土石方測(cè)量方案(DOC)

1、土石方測(cè)量方案公司二一三年八月一、概述土方量的計(jì)算是建筑工程施工的一個(gè)重要步驟。工程施工前的設(shè)計(jì)階段必須對(duì)土石方量進(jìn)行預(yù)算， 它直接關(guān)系到工程的費(fèi)用概算及方案選優(yōu)。在現(xiàn)實(shí)中的一些工程項(xiàng)目中,因土方量計(jì)算的精確性而產(chǎn)生的糾紛也是經(jīng)常遇到的。 如何利用測(cè)量單位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)出的地形數(shù)據(jù)或原有的數(shù)字地形數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確的計(jì)算出土方量就成了人們?nèi)找骊P(guān)心的問(wèn)題. 一、高程點(diǎn)測(cè)量及地形圖修測(cè)外業(yè)測(cè)量對(duì)土石方計(jì)算和準(zhǔn)確性至關(guān)重要,所以在計(jì)算前應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)必須要格把關(guān)，務(wù)必達(dá)到規(guī)范要求.其過(guò)程按 1:500 地形測(cè)量要求控制并增加高程點(diǎn)采集。（一）作業(yè)技術(shù)依據(jù)1、 工程測(cè)量規(guī)范（gb5002-93） （

2、簡(jiǎn)稱“規(guī)范”）2、 1:500 1:1000 1：2000 地形圖圖式（gb/t79291995）3、 全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程 （cjj7397）（二）導(dǎo)線點(diǎn)控制測(cè)量1、根據(jù)工程已有控制點(diǎn)情況良好情況下做導(dǎo)線控制測(cè)量。2、加密控制在首級(jí)控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上按、級(jí)導(dǎo)線、圖根點(diǎn)分級(jí)進(jìn)行,標(biāo)志采用簡(jiǎn)易標(biāo)志 ,級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)按01、02進(jìn)行編號(hào)，級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)按01、02流水編號(hào)，圖根點(diǎn)按t1、t2流水編號(hào) . 3、導(dǎo)線測(cè)量主要技術(shù)要求等級(jí)導(dǎo)線長(zhǎng)度(km) 平均邊長(zhǎng)（km) 測(cè)角中誤差（ ) 測(cè)距中誤差(mm）測(cè)距相對(duì)中誤差測(cè) 回 數(shù)方位角閉合差（）相對(duì)閉合差dj1dj2dj3一級(jí)4 0。5 5 15 1/300

3、00 _ 2 4 10n 1/15000 二級(jí)2。4 0.25 8 15 1/14000 _ 1 3 16n 1/10000 三級(jí)1.2 0。1 12 15 1/7000 _ 1 2 24n1/5000 4、控制測(cè)量的觀測(cè)均采用日本拓普康全站儀進(jìn)行(已鑒定為級(jí)全站儀）.水平方向觀測(cè)的技術(shù)要求為：等級(jí)儀器型號(hào)光學(xué)測(cè)微器兩次重合讀數(shù)之差（ ) 半測(cè)回歸零差（ ) 一測(cè)回中 2倍照準(zhǔn)差變動(dòng)（）同一方向值各測(cè)回較差(）一級(jí)導(dǎo)線及以下dj2- 12 18 12 dj618 24 5、級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)高程控制測(cè)量采用全站儀測(cè)距三角高程測(cè)量，精度按 5 等要求，其技術(shù)指標(biāo)為儀器垂直角測(cè)回?cái)?shù)指標(biāo)差較差垂直角較差對(duì)向觀

4、測(cè)高差較差附合或環(huán)形閉合差set2110 2(對(duì)向 ) 10 10 60d（mm) 30d（mm）6、級(jí)導(dǎo)線的平差計(jì)算采用平差易專門軟件進(jìn)行（南方測(cè)繪儀器公司），平差結(jié)果以平差報(bào)告輸出 .圖根點(diǎn)成果利用全站儀自動(dòng)記錄計(jì)算，不保留中間觀測(cè)成果。（三)gps控制網(wǎng)觀測(cè)技術(shù)要求對(duì)工程區(qū)域控制點(diǎn)情況較差的采用gps控制網(wǎng)觀測(cè)。1、儀器選型gps觀測(cè)采用美國(guó) trimble 公司的 trimble gps5700 雙頻接收機(jī)，標(biāo)稱精度為 5mm+1ppm。所有儀器在觀測(cè)前均按規(guī)范有關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)。2、儀器檢驗(yàn)四臺(tái)套 trimble gps5700雙頻接收機(jī)同國(guó)家光電測(cè)距儀檢測(cè)中心檢測(cè) ,檢測(cè)項(xiàng)目有：靜態(tài)

