Mặt bằng cao độ tự nhiên của một thửa đất được quy hoạch san, dựa trên đường đồng mức ( chia nhỏ tới 0,1 m cao độ ) trong map địa hình, chia theo lưới ô vuông cạnh 12,5 m .
Công tác san đất, (land grading), hay còn gọi là san mặt bằng hoặc san lấp mặt bằng, là công việc thi công san phẳng nền đất một công trình xây dựng hay một mặt bằng quy hoạch, từ một mặt đất có địa hình tự nhiên cao thấp khác nhau. San phẳng là việc đào những chỗ đất cao nhất trong nội tại vùng đất đó vận chuyển đến các vùng thầp nhất và đắp vào những chỗ thấp đó, nhằm làm phẳng lại bề mặt địa hình vùng đất đó theo chủ định trước của con người (mặt thiết kế định trước, có kể đến độ dốc thoát nước bề mặt). Như vậy bản thân công tác san đất là một công tác đất (earthwork), thường bao gồm các công tác đào đất (cut or excavating), vận chuyển đất (earthmoving) và đắp đất hay lấp đất (fill).
Trong công tác làm việc san đất, tiên phong, đất thiết kế đa phần được lấy ngay bên trong khoanh vùng phạm vi công trường thi công. Lượng đất thừa hay thiếu phải liên hệ với bên ngoài khoanh vùng phạm vi công trường thi công, thường chỉ là nguồn hỗ trợ hay chỉ chiếm khối lượng nhỏ, hoặc thậm chí còn không có ( như khi san cân đối đào đắp ) .
Thường có hai dạng công tác san đất:
- san theo điều kiện khống chế trước cốt cao độ mặt bằng sau san, mà không chú ý lắm đến khối lượng đất thừa hay thiếu,
- san theo yêu cầu về khối lượng đất khi san, bao gồm các trường hợp: san cân bằng khối lượng đào với đắp, san với điều kiện chủ định chừa ra một khối lượng đất sau san (đào nhiều hơn đắp) hoặc cố ý bổ sung thêm một lượng đất trước san (đắp nhiều hơn đào).
Thiết kế xây đắp công tác làm việc san[sửa|sửa mã nguồn]
Trong cả hai dạng công tác làm việc san, thì việc phong cách thiết kế kiến thiết san đất đều yên cầu phải được thực kiện lần lượt qua hai bước cơ bản như sau :
- thiết kế mặt bằng san (bước này nhằm xác định khối lượng đất phải thi công, hướng và cự ly vận chuyển đất trung bình từ vùng đào sang vùng đắp trong nội bộ công trường.)
- thiết kế biện pháp thi công san (thiết kế biện pháp thi công cụ thể cho công tác san đất, sau khi đã biết được khối lượng đất phải thi công và cự ly vận chuyển chúng trong khi san)
Thiết kế mặt phẳng san[sửa|sửa mã nguồn]
Cách xác lập cao độ tự nhiên tại mắt lưới ô vuông phong cách thiết kế san, theo tỷ suất khoảng cách đến 2 đường đồng mức hai bên .Bản đồ địa hình hoàn toàn có thể trực tiếp cho biết khái quát độ cao của mặt đất tự nhiên trong vùng địa hình, qua những đường đồng mức trong map. Tuy vậy, để thống kê giám sát khối lượng đất thiết kế đúng mực đến mức hoàn toàn có thể gật đầu được thì cần phải xác lập chi tiết cụ thể cao độ của một loạt những điểm thuộc mặt đất tự nhiên, mà hoàn toàn có thể không thuộc những đường đồng mức .
– Mô phỏng thực địa[sửa|sửa mã nguồn]
Vẽ lại gần đúng những đường đồng mức thành những đường gãy khúc qua những điểm đặc trưng giao cắt lưới ô vuông phong cách thiết kế san .
Lưới ô tam giác ( tam giác vuông cân ) để phong cách thiết kế mặt phẳng san .
- Trường hợp địa hình khu vực mặt bằng san đơn giản nhất là trường hợp trên bản đồ địa hình của vùng, các đường đồng mức gần như thẳng và đồng thời song song với nhau. Trong trường hợp này, dùng một mặt cắt duy nhất cắt vuông góc qua tất cả các đường đồng mức có thể thể hiện toàn bộ cao độ của tất cả các điểm mặt đất tự nhiên trên khu vực mặt bằng được xét. Do đó việc xác định khối lượng đất trong trường hợp này đơn giản là việc tính toán khối tích của từng thỏi đất chạy dài và có tiết diện gần như không đổi. Đây được gọi là phương pháp xác định khối lượng đất theo mặt cắt.
