В связи с быстрым развитием городского строительства, строятся различные инфраструктуры, такие как станция метро, ​​высокоскоростной железнодорожный туннель, подземная автостоянка и подвал, особенно строительство котлованов глубокого заложения.Геологические условия в котловане различаются, а окружающая среда после строительства становится все более сложной. Теоретический анализ и эмпирические методы расчета больше не подходят для практических проектов. В настоящее время реальные проекты, как правило, создаются раньше, чем теоретические исследования, а методы численного моделирования обеспечивают эффективный подход для проектирования и строительства практического котлована. Хотя метод численного моделирования не предлагался в течение очень долгого времени, до сих пор он стал наиболее распространенным методом, используемым в структурном анализе и расчетах.Многие ученые [24–31] также использовали FLAC 3D для проведения анализа гидродинамической связи при обезвоживании котлована. Программное обеспечение конечных разностей FLAC 3D также используется в этой статье для выполнения трехмерного численного моделирования всего процесса изменения окружающей среды, вызванного обезвоживанием в карьерном котловане станции метро на линии 6 метро Чэнду. результаты сравниваются с результатами, полученными в результате теоретических расчетов и мониторинга на месте, которые используются для дальнейшего изучения проседания окружающей почвы из-за обезвоживания в карьерном котловане.

5.1. Физико-механические параметры

В соответствии с геологическими свойствами фактического проекта параметры расчета получены и показаны в таблице 2.


Название пласта Модуль деформации E (МПа) Коэффициент Пуассона Плотность (г / см 3 ) Коэффициент проницаемости (м / д)

Разное заполнение 2 0.35 1,8 1,25
Глина илистая 4 0,29 1,96 0,05
Ил глинистый 4 0,30 4 0,28 1,85 3
Песок средний 4,0 0,26 1,9 10
Слой рыхлой гальки 18307 1830725 2 22
Слабоуплотненный галечный слой 20 0,23 2,1 22
Средний сконденсированный слой гальки Слой уплотненной гальки 38 0,17 2,3 22

5.2. Создание трехмерной модели и начального баланса напряжений

На основе инженерно-геологических и гидрологических условий создается трехмерная стратиграфическая модель.Из геологического разреза участка (рисунки 11 и 12) видно, что каждый из слоев почвы почти горизонтален и почти параллелен друг другу. Итак, чтобы установить модель и удобно провести расчет [26], геологические слои в модели упрощены. Котлован и колодцы устраиваются в стратиграфической модели по схеме осушения. Согласно принципу Сен-Венана в упругой механике, чтобы исключить граничное влияние котлована на результаты расчетов, расчетная модель расширена до 3 ~ 5-кратной глубины котлована от периферии котлована на самолет.Глубина задается до непроницаемой границы раздела, а вся расчетная область находится в объеме 420 м × 198 м × 72 м. Что касается геотехнического картирования и геологических свойств, модель разделена на 9 пластов, а обобщенный коэффициент проницаемости и толщина пласта показаны в таблице 1.



В соответствии с распределением пластов и начальными условиями область расчета разделена на сетки с учетом точек мониторинга, водоотливных колодцев и перегородки с учетом геологических изысканий.При построении сетки локально уточняется сетка расчетной области; Кроме того, решетки вокруг котлована также усовершенствованы, но решетки далеко от котлована имеют разреженные сетки, учитывая принцип Сен-Венана [26]. Таким образом, вся модель затем делится на 42 слоя, 78 строк, 300 столбцов и всего 982 800 элементов, и созданная трехмерная модель показана на рисунке 13.

После настройки трехмерной модели начальное напряжение Сначала необходимо применить баланс, а также применить соответствующие граничные условия фильтрации и смещения.Нормальное смещение и смещение дна четырех боковых стенок и дна модели ограничены, а также ограничено горизонтальное смещение стенки водопонижающей скважины. Нижняя фильтрующая труба водоотливного колодца относится к границе фильтрации, что достигается приложением порового давления воды. После численного моделирования давление поровой воды исходного равновесия показано на рисунке 14. Давление поровой воды в исходном состоянии равномерно применяется к пластам.

5.3. Численное моделирование взаимодействия жидкости и твердого тела при оседании грунта, вызванном обезвоживанием в котловане

После первоначального равновесия численной модели влияние отдельной скважины и групповых скважин сначала было выполнено отдельно. Поэтапное обезвоживание проводилось в условиях одиночной и групповой скважин отдельно без учета выемки грунта. Проанализированы рассчитанные изограммы осушения на всех уровнях и проседания точек мониторинга.