5、測(cè)量精度、靜態(tài)測(cè)量重復(fù)精度、接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平、天線相位中心與幾何中心一致性等。檢定結(jié)果四臺(tái)套gps雙頻接收機(jī)均合格，可以應(yīng)用于生產(chǎn)。3、gps觀測(cè)技術(shù)要求（1） 觀測(cè)采用美國(guó) trimble 公司的 trimble gps5700 雙頻接收機(jī)(四臺(tái)套)；(2）衛(wèi)星高度角大于15，有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)大于4 顆，平均重復(fù)設(shè)站數(shù)大于2，獨(dú)立閉合環(huán)邊數(shù)小于5 條，同步觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度為90 分鐘，數(shù)據(jù)采樣間隔為15 秒,儀器對(duì)中誤差不大于1mm，天線高量測(cè)誤差小于 2mm；(3）作業(yè)前應(yīng)編制 gps衛(wèi)星可見(jiàn)性預(yù)報(bào)表 ,選擇最佳觀測(cè)時(shí)段 .根據(jù)接收機(jī)臺(tái)數(shù)，網(wǎng)形等編制作業(yè)調(diào)度表。(三)高程點(diǎn)地形及圖修測(cè)1、采用

6、全站儀全野外數(shù)字采樣、用計(jì)算機(jī)配合專門軟件成圖。2、成圖圖幅一般為50cm 50cm，圖名及分幅規(guī)格依照?qǐng)D式及規(guī)范分幅. 3、高程點(diǎn)的密度以滿足土方計(jì)算、地物、地貌的測(cè)繪為原則,通視良好且地形簡(jiǎn)單平坦區(qū)可適當(dāng)放稀,對(duì)居民點(diǎn)等房屋密集區(qū)保證有足夠的點(diǎn)位 . 4、高程點(diǎn)及地形圖修測(cè)基本精度及要求1、基本等高距選用0。5 米；2、圖根點(diǎn)對(duì)于起算點(diǎn)的平面位置中誤差不超過(guò)圖上0.1mm，高程中誤差不超過(guò) 5cm；3、圖上地物點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差按“規(guī)范”4.1。5 條執(zhí)行 .高程點(diǎn)對(duì)相鄰圖根點(diǎn)中的誤差按“規(guī)范4。1.6條執(zhí)行。4、高程注記點(diǎn)圖上應(yīng)分布均勻，每平方分米不少于812 點(diǎn).圖根、碎部點(diǎn)高程均取至厘米

7、注記。鐵路、公路中心線交錯(cuò)排列注記.溝渠底高程圖上注記間隔10cm,并測(cè)注溝寬。注記以分式標(biāo)注，分母為溝底高程，分子為溝寬（注至分米） 。并指明測(cè)定位置。獨(dú)立地物位置、 檢修井蓋頂、鐵路軌道、道路交叉中心及轉(zhuǎn)彎處、河流、溝渠、塘岸邊、建筑物墻基腳、橋面、較大庭院內(nèi)、土堆頂、坑穴底、坡度變化處、坎邊等都應(yīng)測(cè)注高程. 5、測(cè)繪內(nèi)容及表示方法（1）各類控制點(diǎn)一律按“圖示”符號(hào)表示。(2)居民地是地形圖的重要地物因素,各類建筑物及主要附屬設(shè)施應(yīng)按實(shí)地輪廓準(zhǔn)確測(cè)繪。房屋輪廓一律以墻腳外沿測(cè)繪，按其樓層、建筑物性質(zhì)、主要房屋和附加房屋區(qū)分表示，房屋性質(zhì)按砼、磚、木劃分。砼:一般指鋼筋混凝框架結(jié)構(gòu) ,磚:以