- Trường hợp mặt bằng phức tạp hơn đó là trường hợp các đường đồng mức có hơi uốn lượn nhưng vẫn tương đối song song. Khi đó dùng một mặt cắt không thể đại diện hết được tất cả các cao độ của toàn bộ mặt bằng địa hình tự nhiên. Trường hợp này phải chia vùng mặt bằng định quy hoạch thành lưới ô vuông, dọc theo phương của đường đồng mức, với khoảng cách các mắt lưới đủ nhỏ để có thể chia nhỏ các đường đồng mức thành từng đoạn tương đối thẳng liên tục và có độ dài bằng nhau. Khi đó coi gần đúng mặt đất trong mỗi ô lưới là một mặt phẳng tạo bởi các cao độ mắt lưới. Các cao độ mắt lưới được xác định theo cách làm ở bài đường đồng mức. Khối tích của từng ô đất được tính bằng tích số giữa cao độ trung bình của các mắt lưới ở 4 góc ô với diện tích hình chiếu bằng của ô lưới. Đây được gọi là phương pháp xác định khối lượng đất theo lưới ô vuông.
- Trường hợp mặt bằng phức tạp nhất là khi các đường đồng mức cong uốn lượn mà không song song với nhau, khoảng cách giữa chúng thay đổi liên tục tại mọi vị trí. Trong trường hợp này mạng lưới ô vuông không thể mô phỏng được đúng hình dạng địa hình thực tế, vì trong mỗi ô mặt đất tự nhiên phức tạp nếu quy về một mặt phẳng thì sai số rất lớn (4 điểm mắt lưới nằm trên một tứ giác ghềnh, chứ không đồng phẳng). Khi này, để mô phỏng chính xác với địa hình thực tế hơn, thì trong mỗi ô vuông mặt đất tự nhiên được quy gần đúng về hai mặt phẳng nghiêng, (mỗi mặt tạo 3 trong 4 cao độ mắt lưới của ô vuông), có hình chiếu bằng là hai nửa ô vuông, hình tam giác vuông có chung cạnh huyền là đường chéo ô vuông. Chia lưới ô vuông theo các đường chéo của ô, sao cho các đường chéo này song song nhất với phương của đường đồng mức gần đó nhất, thì đảm bảo mô phỏng thực tế chính xác hơn. Khối tích của từng ô đất tam giác được tính bằng tích số giữa cao độ trung bình của các mắt lưới ở 3 góc ô với diện tích hình chiếu bằng của ô lưới tam giác. Đây được gọi là phương pháp xác định khối lượng đất theo lưới ô tam giác.
– Xác định mặt phẳng phong cách thiết kế sau san[sửa|sửa mã nguồn]
- Dạng san theo điều kiện khống chế trước cốt cao độ mặt bằng sau san: thì người chủ đầu tư thường khống chế trước cao độ trung bình của mặt băng san, nên nhà thầu không cần phải tính toán cao độ này.
- Dạng công tác san đất theo yêu cầu về khối lượng đất khi san:
- San theo điều kiện cân bằng đào đắp (khối lượng đất ngoài V0=0): Khối lượng đất đào phải cân bằng với khối lượng đất đắp. Cũng có nghĩa là tổng khối lượng đất trên vùng mặt bằng quy hoạch, tính từ mặt thủy chuẩn trở lên, được phân bố lại trên cùng một diện tích hình chiếu bằng, với cao độ trung bình H0 so với mặt thủy chuẩn.
- Nếu dùng phương pháp mặt cắt thì cao độ trung bình: H0=ΣSi/B
- Với ΣSi là tổng diện tích tiết diện phía trên mặt thủy chuẩn, của mọi thỏi đất chạy dọc theo đường đồng mức trong vùng mặt bằng quy hoạch. Còn B là bề ngang của vùng quy hoạch (bề vuông góc với các đường đồng mức).
- Nếu dùng phương pháp lưới ô vuông hay lưới ô tam giác, thì cao độ trung bình được tính bằng tỷ số giữa tổng khối tích của mọi ô lưới, tính từ mặt thủy chuẩn trở lên, với tổng diện tích hình chiếu bằng của vùng quy hoạch. Tổng khối tích của mọi ô lưới lại được tính qua các cao độ mắt lưới, tính từ mặt thủy chuẩn.