5.3.1. Анализ численного моделирования обезвоживания отдельной скважины

Принимая во внимание симметрию точки скважины, точка скважины в центре расчетной области выбирается при выполнении моделирования отдельной скважины. Положение одиночной скважины на модели показано на Рисунке 15. Изограммы, показывающие проседание и поровое давление воды при различных депрессиях, также показаны на Рисунках 16–23.


Из рисунков 16–23 видно, что диапазон воздействия водопонижающей скважины увеличивается с увеличением депрессии.После обезвоживания скважины давление поровой воды формирует поверхность водоотводящей воронки. Чем больше просадка, тем глубже становится поверхность. Более того, из-за гидроизоляционного эффекта стенки диафрагмы слой внутри котлована вздувается, а слой снаружи котлована проседает. Это связано с тем, что грунтовые воды протекают через дно стенки диафрагмы в яму. Повышение порового давления воды в яме вызывает увеличение дополнительного напряжения, что приводит к поднятию слоя почвы в яме.Уменьшение порового давления воды за пределами карьера приводит к уменьшению эффективного напряжения внешнего пласта, что приводит к образованию нисходящего дополнительного напряжения во внешнем пласте карьера, что в конечном итоге приводит к консолидации и осаждению внешнего пласта.

5.3.2. Анализ численного моделирования обезвоживания групповых скважин

При оценке влияния групповых скважин на просадку грунта расчет основан на схеме расположения точек скважин, разработанной в Разделе 3.Расположение групповых скважин в модели показано на Рисунке 24. Изограммы, показывающие проседание грунта и поровое давление воды, рассчитанные с помощью FLAC 3D , показаны на Рисунках 25–32.


Из изограмм, показанных на рисунках 25–32, видно, что чем глубже просадка грунтовых вод, тем сильнее воздействие на окружающую почву и тем ниже поверхность воронки, образованная давлением поровой воды. По сравнению с изограммой воздействия одиночной скважины в Разделе 5.2, влияние обезвоживания групповыми скважинами намного больше. Групповое обезвоживание скважин оказывает большое влияние на поровое давление воды и деформацию пластов внутри котлована; То есть влияние групповых скважин на просадку грунта внутри карьера очевидно, и его нельзя игнорировать. Изограмма проседания и порового давления воды при различных депрессиях распределена симметрично. Как показано на эффекте одиночной скважины, пласты внутри котлована вздуваются во время обезвоживания групповых скважин, а пласты за пределами котлована оседают.В основном это происходит из-за движения грунтовых вод за пределы карьера к водоотливному колодцу внутри карьера.

5.3.3. Влияние групповых скважин

Согласно результатам трехмерного моделирования, просадки шести точек мониторинга по сторонам котлована из-за различных просадок, вызванных одиночной скважиной и групповыми скважинами, показаны на Рисунке 33.

Глубина депрессии I степени, включая депрессию степени II, III и IV, означает, что глубина обезвоживания уровня грунтовых вод составляет 6 м, 11 м, 16 м и 22 м соответственно.Кривые как для одиночной, так и для групповой скважин при разной депрессии похожи, и чем дальше точка мониторинга находится от оси скважины в котловане, тем меньше становится проседание грунта. Чем больше глубина залегания грунтовых вод в той же точке мониторинга, тем больше проседание грунта. Максимальная осадка после обезвоживания одиночных скважин составляет около 4,46 мм, а максимальная осадка после обезвоживания групповых скважин достигает 4,8 мм. Осадки точек мониторинга, удаленных от оси скважины, в основном одинаковы, это происходит как под одиночными, так и с групповыми скважинами.Обычно проседание грунта вокруг скважины после обезвоживания групповых скважин немного больше, чем после обезвоживания одиночной скважины, но прирост очень небольшой. Более того, чем дальше от оси скважины, тем меньше эффект увеличения. Также видно, что проседание грунта, вызванное осушением групповых скважин внутри котлована, не является очевидным, особенно когда расстояние от котлована большое или просадка небольшая. Поэтому, чтобы облегчить исследования, в геотехнической инженерии эффект групповых скважин иногда можно упростить до эффекта одиночной скважины.Таким образом, с помощью численного моделирования FLAC 3D установлено, что влияние групповой скважины на просадку грунта неочевидно, поэтому для удобства расчета влияние групповой скважины можно не учитывать при проектировании водопонижающих скважин для карьера карьера.