8、鋼筋混凝土為主要建筑材料的堅(jiān)固房屋和以磚、木為主要建筑材料的普通房屋,此類房屋一般，簡(jiǎn)單房屋屋頂為瓦者，注“木”；兩層及兩層以上的房屋要加注層數(shù). (3）獨(dú)立地物具有方位作用，一律要測(cè)繪。尤應(yīng)注意一、二類方位物的施測(cè)精度，并測(cè)注高程.墳地應(yīng)測(cè)繪 . (4）道路測(cè)繪普通公路及鋪裝水泥路面公路， 要測(cè)繪鋪面寬， 并注記鋪面材料 .路邊排水溝應(yīng)表示。(5）永久性的電力線、 通訊線、路燈及電桿位置應(yīng)實(shí)測(cè) .永久性的柵欄、欄桿、籬笆均應(yīng)測(cè)繪. 地下管線只測(cè)繪裸露部分，檢修井實(shí)測(cè)。（6)河流、塘、堰應(yīng)測(cè)繪河岸線、 水涯線 .水涯線按測(cè)圖時(shí)之水位測(cè)定，但應(yīng)注意上下游及圖幅間的合理、協(xié)調(diào). （7)地貌用地貌符

9、號(hào)、高程注記及等高線表示 .本區(qū)測(cè)繪等高線區(qū)域不多 ,故應(yīng)注意加注等高線注記(示坡線、等高線高程）以便于讀圖。土堆和坑穴應(yīng)予測(cè)繪 . 二、土石方計(jì)算高程點(diǎn)及數(shù)字化地形圖完成后方進(jìn)行內(nèi)業(yè)計(jì)算，根據(jù)工程采用不同計(jì)算方法；比較經(jīng)常的幾種計(jì)算土方量的方法有：方格網(wǎng)法、等高線法、斷面法、 dtm 法、區(qū)域土方量平衡法和平均高程法等。在較為平坦的平原區(qū)和地形起伏不大的場(chǎng)地,宜采用方格網(wǎng)法。 這種方法計(jì)算的數(shù)據(jù)量小， 計(jì)算速度快 ,省卻了 dtm 法龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。在狹長(zhǎng)地帶，比如公路、水渠等則適宜使用斷面法進(jìn)行計(jì)算土方量。在地形起伏較大、精度要求高的一些山區(qū)則需要用到tin 的計(jì)算方法。但是也要考慮到,

10、如果地圖本身數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量的問(wèn)題?？傊趯?duì)土方量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要考慮到地形特征、精度要求以及施工成本等方面的情況，選擇合適的計(jì)算方法， 達(dá)到最優(yōu)的目的（一)斷面法當(dāng)?shù)匦螐?fù)雜起伏變化較大， 或地狹長(zhǎng)、挖填深度較大且不規(guī)則的地段，宜選擇橫斷面法進(jìn)行土方量計(jì)算. 上圖為一渠道的測(cè)量圖形，利用橫斷面法進(jìn)行計(jì)算土方量時(shí)，可根據(jù)渠 ll ，按一定的長(zhǎng)度 l 設(shè)橫斷面 a1、a2、a3ai 等。斷面法的表達(dá)式為（1) 在（1）式中， ai1,ai 分別為第 i 單元渠段起終斷面的填 (或挖)方面積； li 為渠段長(zhǎng) ;vi 為填(或挖)方體積。土石方量精度與間距l(xiāng) 的長(zhǎng)度有關(guān) ,l 越小，精度就越高。

11、但是這種方法計(jì)算量大 , 尤其是在范圍較大、精度要求高的情況下更為明顯；若是為了減少計(jì)算量而加大斷面間隔,就會(huì)降低計(jì)算結(jié)果的精度; 所以斷面法存在著計(jì)算精度和計(jì)算速度的矛盾。（二)方格網(wǎng)法計(jì)算對(duì)于大面積的土石方估算以及一些地形起伏較小、坡度變化平緩的場(chǎng)地適宜用格網(wǎng)法 .這種方法是將場(chǎng)地劃分成若干個(gè)正方形格網(wǎng)，然后計(jì)算每個(gè)四棱柱的體積，從而將所有四棱柱的體積匯總得到總的土方量。在傳統(tǒng)的方格網(wǎng)計(jì)算中,土方量的計(jì)算精度不高?，F(xiàn)在我們引入一種新的高程內(nèi)插的方法,即楊赤中濾波推估法。1、楊赤中推估楊赤中濾波與推估法就是在復(fù)合變量理論的基礎(chǔ)上,對(duì)已知離散點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二項(xiàng)式加權(quán)游動(dòng)平均，然后在濾波的基礎(chǔ)上，