- Trường hợp lưới ô vuông: H0=(ΣH(1)j+2ΣH(2)j+4ΣH(4)j)/4m
- Trường hợp lưới ô tam giác: H0=(ΣH(1)j+2ΣH(2)j+3ΣH(3)j+…+6ΣH(6)j+…+8ΣH(8)j)/3n.
- Với H(1)j, H(2)j, H(3)j, H(4)j,…, H(6)j,…, H(8)j, là các cao độ tự nhiên tại mắt lưới ô vuông mà có 1, 2, 4 ô vuông quy tụ xung quanh, hay các cao độ tự nhiên tại mắt lưới ô tam giác mà có 1, 2, 3,…,6,…,8 ô tam giác quy tụ xung quanh. Với m là tổng số các ô vuông có trong vùng mặt bằng quy hoạch. Còn n là tổng số các ô tam giác có trong vùng mặt bằng quy hoạch.
- San với điều kiện chừa đất ra sau san, hay thêm đất từ ngoài khi san (khối lượng đất ngoài V0≠0): độ cao trung bình của mặt bằng san được tính bằng cao độ trung bình khi san cân bằng đào đắp có thêm hay bớt chênh lệch độ cao do lượng đất thêm vào hay bớt đi đem lại. Nếu khối lượng đất ngoài V0≠0 đã được xác định trước, thì khi đó cao độ trung bình H0 được tính theo các công thức sau:
- Trường hợp lưới ô vuông: H0=((ΣH(1)j+2ΣH(2)j+4ΣH(4)j)/4m)±(V0/(ma²))
- Trường hợp lưới ô tam giác: H0=((ΣH(1)j+2ΣH(2)j+3ΣH(3)j+…+6ΣH(6)j+…+8ΣH(8)j)/3n)±(2V0/(na²)).
- Với a là khoảng cách các mắt lưới (cạnh hình chiếu bằng của ô lưới).
Tuy nhiên, nếu chỉ san hàng loạt mặt phẳng theo cùng một cốt cao độ trung bình H0, thì không hề bảo vệ việc thoát nước chảy trên mặt phẳng khu quy hoạch ( như nước mưa, … ). Cần phải tạo cho khu vực quy hoạch thành những mặt dốc thoát nước, với độ dốc được lao lý trước. Để đối sánh tương quan khối lượng đất kiến thiết không đổi, thì việc chỉnh mặt phẳng san theo độ dốc phong cách thiết kế quanh cao độ trung bình H0 phải bảo vệ cân đối đào đắp trong khi chỉnh độ dốc. Tại những điểm trọng tâm của mỗi mặt dốc phong cách thiết kế ta lấy cao độ phong cách thiết kế đúng bằng cao độ trung bình H0, sau đó chỉnh thêm và bớt những cao độ phong cách thiết kế ở hai phía của mỗi điểm trọng tâm trên, những lượng chênh cao tính theo tỷ suất độ dốc, sao cho bảo vệ điều kiện kèm theo cân đối đào đắp. Cao độ phong cách thiết kế của những điểm hai bên điểm trọng tâm mặt dốc phong cách thiết kế là :
- htkj = H0±itkl0.
- Với itk là độ dốc thiết kế cho trước theo trong nhiệm vụ thiết kế (%), và l0 là khoảng các từ điểm cần xác định cao độ thiết kế tới trọng tâm mặt dốc thiết kế.
Như vậy, đến đây đã xác lập được đúng chuẩn mặt phong cách thiết kế sau san. Lúc này tại mọi vị trí của mặt phẳng quy hoạch đều có hai cao độ : cao độ tự nhiên ( của mặt đất tự nhiên htnj ) và cao độ phong cách thiết kế ( của mặt san phong cách thiết kế htkj ) .Ngoài ra, để bảo vệ sự không thay đổi của những mái đất sau khi san ở cả phần đào lẫn phần đắp, tránh sụt lún khu công trình đất sau san, thì khi phong cách thiết kế mặt phẳng san, cần phải phong cách thiết kế những mái ta-luy viền quanh mặt phong cách thiết kế sau san, theo độ dốc được cho phép tới hạn. Độ dốc được cho phép tới hạn là độ dốc tối đa mà mái ta-luy đất đào hay đắp hoàn toàn có thể có, mà không gây ra sự trượt của mái đất .Trong vùng mặt phẳng san sẽ Open những đường ranh giới giữa những khu vực đào đất với những khu vực đắp đất, được gọi là ranh giới đào đắp O-O. Ranh giới O-O này là giao tuyến của mặt địa hình tự nhiên với mặt san phong cách thiết kế .