5.4. Сравнительный анализ оседания из-за обезвоживания

Основываясь на улучшенных расчетах осадки под действием фильтрационной силы, в статье используются три метода расчета, включая традиционный алгоритм, предложенный в Китайской спецификации, мониторинг на месте и численное моделирование. , а также просадки грунта вокруг котлована при различных просадках в рамках проекта.Сравнение проседания грунта из-за различных просадок показано на Рисунке 34.

Из Рисунка 34 видно, что общая тенденция при различных условиях соответствует результатам мониторинга на месте. Результаты теоретического анализа, учитывающего влияние фильтрационной силы и численного моделирования, намного ближе к результатам полевого мониторинга. Более того, значения теоретических расчетов и численного моделирования намного ближе к значениям мониторинга на месте, но существует большой разрыв между нормативными расчетами и значениями мониторинга на месте.Чем больше глубина обезвоживания грунтовых вод, тем больше скачки грунтовых вод, и фактическая стабильная кривая обезвоживания выше, чем кривая спадающей воронки Дюпюи. Однако эффект просадки грунта вокруг котлована в групповых скважинах очевиден при большой просадке. Следовательно, поскольку глубина забора грунтовых вод больше, при расчете проседания грунта следует учитывать влияние групповых скважин и глубину обезвоживания. Чем дальше точка от котлована, тем меньше разница в значениях осадки, рассчитываемых каждым методом расчета.Учитывая, что деформация слоя почвы, вызванная обезвоживанием, представляет собой не только вертикальную деформацию, но и боковую деформацию, когда учитывается только вертикальная деформация, результаты расчетов могут достигать значений мониторинга на месте. Рассматривая расчет под действием фильтрационной силы, можно быстро оценить осадки грунта вокруг котлована, вызванные осушением при различных глубинах. Таким образом, результаты расчетов могут дать эффективное руководство для добычи подземных вод в соответствующем котловане.

6. Подгонка кривой просадки грунта, вызванной обезвоживанием котлована

Наблюдается закон изменения проседания грунта после стабилизации просадки грунтовых вод и предлагается соответствующая кривая осадки. Три кривые, полученные из значений мониторинга поля, расчетные значения под действием фильтрационной силы и численное моделирование, все согласуются друг с другом, как показано на рисунке 35.


Из рисунка 35 ясно видно, что проседание грунта полученные с помощью нормативного алгоритма, являются консервативными, а просадка грунта, полученная с помощью численного моделирования, и сила фильтрации близки к значениям мониторинга на месте.Более того, просадка грунта, рассчитанная с использованием алгоритма под действием фильтрационной силы, соответствует значениям мониторинга на месте среди этих методов, что показывает, что метод расчета проседания грунта под действием фильтрационной силы является более точным. Кривая проседания грунта, полученная с помощью теоретических расчетов, может лучше использоваться для моделирования изменения проседания грунта. Ссылаясь на результаты исследований в [30], просадку грунта Z ( x ) легко получить следующим образом: где x обозначает расстояние от точки мониторинга до котлована, м; b и c указывают коэффициенты, которые необходимо определить, соответственно; и Z ( x ) представляет просадку грунта, мм.

Подставляя числовые значения в уравнение (43) и после расчета, получается аппроксимирующая кривая оседания грунта, как показано ниже:

Поскольку это уравнение получено на основе фактического проекта, оно дает конкретные рекомендации по оценке грунта. осадки из-за обезвоживания котлована станции метро на линии 6 метро Чэнду. Также его можно использовать для расчета проседания грунта из-за аналогичного обезвоживания котлована в слоях песчано-галечного грунта.

Калибровка была выполнена путем применения набора гидравлических параметров, граничных условий и напряжений, которые создают сгенерированные компьютером смоделированные напоры давления, которые соответствуют фактическим измерениям поля в пределах допустимого диапазона погрешности. Калибровка модели производилась вручную (методом проб и ошибок) и автоматически. Модель калибруется путем применения коэффициента проницаемости и проседания грунта вокруг котлована при различных глубинах, а также ограничения нормального смещения и смещения дна четырех боковых стенок и дна модели при ограничении горизонтального смещения осушения. колодцы.Нижняя часть фильтрующей трубы водоотливных колодцев относится к фильтрующей границе. На основе мониторинга на месте, улучшенных расчетов осадки под действием фильтрационной силы и традиционного алгоритма, предложенного в Китайской спецификации, получается просадка грунта вокруг котлована при различных просадках. Сравнение просадок грунта из-за различных просадок используется для калибровки модели.

