[發明專利]一種用于多臺段式場平布局的土方平衡優化設計方法

有效

• 申請號: 201310365812.1
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103473394B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 程江濤;蔡清;姜清華;萬凱軍;于沉香;黃靜;陳星星;陳定安
• 申請（專利權）人: 中冶集團武漢勘察研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務所(普通合伙)42212
• 代理人: 胡清堂

技術領域

本發明技術涉及一種用于多臺段式場平布局的土方平衡優化設計方法，具體的說是一種針對多臺段式場平布局的復雜性和特殊性，考慮臺段面設計標高調整對土方挖填工程造價、邊坡支護及建構筑物基礎投資的影響，而提出的一種基于場平單元特征參數的土方平衡優化設計方法。

背景技術

隨著國家基礎建設的大力發展，越來越多的建設項目不可避免的將會選擇在山區丘陵等復雜地形地帶實施。在地形復雜地帶實施建設工程項目時，常需將自然地貌改造成多個臺段式的場地，以滿足建構筑物規劃、生產工藝和運輸、排水及最高洪水位等要求，并力求使得場地內土方工程量最小且土方挖填平衡。土方平衡計算是工程投資概算及方案選優的重要影響因素，其計算模型的選擇直接影響到工程造價的控制與施工組織問題。

目前，在總圖豎向設計中，有相當一部分設計者是采用方格網法和經驗法來確定場地平土設計標高。由于該方法是建立在一定估計和假設基礎上的，不可能通過一、兩次計算就能達到土方工程量最小與土方量挖填平衡的要求，需要經過反復多次的修正和調整，才能達到預期的結果。由此可見，傳統土方平衡設計方法不僅操作繁瑣、準確度差，而且僅適用于地形條件簡單且場地平土標高單一的建設場地，對于地形條件復雜且具有多個場地平土標高的臺段式場地則基本不適用。因此，發明一種適用于多臺段式場平布局的土方平衡優化設計方法，對于復雜地形條件下臺段式場平建設項目具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是針對多臺段式場平建設項目的復雜性和特殊性，考慮臺段面設計標高調整對土方挖填工程造價、邊坡支護及建構筑物基礎投資的影響，以場平單元土方量特征參數為切入點，發明一種適用于多臺段式場平布局的土方平衡優化設計方法。

本發明一種用于多臺段式場平布局的土方平衡優化設計方法，具體步驟如下：

第一步：根據場區地形坡度分析確定巖土體休止角，結合建筑邊坡工程技術規范（GB50330-2002）中土質邊坡坡率允許值和巖質邊坡坡率允許值，選定穩定合理的邊坡挖填坡比；

第二步：根據總圖布局，將場平區劃分為不同建構筑物臺段場平單元、道路場平單元及邊坡場平單元，利用GPCAD土方計算軟件，確定不同類場平單元的挖填方量占比、面積占比及挖填不平衡系數等土方特征參數；

第三步：依據場平單元內在聯系及土方特征參數大小確定控制性場平單元和依附性場平單元；

第四步：在控制性挖方場平單元中，以挖方量占比及面積占比最大為控制目標，遴選出關鍵性挖方單元；

在控制性填方場平單元中，以上部建構筑物對下部地基土承載力要求最低和面積占比最大為控制目標，遴選關鍵性填方單元；

第五步：確定場平方平衡優化設計目標，具體包括土方挖填基本平衡、土方挖方總量最小、相鄰臺段面高差最小等優化設計目標；

所述土方挖填基本平衡優化設計目標是指：為減少土方調配運距，在盡可能滿足各場平單元自身挖填平衡的前提下，合理調整臺段面設計標高，使得總挖填方量達到基本平衡，以減少余土外運或借土投資；考慮巖土體具有可松性，天然巖土體挖出來后體積將擴大，將這部分土轉到填方區壓實后其體積仍比最初天然巖土體的體積要大，即存在一個土方開挖回填擴容系數α一般取為1.02～1.05，當考慮開挖回填擴容系數時，挖填不平衡系數宜控制0.95～0.98之間；

所述土方挖方總量最小優化設計目標是指：在滿足臺段面工藝、道路設計及邊坡穩定等技術要求的前提下，合理調整關鍵性挖方單元和填方單元臺段面設計標高，以期使得挖方總量最小，減少場平土方工程投資；

所述相鄰臺段面高差最小優化設計目標是指：在滿足上述兩點優化設計目標的前提下，合理調整關鍵性挖方單元和填方單元的臺段面設計標高，盡可能降低相鄰臺段面高差，以減少直立陡坎加固費用；具體實施過程中，可采用關鍵性挖方單元和填方單元臺段面設計標高同升同降的方法予以解決；

第六步：以關鍵性挖方單元和填方單元臺段面設計標高為優化變量，以土方挖填基本平衡為目標函數，構建土方平衡優化設計計算模型，并結合土方挖方總量最小、相鄰臺段面高差最小等土方平衡優化設計目標，求解土方平衡優化設計計算模型，確定各場平單元的優化技術參數；

所述土方平衡優化設計計算模型按公式（1）計算：

ΔV_W-ΔV_T＝ΔV_z?????????????????（1）