– Thiết kế bảo đảm an toàn mái dốc ta-luy[sửa|sửa mã nguồn]
Theo lý thuyết cơ học đất của Nikolai Nikolaevich Maslov (1898-1986)[1]:
- hệ số mái dốc ta-luy tgα = (tgψt)/m
- tgψt = Ft = tgφ + C/Ptn = tgφ + C/(γH)
Trong đó : φ ( o ) là góc ma sát trong của đất đào hay đất phong cách thiết kế đắp ta-luy ; C ( T / mét vuông ) là lực dính của đất đào hay đất phong cách thiết kế đắp ta-luy ; γ ( T / m3 ) là dung trọng riêng của đất đào hay đất phong cách thiết kế đắp ta-luy ; H ( m ) là chiều sâu cột đất đào hay đắp ta-luy ( tính từ cao độ phong cách thiết kế đỉnh ta-luy đến cao độ chân ta luy ( cũng là điểm xét thông số mái dốc ta-luy ), m ( ≥ 1 ) là thông số không thay đổi mái dốc ( trong trường hợp đào mái ta-luy đất liền thổ không thay đổi trên 10 năm lấy m = 1, còn trường hợp đắp ta-luy lấy m = 1,5 – 1,8 ) .
– Tính toán khối lượng công tác làm việc[sửa|sửa mã nguồn]
Độ cao công tác làm việc hctj của mỗi điểm trên mặt phẳng quy hoạch là hiệu số giữa cao độ tự nhiên của điểm đó với cao độ phong cách thiết kế của điểm đó : hctj = htnj – htkj. Khu vực nào đó của mặt phẳng quy hoạch là khu vực đào đất nếu như toàn bộ mọi độ cao công tác làm việc của những điểm trong khu vực đều có giá trị dương hctj > 0 ( trong khu vực đó, mặt đất tự nhiên cao hơn mặt san phong cách thiết kế ), và ngược lại, những khu vực đắp có độ cao công tác làm việc âm : hctj
Với hai loại ô nằm trọn vẹn trong vùng đào hay vùng đắp, thì khối lượng công tác làm việc, ( được tính như nhau nhưng trái dấu : ô đào thì dương còn ô đắp thì âm ), bằng tích số giữa độ cao trung bình của 3 ( trường hợp ô tam giác ) hay 4 ( trường hợp ô vuông ) độ cao công tác làm việc tại những mắt lưới ở góc ô nhân với diện tích quy hoạnh hình chiếu bằng của ô lưới .
-
- Mạng ô vuông: Vi = (hct1+hct2+hct3+hct4)a²/4
- Mạng ô tam giác: Vi = (hct1+hct2+hct3)a²/6
- Với Vi là khối lượng công tác trong từng ô lưới, hctj là độ cao công tác tại mắt lưới thứ j của ô lưới.
Ô lưới tam giác vắt ngang đường O-OVới loại ô nằm vắt ngang ranh giới đào đắp O-O : trường hợp mạng lưới ô vuông, khối lượng công tác làm việc ở mỗi ô vuông đo lường và thống kê như tổng hợp của hai ô tam giác thường thì, như vậy ta chỉ cần xét tới mạng ô lưới tam giác mà thôi. Trong trường hợp này, chắc như đinh một trong 3 đỉnh mắt ô lưới sẽ có độ cao công tác làm việc ( gọi cao độ công tác làm việc đỉnh này là hct1 ) trái dấu với những cao độ công tác làm việc tại hai đỉnh còn lại ( hct2, hct3 ). Đường ranh giới đào đắp O-O chia ô tam giác đang xét thành hai nửa :
- Phía cao độ hct1 khối tích đất công tác có dạng một hình chóp tam giác (VchópΔ) với chiều cao là hct1, và được tính qua diện tích hình chiếu bằng SOO1. Qua biến đổi lượng giác SOO1 trở thành phụ thuộc vào các độ cao công tác tại các mắt ô lưới:
- SOO1 = (hct1)²a²/2(hct1+hct2)(hct1+hct3).
- Do đó, VchópΔ = (hct1)³a²/6(hct1+hct2)(hct1+hct3).