7. Выводы

(1) В соответствии с допущением о фильтрующем поле на дне ограждающей конструкции в котловане открытого типа, диапазоном влияния водоотливной скважины внутри котлована открытого типа и методом расчета воды приток представлен по принципу равенства притока воды внутри котлована и снаружи котлована.Соответствующее проектирование котлована под фундамент также выполняется в сочетании с фактическим проектом. (2) Кривая водоотводящей воронки водоотводящего колодца в фреатическом водоносном горизонте рассчитывается с использованием допущения Дюпюи, а уровни грунтовых вод в разных местах при разных депрессиях являются полученный. Путем сравнения результатов, полученных из Китайской спецификации, алгоритма, учитывающего силу просачивания, численного моделирования и мониторинга осадки грунта на месте, общая тенденция оседания грунта в этих четырех случаях в основном согласована, и Просадка грунта вокруг котлована увеличивается с постепенным продолжением осушения.Чем дальше точка мониторинга находится от оси скважины, тем меньше проседание грунта. Более того, текущий нормативный метод расчета, рекомендованный в Китайской спецификации, является более консервативным. Однако метод расчета, учитывающий действие фильтрационной силы, является более точным и может обеспечить теоретическую основу для оценки проседания грунта, вызванного обезвоживанием в котловане, в реальной инженерии. (3) Трехмерное соединение жидкости и твердого тела. Проведено численное моделирование проседания грунта в результате осушения внутри котлована с использованием метода конечных разностей.Моделирование обезвоживания котлована под одиночную скважину и влияние групповых скважин проводилось отдельно, а также анализировалось влияние проседания грунта вокруг котлована в групповых скважинах. Результаты показывают, что обезвоживание котлована вызовет поднятие пластов внутри котлована и проседание грунта за пределами котлована. Тенденция изменения проседания грунта вокруг котлована из-за обезвоживания одиночной и групповой скважин при каждой депрессии одинакова.Влияние групповых скважин на просадку грунта после обезвоживания внутри котлована неочевидно, особенно когда он находится далеко от котлована или просадка небольшая. (4) Подбирая значение проседания грунта, рассчитанное с использованием алгоритма с учетом Влияние фильтрационной силы на станцию ​​метро на линии метро Chengdu 6, окончательная кривая проседания грунта получается, как показано в уравнении (44). Кривая может использоваться для точного моделирования тенденции оседания грунта, вызванной обезвоживанием внутри котлована в реальном проекте, что обеспечивает эффективное руководство для аналогичного проекта обезвоживания внутри котлована открытого грунта в песчано-галечном слое.(5) Практический проект в песчано-галечных слоях грунта взят в качестве примера для изучения проседания грунта, вызванного обезвоживанием котлована в этой статье. Аналогичным образом, для других геологических условий соответствующие выводы могут быть получены таким же образом в статье.

Доступность данных

Все данные и модели, использованные для подтверждения выводов этой работы, доступны у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы благодарны за поддержку Программы исследований и разработок 21-й Китайской железнодорожной строительной корпорации, Ltd.

Ball Calculator — Давайте сделаем математику и посмотрим, сколько мячей вам нужно

Круглые поверхности уплотнения — 2D-расчеты

В геометрии круговая насадка представляет собой расположение неперекрывающихся кругов внутри вмещающего пространства и применима к любым шарам, сидящим на плоской поверхности, такой как резервуары, бассейны и резервуары.Соответствующая плотность упаковки — это доля поверхности, покрытой кругами.

В двухмерном пространстве Джозеф Луи Лагранж доказал в 1773 году, что решетчатая структура кругов с наибольшей плотностью представляет собой гексагональную упаковку, в которой центры кругов расположены в гексагональной решетке (ступенчатые ряды, подобные сотам), и каждый круг окружен 6 другими кругами. Плотность такой аранжировки

.
Плотность = (π√3) / 6 = 90.690%

Используя этот процент плотности, равный 90,7%, относительно легко разделить площадь круга на площадь поверхности, которую вы хотите покрыть, и применить плотность упаковки, чтобы получить очень точный расчет того, сколько мячей вам понадобится. Обратите внимание, что это не позволяет получить шарики детали по краям или нарушить гексагональную набивку, но на больших площадях приводит к ошибке, намного меньшей, чем 1%.

