2020年专升本(土木工程专业)第1章第2节学习课程:土方调配

院校:淮阴工学院继续教育 发布时间:2019-11-08 11:43:48

    第1章  土方工程

    1.2.3  土方调配

    1.2.3.1  土方调配原理

    1.划分调配区

    划分调配区是进行土方调配的首要条件,不需要进行土方调配,则不必划分调配区。划调配区必须遵循下列基本原则:

   (1)调配区的划分应该与房屋和构筑物的平面位置协调,并考虑它们的开工顺序、分期工顺序;

   (2)调配区的大小应该满足土方施工主导机械的技术要求;

   (3)调配区的范围应该和土方工程量计算的方格网协调,一般由若干个方格组成一个调

   (4)就近取土或弃土,一个取土区或一个弃土区都可作为一个独立的调配区。

    2.计算调配区之间的运距

    调配区之间的运距:推土机、铲运机按平均运距;装载机配自卸汽车按实际运距。平均运距即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。因此,求平均运距,需先求出每调配区的重心。取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴,分别求出各区土方的重心位置,即

    0=;y0=4(1.24)

    式中x0、y0—挖或填方调配区的重心坐标;

    V——每个方格的土方量;

    x、y—一每个方格的重心坐标。

    但在实际计算中,重心非常难求,一般都用作图法近似地求出形心位置以代替重心位重心求出后,调配区之间的平均运距可按下式计算:

    式中L——挖、填方区之间的平均运距;

    x01、yo——填方区的重心坐标;

    x0。、)y0.——挖方区的重心坐标。

    3.建立目标函数

    如表1.9所示,已知m个挖方区W,所需挖方量分别为a1,Q2…,a…,am,n个填方区

    T,所需填方量分别为b1,ba…,b…,bn。

    式中X,——某一个挖方区给某一个填方区的土方量(m2);

    C.—某一个挖方区到某一个填方区之间的运距或土方量运输单价(元/m㎡)。

    4.方程求解

    解方程组,求得各X,使目标函数Z最小(也就是总的土方量最低,实质上是土的总挖填费用最低)。因此土方调配的目的就是:在费用最低的条件下完成场地内土方的开挖运输。

    1.2.3.2  土方调配表上作业法

    如果采用解方程组求目标函数最小的方法,将会出现未知数大于方程数的情况,这样解方程求X,非常麻烦,填挖方区越多,解方程越麻烦。因此我们采用《运筹学》中的方法进行土方调配,该方法称为“表上作业法”。

    表上作业法计算速度快,但精度有限,它所找到的最优方案可能有几个,这些最优方案的目标函数不一定最小,但接近最小值,在保证计算速度的情况下,这已经足够了,同时多种方案的出现对我们是有利的。下面结合例题来说明用表上作业法求土方调配最优方案的步骤与方法。如图1.10所示为一矩形场地,图中小方格的数字为各调配区的土方量,箭杆上的数字为各调配区之间的运距(或单价),试求最优土方调配方案。

    编制初始调配方案采用“最小元素法”原则:即优先对运距或运费最小的调配区最大限度地供应土方量。即先在表1.10中找运距(或单价)C,最小的数值格,如C2=Ca=40,任取其中一个,如取Ca,则先确定Xs的值,使其尽可能地大,即Xs=maxl400挖方区现有的量,500填方区需要量|=400。由于Wa挖方区的土方全部调到T3填方区,所以Xa和Xe都等于零。此时,将400填入Xs格内,同时将Xa1、Xm格内画上一个“x”号。然后在没有填上数字和“x”号的方格内再选一个运距最小的方格,即C2=40,便可确定X2=500,同时使X1=Xa=0。此时,又将500填入Xz格内,并在Xa、Xs格内画上“ד号重复上述步骤,依次确定其余X。的数值,最后得出表1.1l所示的初始调配方案。初始调配方案的目标函数:

    Z0=500×50+500×40+300×60+100×110+100×70+400×40=97000(m㎡·m)利用“最小元素法”编制初始方案,也就优先考虑了就近调配的原则,所以求得总运输量(或总价)是较小的。但这并不能保证其总运输量(或总价)最小,因此还需要进行判别,看它是否为最优方案。

    第二步:最优方案的判别现就“假想运距或假想价格系数”求检验数予以介绍。首先将初始方案中所有方格的运距(或价格)C,填入表l.12中形成C。表。然后将初始方案中有调配数方格的C,列入表1.13中,其他空格的假想运距(或单价)按对角相加相等原则求出,例如利用已知的110、40、70(已有调配数的运距),求第四个空格的数C'2,计算遵循110+40=70+Ca,得到C'e=80填到该空格里,同理依次求出其他空格的C,,例如30、-10、100、0、60(表格中的黑体字),最后建立假想运距或假想价格系数“,表。令检验数mJA污≥0;方案为最优方案(一般可能会有几个最优方案),Z接近Z。如果(可<0;方案非最优经检验数的计算,有初始调配数的方格里A,均为0,Ap为负,其他A,大于0,出现了负值格,则方案非最优。说明往X2里填土方,还可以使目标函数降低,即土方调配的总价还可以第三步:非最优方案的调整调整方法:闭回路法。在所有负检验数中选一个(如果有几个负检验数,可选最小的一,本例只有一个是A2)。

    原则:从负值格出发,可向前、向后、向上或向下前进,遇到适当的有数字的方格作90转弯(也可不转),然后继续前进,经过4次转弯回到出发格,形成一条以有土方量的方格为转角点的、用水平和竖直线连起来的闭回路。从奇数次转角的土方量数字中,挑选一个小的土方量X后,将它填入到该负值格内。同时将闭回路上另一奇数次转角上的土方量减去x,偶数次转角上的土方量增加X。使得填挖方区的土方量仍然保持平衡,这样调整后,便可得到新的调配方案。

    所作闭合回路如表1.14所示,将奇数次转角上的100调入X2,另一奇数次转角上500-100=400,偶数次转角上300+100=400,继续维持挖填平衡,得到新的土方调配方案,如表再回到第二步,对方案进行检验,进行最优方案的判别。经检验所有Ay≥0,故该方案最优。计算调整后方案的目标函数:Z=400×50+100×70+500×40+400×60+100×70+400×40=94000(m2·m)与Z0=97000(m3·m)比较,可看到调整后方案的目标函数更低。如果检验数中仍有负值格出现,那就仍按上述步骤继续进行调整,直到最优方案为止。最后将调配方案绘成土方调配图(图1.11)。在土方调配图上应注明挖填调配区、调配方向、土方量以及每对挖填调配区之间的平均运距。

                                                                                   (本文原创:转载未经许可将追责)