12、建立隨即特征函數(shù)和估值協(xié)方差函數(shù),對(duì)待估點(diǎn)的屬性值 (如高程等 )進(jìn)行推估 . 2、待估點(diǎn)高程值的計(jì)算首先繪方格網(wǎng)，然后根據(jù)一定范圍內(nèi)的各高程觀測(cè)值推估方格中心 o 的高程值.繪制方格時(shí)要根據(jù)場(chǎng)地范圍繪制。由離散高程點(diǎn)計(jì)算待估點(diǎn)高程為(2）其中，為參加估值計(jì)算的各離散點(diǎn)高程觀測(cè)值，為各點(diǎn)估值系數(shù)。而后進(jìn)一步求得最優(yōu)估值系數(shù)，進(jìn)而得到最優(yōu)的高程估值。3、挖(填）土方量區(qū)域面積的計(jì)算如果，土方量計(jì)算的面積為不規(guī)則邊界的多邊形。那么在面積進(jìn)行計(jì)算時(shí)，先對(duì)判斷方格網(wǎng)中心點(diǎn)是否在多邊形內(nèi),如果在,那么就要計(jì)算該格網(wǎng)的面積，否則可以將該格網(wǎng)面積略去。如圖 3 所示，首先對(duì)格網(wǎng)中心點(diǎn)p進(jìn)行判斷，可以采用垂線

13、法,即過(guò) p（）點(diǎn)作平行于 y 軸向下的射線設(shè)多邊形任意一邊的端點(diǎn)為，令(1）當(dāng) 0 時(shí)，若 y，則射線與該邊有交點(diǎn)，否則無(wú)交點(diǎn)，若 y=，則知 p 在多邊形上。（2）當(dāng)=0 時(shí)，若 x=，則當(dāng) y時(shí)，二者有交點(diǎn) （） ，當(dāng) y時(shí)，不予考慮 .當(dāng) y=時(shí)，說(shuō)明 p在多邊形上。若 x=，方法同上。(3）當(dāng) 0 時(shí)，不予考慮。對(duì)多邊形各邊進(jìn)行上述判斷，并統(tǒng)計(jì)其交點(diǎn)個(gè)數(shù)m,當(dāng) m 為奇數(shù)時(shí)，則 p在多邊形內(nèi)部，否則p不在多邊形內(nèi)部。通過(guò)對(duì)圖中、點(diǎn)的判斷可以知道，位于多邊形內(nèi) ,位于多邊形外。那么 ,所在的格網(wǎng)的面積要進(jìn)行計(jì)算,而所在的格網(wǎng)的面積則可以略去。然后利用楊赤中濾波推估法求得的每個(gè)方格網(wǎng)的中

14、心點(diǎn)的高程值與格網(wǎng)面積進(jìn)行計(jì)算。即= (3）ij 表示第 i 行 j 列的小方格網(wǎng)， a,b為格網(wǎng)的邊長(zhǎng)，最后匯總土方量。(三)dtm 法(不規(guī)則三角網(wǎng)法）不規(guī)則三角網(wǎng)（ tin）是數(shù)字地面模型dtm 表現(xiàn)形式之一 ,該法利用實(shí)測(cè)地形碎部點(diǎn)、特征點(diǎn)進(jìn)行三角構(gòu)網(wǎng),對(duì)計(jì)算區(qū)域按三棱柱法計(jì)算土方?；诓灰?guī)則三角形建模是直接利用野外實(shí)測(cè)的地形特征點(diǎn)（離散點(diǎn)）構(gòu)造出鄰接的三角形，組成不規(guī)則三角網(wǎng)結(jié)構(gòu).相對(duì)于規(guī)則格網(wǎng)，不規(guī)則三角網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：三角網(wǎng)中的點(diǎn)和線的分布密度和結(jié)構(gòu)完全可以與地表的特征相協(xié)調(diào)，直接利用原始資料作為網(wǎng)格結(jié)點(diǎn);不改變?cè)紨?shù)據(jù)和精度； 能夠插入地性線以保存原有關(guān)鍵的地形特征,以及能很好