Объемы упаковки сфер — 3D-расчеты

Упаковка сфер — это расположение неперекрывающихся сфер внутри ограниченного пространства.В трехмерном пространстве существует три типа упаковки одинаковых сфер: кубическая решетка, гранецентрированная кубическая решетка и гексагональная решетка. Карл Фридрих Гаусс доказал в 1831 году, что гексагональная упаковка является наиболее плотной среди всех возможных решетчатых упаковок, используя следующую формулу:

Плотность = π / (3√2) = 74,048%

В то время как наилучшая возможная плотность упаковки составляет около 74%, теоретически худшая — около 60% до того, как вы перестанете заполнять пространство или начнете игнорировать гравитацию, а эффективность упаковки случайно налитых сфер составляет около 64%, что традиционно используется для мячей манежа.

Согласно приведенному выше расчету 2D-окружности, относительно легко разделить объем сферы на объем, который вы хотите заполнить, умноженный на эффективность 64%, и получить очень точное представление о том, сколько шаров вам понадобится.

ROSPA рекомендует, чтобы только бассейны с шариками имели максимальную глубину 450 мм в зоне для малышей и 600 мм в зоне для юниоров, чтобы свести к минимуму опасность несчастных случаев из-за сокрытия. В бассейны с мячом нельзя входить прямо с горки. Шары должны быть минимальным диаметром 70 мм, чтобы предотвратить удушение, а поверхности бассейна с шарами должны иметь сплошное ровное дно.

Измерение объема земляных работ (со схемой)

Измерение объема земляных работ по поперечным сечениям:

Длина проекта вдоль центральной линии разделена плоскостями поперечных сечений на серию твердых тел, известных как призмоиды. Расстояние между секциями должно зависеть от характера грунта и требуемой точности измерения.

Обычно они проходят с интервалом 20 м или 30 м, но секции также следует брать в точках перехода от резки к заполнению, если они известны, и в местах, где наблюдается заметное изменение уклона в продольном или поперечном направлении.

Сначала вычисляются площади взятых поперечных сечений, а затем вычисляются объемы призмоидов между последовательными поперечными сечениями, используя формулу трапеции или призмоидальную формулу. Первый используется в предварительных оценках и для обычных результатов, в то время как последний используется в окончательных оценках и для получения точных результатов.

Призмоидальная формула может использоваться прямо или косвенно. В косвенном методе объем сначала рассчитывается по формуле трапеции, а затем к этому объему применяется призомиальная поправка, чтобы скорректированный объем был равен тому, как если бы он был рассчитан прямым применением призомоидальной формулы.Чаще используется косвенный метод, который является более простым.

Когда осевая линия проекта изогнута в плане, эффект кривизны также учитывается специально при окончательной оценке земляных работ, где требуется большая точность. Обычно объемы вычисляются такими прямыми, как указано выше, а затем к ним применяется поправка на кривизну.

Другой метод нахождения криволинейных объемов — применить поправку на кривизну к площадям поперечных сечений, а затем вычислить требуемые объемы из исправленных площадей по призмоидальной формуле.

Формулы для площадей поперечных сечений:

Обычно встречаются различные поперечные сечения, площади которых необходимо вычислить:

1. Уровень раздела.

2. Двухуровневая секция.

3. Боковой двухуровневый участок.

4. Трехуровневая секция.

5. Многоуровневая секция.

Обозначения., См. Рис. 12.1:

Пусть:

b = ширина пласта или основания, обычно постоянная.

S: 1 = боковой наклон (S по горизонтали до 1 по вертикали).

1 дюйм r = поперечный уклон исходного грунта (1 вертикальный и r горизонтальный)

h = высота земляных работ (обрезка или насыпка) по центральной линии

h 1 и h 2 = высота сторон, т.е. вертикальные расстояния от уровня пласта до пересечения боковых откосов с исходной поверхностью.

W 1 и W 2 = ширина стороны или половина ширины i.е. горизонтальные расстояния от центральной линии до пересечения боковых откосов с исходной поверхностью.

A = площадь поперечного сечения.

Формулы размеров поперечных сечений нарезки и заполнения для вышеперечисленных случаев приведены ниже и должны быть проверены читателями в качестве упражнений.

1. Уровень-секция (рис. 12.2):

В этом случае земля ровная в поперечном направлении.

2.Двухуровневая секция (рис. 12.1):

В этом случае грунт имеет поперечный уклон, но наклон грунта не пересекает уровень формации.