Cách tính phần còn lại của ô lưới tam giác nằn trên ranh giới O-O
- Phía các cao độ công tác hct2, hct3, có khối tích là V1 được tính thông qua việc thêm một hình trung gian V2, tạo ra bằng cách giả thiết nâng mặt đất tự nhiên lên cao thêm một lượng chênh cao là hct1. Hình trung gian V2 kết hợp với hình VchópΔ, tạo thành một lăng trụ tam giác có chiều cao là hct1. Gọi thể tính của hình chóp lớn nằm phía trên mức cao độ của ranh giới đào đắp O-O là:
- Vchóp lớn = V1+V2.
- Thêm VchópΔ vào ta có: V = Vchóp lớn+VchópΔ = V1+V2+VchópΔ = V1+Vlăng trụ.
- Suy ra: V1 = Vchóp lớn+VchópΔ-Vlăng trụ.
- Với Vlăng trụ =a²hct1/2.
- Và Vchóp lớn = (2hct1+hct2+hct3)a²/6.
Như vậy là đã xác lập xong từng phần khối lượng đất đào hoặc đắp của ô lưới tam giác nằm trên ranh giới đào đắp, đó là một trong hai thể tích : VchópΔ, V1 .Sau khi tính khối lượng đất cần công tác làm việc bên trong mặt phẳng quy hoạch xong, thì cần phải xác lập từng phần khối lượng của đất đào hoặc đắp của những mái ta-luy nằm xung quanh bên rìa mặt phẳng san. Các khối lượng này cũng được phân làm hai loại : khối lượng ta-luy đào và khối lượng ta-luy đắp. Đất công tác làm việc của hai loại này được bù trừ lẫn nhau, lấy đất ở ta-luy đào để đắp sang ta-luy đắp. Tuy nhiên trong hầu hết những trường hợp, hai khối lượng này thường không cân đối với nhau, khi đó lượng đất ta-luy thừa hay thiếu ( thực ra mới chỉ là trong thống kê giám sát ) được giả thiết là đem tôn đều lên trên hàng loạt mặt phẳng san nếu thừa ( kể cả trên mặt những mái ta-luy ) hay bóc đất ở mặt phẳng san đi đều một lượt chiều dày nhất định ( kể cả trên những mái ta-luy ) để bù vào nếu thiếu. Khi đó mặt phong cách thiết kế san, và khối lượng đào đắp giám sát cùng với ranh giới đào đắp sẽ đổi khác. Mặt phong cách thiết kế san mới song song với mặt phong cách thiết kế san cũ. Bài toán san trở thành san với một lượng V0 khác 0, và phải tính lặp nhiều lần cho đến khi đạt tới sự cân đối đào đắp. Do đó trong thực tiễn thường ít có bài toán san nền cân đối đào đắp thuần túy .San đất theo điều kiện kèm theo khống chế trước cao độ trung bình H0, mặt phẳng phong cách thiết kế san đã được định trước, khối lượng đất công tác làm việc cũng được tính trọn vẹn giống như dạng san theo nhu yếu về khối lượng : đó chính là khối lượng kẹp giữa hai mặt đất tự nhiên và phong cách thiết kế sau san .
– Xác định cự ly luân chuyển trung bình[sửa|sửa mã nguồn]
Biểu đồ công năng vận chuyển đất san từ vùng đào sang vùng đắp Cu-ti-nôp, qua đó để xác định cự ly vận chuyển trung bình và các hướng vận chuyển từ vùng đào sang vùng đắp.
Biểu đồ Cutinop là biểu đồ biểu lộ công suất luân chuyển đất từ vùng đào sang vùng đắp của mặt phẳng san theo 2 hướng dọc và ngang của mặt phẳng .
Thiết kế giải pháp san[sửa|sửa mã nguồn]
Trong công tác làm việc san đất, những loại máy móc chuyên sử dụng vừa có năng lực đào vừa có năng lực luân chuyển, là nhóm máy san như : máy ủi, máy cạp, máy san, … là những sự lựa chọn thích hợp. Tuy nhiên, những máy này thường hạn chế bởi năng lực đào, nên nếu việc làm san có tích hợp với việc đào đất hố móng với chiều sâu ( hay độ cao ) đào lớn thì cần phải tích hợp những máy này với máy đào chuyên được dùng, như máy đào gầu nghịch hay máy đào gầu thuận. Khi đó nhóm những máy san hầu hết làm quy trình san và luân chuyển đất từ vùng đào sang vùng đắp, còn những máy đào tập trung chuyên sâu đào những hố đào sâu đổ đất lên bờ cho những máy san luân chuyển .
Phần mềm phong cách thiết kế san[sửa|sửa mã nguồn]
Các ứng dụng phong cách thiết kế san đất gồm :
