[发明专利]一种用于多台段式场平布局的土方平衡优化设计方法

摘要

一种用于多台段式场平布局的土方平衡优化设计方法，包括以下步骤选定合理的边坡挖填坡比；确定不同类场平单元土方特征参数、控制性场平单元和依附性场平单元，遴选出关键性挖方单元和关键性填方单元，确定场平土方平衡优化设计目标，构建土方平衡优化设计计算模型，确定土方平衡优化技术参数，利用GPCAD土方计算模块计算优化后场平的土方量。该方法既考虑了台段面设计标高调整对土方挖填工程造价的影响，又考虑了台段面设计标高调整对边坡支护及建构筑物基础投资的影响，不仅适用于地形条件简单且场地平土标高单一的建设场地，而且适用于地形条件复杂且具有多个场地平土标高的台段式场地，同时兼有简单实用、计算高效、结果可靠等优点。

主权项

一种用于多台段式场平布局的土方平衡优化设计方法，其特征在于，实施步骤如下：第一步：根据场区地形坡度分析确定岩土体休止角，结合建筑边坡工程技术规范GB50330‑2002土质边坡坡率允许值和岩质边坡坡率允许值，选定稳定合理的边坡挖填坡比；第二步：根据总图布局，将场平区划分为不同建构筑物台段场平单元、道路场平单元及边坡场平单元，利用GPCAD土方计算软件，确定不同类场平单元的挖填方量占比、面积占比及挖填不平衡系数三个土方特征参数；第三步：依据场平单元内在联系及土方特征参数大小确定控制性场平单元和依附性场平单元；第四步：在控制性挖方场平单元中，以挖方量占比及面积占比最大为控制目标，遴选出关键性挖方场平单元；在控制性填方场平单元中，以上部建构筑物对下部地基土承载力要求最低和面积占比最大为控制目标，遴选关键性填方场平单元；第五步：确定场平土方平衡优化设计目标，具体包括土方挖填基本平衡的优化设计目标、土方挖方总量最小的优化设计目标、相邻台段面高差最小的优化设计目标；第六步：以关键性挖方场平单元和填方场平单元台段面设计标高为优化变量，以土方挖填基本平衡为目标函数，构建土方平衡的优化设计计算模型，并结合土方挖方总量最小、相邻台段面高差最小两个土方平衡的优化设计目标，求解土方平衡的优化设计计算模型，确定各场平单元的优化技术参数；第七步：确定土方平衡的优化技术参数，通过△hw、△hT和其他非关键场平单元设计标高以及依附性场平单元的设计标高调整高差；所述场平单元的优化技术参数确定按下列方式完成：首先根据关键性挖方场平单元的现状地形，给定一个初始值较大的△hw，代入式(8)土方平衡的优化设计计算模型，计算出△hT；然后根据△hT及(△hw‑△hT)的正负性调整△hw，直至(△hw‑△hT)→0，若△hT<0，则增加△hw，若(△hw‑△hT)<0，则减少△hw，反之亦然；最后根据各场平单元间的内在联系及工艺要求确定非关键性场平单元及依附性场平单元的设计标高调整高差；第八步：根据土方平衡优化后的技术参数，结合格网计算模型，利用GPCAD土方计算软件计算优化后的土方量，以验证其可靠性；其中，所述土方平衡的优化设计计算模型按式(1)计算：△VW‑△VT＝△Vz                      (1)式中：△VW为关键性挖方场平单元台段面设计标高调整后的挖方减少量；△VT为关键性填方场平单元台段面设计标高调整后的填方增加量；△Vz为台段面设计标高调整后的总净余方量,所述土方平衡的优化设计计算模型中各分量，需考虑台段面设计标高调整对非关键性场平单元挖填方量的影响及土方开挖回填扩容效应，各分量按式(2)、(3)、(4)计算：△Vz＝α×△V×βz                    (2)△Vw＝α×△hw×Sw×βw                   (3)△VT＝△hT×ST×βT                    (4)式中：α为土方开挖回填扩容系数；△V为台段面设计标高调整前的总净余方量；△hw为关键性挖方场平单元台段面设计标高调整高差；△hT为关键性填方场平单元台段面设计标高调整高差；Sw为关键性挖方场平单元面积；ST为关键性填方场平单元面积；βz为台段面设计标高调整对总净余方量的影响系数；βw为关键性挖方场平单元台段面设计标高调整对净挖方量的影响系数；βT为关键性填方场平单元台段面设计标高调整对净填方量的影响系数,所述土方平衡的优化设计计算模型中影响系数，依据台段面设计标高调整前的挖填不平衡系数进行确定，各影响系数按式(5)、(6)、(7)计算：βz=kz-1kz+1---(5)]]>βw=kw-1kw+1---(6)]]>βT=1-kTkT+1---(7)]]>式中：kz为台段面设计标高调整前的总挖填不平衡系数；kw为台段面设计标高调整前的关键性挖方场平单元挖填不平衡系数；kT为台段面设计标高调整前的关键性填方场平单元挖填不平衡系数；根据式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)，所述土方平衡的优化设计计算模型式(1)按式(8)计算：α×(Δhw×Sw×kw-1kw+1-ΔV×kz-1kz+1)=ΔhT×ST×1-kTkT+1---(8)]]>α为土方开挖回填扩容系数。