Двухуровневая секция сбоку (рис. 12.3):

В этом случае грунт имеет поперечный уклон, но наклон грунта пересекает уровень формации, так что одна часть площади находится в вырубке, а другая — в насыпи (частичная срезка и частичная насыпка).

Примечание:

Когда заполнение выходит за центральную линию, т.е. когда площадь заполнения больше, чем площадь резки, уравнения 12.3 и 12.4 используются для определения областей заполнения и резки соответственно.

4. Трехуровневая секция (рис. 12.4):

В этом случае поперечный уклон грунта неоднороден.

5.Многоуровневая секция (рис. 12.5):

В этом случае поперечный уклон грунта неоднороден, но имеет несколько поперечных уклонов, как видно из рисунка.

Примечания относительно поперечного сечения записываются следующим образом:

Числитель обозначает разрезание (+ ve) или заполнение (-ve) в различных точках, а знаменатель — их горизонтальные расстояния от центральной линии сечения .Площадь разреза рассчитывается по этим записям координатным методом. Координаты могут быть записаны в определяющей форме независимо от знаков.

Пусть Σ F = сумма произведения координат, соединенных сплошными линиями.

Σ D = сумма произведений координат, соединенных пунктирными линиями.

Тогда A = 1/2 (ΣF- ΣD) …………………………………………………… .. (Уравнение 12.6)

Формулы для объема:

Чтобы рассчитать объемы твердых тел между секциями, необходимо предположить, что они имеют некоторую геометрическую величину.Они почти должны принимать форму призмоидов, и поэтому в расчетах они считаются призмоидами.

Пусть A 1 , A 2 , A 3 …………… .. A n = области на 1-м, 2-м, 3-м ……………… последнем поперечном сечении.

D = общее расстояние между поперечными сечениями.

В = объем нарезки или начинки.

1. Формула трапеции:

Число поперечных сечений, дающих площади, может быть нечетным или четным.Так как площади на концах являются усредненными в этой формуле, поэтому она также известна как формула средней конечной площади.

2. Призмоидальная формула:

Чтобы применить призмоидальную формулу, необходимо иметь нечетное количество секций, дающих площади. Если есть четные области, призмоидальная формула может применяться к нечетному количеству областей, а объем между двумя последними участками может быть получен отдельно по формуле трапеции и добавлен.

Призмоидальная коррекция:

Разница между объемами, вычисленными по формуле трапеции и призмоидальной формуле, называется призмоидальной поправкой. Объем по призмоидальной формуле более точен. Поскольку объем, рассчитанный по формуле трапеции, обычно больше, чем объем, рассчитанный по формуле призмоидальной формы, поэтому призмоидальная поправка обычно является вычитающей.

Таким образом, объем по призмоидальной формуле = объем по формуле трапеции-призмоидальная поправка.

В приведенных ниже формулах призмоидальной коррекции строчные и прописные буквы относятся к обозначениям соседних разделов. Призмоидальная коррекция обозначается C P .

1. Раздел уровня:

2. Двухуровневая секция.

3. Боковой холм — двухуровневый участок.

4. Секция трехуровневая:

Коррекция кривизны для объемов:

Формулы трапецеидальной и призмоидальной формы получены в предположении, что сечения параллельны друг другу и перпендикулярны центральной линии.Но когда центральная линия находится на кривой, секции не остаются параллельными друг другу, и необходимо применять поправку на кривизну.

Этот эффект не так сильно выражен и в обычных случаях не требует больших объемов земляных работ, поэтому им пренебрегают. Но это нужно учитывать при окончательных оценках и точных результатах.

Это весьма заметно в случае уширения дороги и участков на склонах холмов, которые частично находятся в разрезе, а частично в засыпке.Изогнутые объемы рассчитываются по теореме Паппу. В нем говорится, что объем, охватываемый постоянной областью, вращающейся вокруг фиксированной оси, равен произведению этой площади на длину пути, пройденного центроидом области. Если области неоднородны, среднее расстояние от центра тяжести до центральной линии принимается равным

.

Знак плюс или минус указывает, что центр тяжести находится на противоположной стороне или на той же стороне от центральной линии, что и центр кривизны.

В качестве альтернативы площади корректируются с учетом эксцентриситета центроида, а исправленные площади используются в призмоидальной формуле для расчета объема.

Поправки на кривизну (C C ) для общих случаев приведены ниже:

1. Раздел уровня:

Теперь в этом случае необходима коррекция, так как область симметрична относительно центральной оси

2. Двухуровневая секция и трехуровневая секция:

3.Сторона — холм два — секция уровня:

Измерение объемов от спотовых уровней:

Этот метод используется для поиска раскопок на больших участках, таких как карьеры. Полевые работы заключаются в разделении участка работ на ряд равных треугольников, квадратов или прямоугольников (рис. 12.6) и нахождении исходных уровней поверхности и новых уровней поверхности после выемки грунта путем точечного выравнивания.

Разница уровней на исходной и новой поверхностях точки определяет глубину земляных работ в этой точке.Глубина земляных работ отмечается по углам треугольников, квадратов или прямоугольников, на которые делится земля.

Объем карьера может быть получен суммой объемов нескольких призм, вычисленных по следующим формулам:

Где A = горизонталь — это поперечное сечение треугольной или прямоугольной призмы.

h 1 , h 2 , h 3 , h 4 и т. Д.= глубины выемки, отмеченные по углам.

Измерение объемов по контурам:
Массовая диаграмма:

Диаграмма масс представляет собой график, построенный между расстояниями вдоль центральной линии, взятыми за основу, и алгебраической суммой массы земляных работ, взятых в качестве ординат. Объем резки считается положительным, а объем заполнения — отрицательным.

Для заблаговременного определения правильного распределения выкопанного материала и количества отходов и займов обычно используется диаграмма масс.Из диаграммы масс можно экспериментально определить план распределения земляных работ, который приведет к минимальным затратам на капитальный ремонт и экономичным расходам на капитальный ремонт и заем.

Подъемник и ведущий:

Лифт:

Расстояние по вертикали, на которое выкопанная земля поднимается на определенную глубину, называется подъемом. Выемка грунта на глубину до 1,5 м ниже уровня земли и откладывание выкопанного материала на земле должны быть включены в состав работ, как указано.Подъемную силу следует измерять от C.G. выкопанной земли к отложенной земле. Дополнительный подъем должен быть измерен в единицах 1,5 м или в соответствии с заранее принятыми условиями.

Свинец:

Расстояние по горизонтали от карьера до участка работ называется свинцовым. Его следует измерять от центра участка выемки грунта до центра засыпанной земли. Обычно подъем до 30 м или в соответствии с заранее принятыми условиями не оплачивается дополнительно.

За пределами подъема 30 м и подъемника 1.Скорость 5 м будет отличаться для каждой единицы подъема на 30 м и подъема на 1,5 м или их части.

Преобразование лифта в свинец:

Лифт превращается в свинцовый по следующим правилам:

1. Высота подъема до 3,6 м умножается на 10

2. Высота подъема более 3,6 м и менее 6 м возводится в квадрат и умножается на 3,3.

3. Высота подъема более 6 м умножается на 20.

Примеры земляных работ:

Пример 1:

Ниже приведены уменьшенные уровни последовательных точек на расстоянии 30 м друг от друга на продольном участке поверхности предполагаемой дороги:

Уровень пласта при изменении 0 на 1 м ниже уровня естественной поверхности, а затем равномерно повышается с градиентом 1 к 40.Найдите соответствующую глубину пропила или высоту насыпи.

Решение:

Так как пласт поднимается с равномерным уклоном 1 из 40, подъем на 30 м

Уровни образования следующих друг за другом точек могут быть получены путем прибавления 0,75 м к уровню образования предыдущей точки.

Таким образом, уровни формации при разных изменениях будут как ниже:

Разница между естественным уровнем поверхности и уровнем пласта в любой точке будет зависеть от глубины выемки или высоты насыпи в этой точке.

Отсюда получаем:

Пример 2:

Железнодорожная насыпь шириной 10 м с боковыми откосами 2: 1. Предполагая, что земля выровнена в направлении, поперечном к центральной линии, рассчитайте объем, содержащийся на длине 150 метров, при этом центральные высоты с интервалами 30 м составляют 2,5, 3,00, 3,5, 4,0, 3,75 и 2,75 м соответственно.

Решение:

См. Рис. 12.2, b = 10 м, s = 2

Призмоидальная формула требует нечетного количества Х-сечений, но в данном случае они четные.Следовательно, объем последней полосы будет определяться отдельно по формуле трапеции, который должен быть добавлен к объему оставшихся полос, давая нечетное количество X-секций, найденных по призмоидальной формуле, чтобы получить общий объем.

Пример 3:

Дорожная насыпь шириной 8 м на уровне формации с боковыми откосами 2: 1 и средней высотой берега 2 м, построенная со средним уклоном 1 из 30 от контура 320 м до контура 450 м, найти (i) длину дороги, и (ii) количество земли для насыпи.

Решение:

Пример 4:

Ширина уровня пласта »фасонный срез составляет 10 м, а боковые уклоны равны 1: 1. Поверхность земли имеет равномерный боковой уклон 1 к 6. Если глубина реза по осевым линиям трех сечений s 30 м друг от друга составляют 3 м, 4 м и 5 м соответственно, определяют объем земляных работ, связанных с этой длиной резки.

Решение:

См. Рис. 12.1 двухуровневого участка b = 10м; h = 3, 4, 5 м; s = 1; г = 6

Объем призмоида по формуле трапеции и с применением призмоидальной коррекции = 3529,695 -10,285 = 351941 куб. То же, что и выше.

Пример 5:

Ширина при формировании определенной дороги составляет 12 м, а боковые откосы 1 к 1 по выемке и 1 к 2 по насыпи. Исходный грунт имеет поперечное падение 1 к 5. Если глубина выемки по осевым линиям двух секций s 50 м друг от друга составляет (1.4 м и 0,8 м соответственно, найти объем резки и объем засыпки на этой длине.

Решение:

См. Рис. 12.3 двухуровневой секции бокового склона.

(i) Объем резки по формуле трапеции:

(ii) Объем заполнения по формуле трапеции,

Размер отстойника

Если учесть, сколько дождя выпадает на средний североамериканский дом и вокруг него в течение года, неудивительно, что многие домовладельцы имеют очень активные отстойники.Другим посчастливилось жить в месте с хорошей дренажной системой, и они редко слышат, как работает их отстойник. Независимо от того, в какой ситуации вы оказались, важно убедиться, что у вас в подвале есть достаточно мощный водоотливной насос.

Итак, всего лишь , как рассчитать необходимую производительность водоотливного насоса? Прочтите , чтобы узнать о простых шагах.

Выберите очень влажный дождливый день, когда почва насыщена водой, чтобы измерить количество воды, поступающей в отстойник.

В очень влажный дождливый день включите водоотливной насос, пока вода не упадет до уровня отключения. Подождите 1 минуту с выключенным насосом, а затем измерьте, насколько сильно вода поднялась на за эту минуту.

Поскольку типичные ямы для отстойников имеют диаметр примерно 18 дюймов (проверьте свой, чтобы убедиться), каждый дюйм воды внутри ямы составляет примерно 1 галлон. Умножьте количество дюймов, на которое вода поднялась за минуту, на 60, чтобы получить , чтобы оценить объем воды, который попадет в вашу яму за час непрерывного дождя .

Умножьте это число на «коэффициент безопасности» , равный 1,5, чтобы определить необходимую вам производительность насоса.

Пример:

  • В отстойник поступает 20 дюймов воды за 1 минуту, или примерно 20 галлонов.
  • Умножьте: 20 галлонов x 60 минут x 1,5 = 1800 галлонов в час (GPH), необходимая производительность

Чтобы наилучшим образом защитить ваш подвал, внимательно изучите свой отстойник. Измерьте приток воды в яму много раз в самых влажных условиях, чтобы убедиться, что вы действительно знаете, с каким объемом воды вы можете иметь дело.

Некоторые домовладельцы, имеющие особо активные отстойники, решают повысить коэффициент безопасности. Лучший способ сделать это суждение — просто знать свой отстойник. Выполните первый шаг (измерение притока воды в отстойник) несколько раз. , особенно в очень влажных условиях, когда почва насыщена. Вы можете увеличить коэффициент безопасности, но имейте в виду, что , если вы увлечетесь и купите насос гораздо большего размера, чем вам нужно, он будет включаться и выключаться очень быстро, что может вызвать его преждевременный износ .

Наконец, как только вы определитесь с размером, который вам нужен, и сделаете покупку для помпы, вы, скорее всего, столкнетесь с термином «подъемник». Это относится к высоте, на которую необходимо откачать воду из поддона перед тем, как покинуть дом. Например, многие подвалы имеют высоту 7 футов плюс 2 фута в отстойник, что в сумме составляет 9 футов подъемника. Имейте в виду, что чем больше подъемное расстояние, тем тяжелее работает насос, что снижает его скорость откачки .


.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2021 © Все права защищены.