15、地適應(yīng)復(fù)雜、 不規(guī)則地形， 從而將地表的特征表現(xiàn)得淋漓盡致等。因此在利用t1n 算出的土方量時(shí)就大大提高了計(jì)算的精度。 1、三角網(wǎng)的構(gòu)建對(duì)于不規(guī)則三角網(wǎng)的構(gòu)建在這里采用兩級(jí)建網(wǎng)方式。第一步,進(jìn)行包括地形特征點(diǎn)在內(nèi)的散點(diǎn)的初級(jí)構(gòu)網(wǎng). 一般來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的tin 生成算法主要有邊擴(kuò)展法，點(diǎn)插入法,遞歸分割法等，以及它們的改進(jìn)算法.在此僅簡(jiǎn)單介紹一下邊擴(kuò)展法. 所謂邊擴(kuò)展法，就是指先從點(diǎn)集中選擇一點(diǎn)作為起始三角形的一個(gè)端點(diǎn)，然后找離它距離最近的點(diǎn)連成一個(gè)邊,以該邊為基礎(chǔ) ,遵循角度最大原則或距離最小原則找到第三個(gè)點(diǎn)，形成初始三角形。 由起始三角形的三邊依次往外擴(kuò)展, 并進(jìn)行是否重復(fù)的檢測(cè)，最后將點(diǎn)集內(nèi)所

16、有的離散點(diǎn)構(gòu)成三角網(wǎng)， 直到所有建立的三角形的邊都擴(kuò)展過(guò)為止。在生成三角網(wǎng)后調(diào)用局部?jī)?yōu)化算法,使之最優(yōu)。2、三角網(wǎng)的調(diào)整第二步，根據(jù)地形特征信息對(duì)初級(jí)三角網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)形調(diào)整。這樣可使得建模流程思路清晰,易于實(shí)現(xiàn)。 地性線的特點(diǎn)及處理方法所謂地性線就是指能充分表達(dá)地形形狀的特征線地性線不應(yīng)該通過(guò) tin 中的任何一個(gè)三角形的內(nèi)部,否則三角形就會(huì)“進(jìn)入”或“懸空”于地面 ,與實(shí)際地形不符 ,產(chǎn)生的數(shù)字地面模型（ dtm) 有錯(cuò). 當(dāng)?shù)匦跃€與一般地形點(diǎn)一道參加完初級(jí)構(gòu)網(wǎng)后,再用地形特征信息檢查地性線是否成為了初級(jí)三角網(wǎng)的邊,若是，則不再作調(diào)整；否則,按圖 6 作出調(diào)整?？傊?jiǎng)?wù)必保證tin 所表達(dá)的數(shù)字

17、地面模型與實(shí)際地形相符。圖 4 在 tin 建模過(guò)程中對(duì)地性線的處理如圖 4（a）所示，為地性線，它直接插入了三角形內(nèi)部，使得建立的 tin 偏離了實(shí)際地形，因此需要對(duì)地性線進(jìn)行處理，重新調(diào)整三角網(wǎng) . 圖 4（b)是處理后的圖形 ,即以地性線為三角邊，向兩側(cè)進(jìn)行擴(kuò)展，使其符合實(shí)際地形 . 地物對(duì)構(gòu)網(wǎng)的影響及處理方法等高線在遭遇房屋、 道路等地物時(shí)需要斷開(kāi)， 這樣在地形圖生成 tin 時(shí),除了要考慮地性線的影響之外，更應(yīng)該顧及到地物的影響.一般方法是 :先按處理地形結(jié)構(gòu)線的類似方法調(diào)整網(wǎng)形；然后,用“垂線法”判別閉合特征線影響區(qū)域內(nèi)的三角形重心是否落在多邊形內(nèi),若是，則消去該三角形（在程序中標(biāo)

18、記該三角形記錄）；否則保留該三角形。經(jīng)測(cè)試后，去掉了所有位于地物內(nèi)部之三角形，從而在特征線內(nèi)形成“空白地”。 陡坎的地形特點(diǎn)及處理方法遭遇陡坎時(shí)， 地形會(huì)發(fā)生劇烈的突變。 陡坎處的地形特征表現(xiàn)為：在水平面上同一位置的點(diǎn)有兩個(gè)高程且高差比較大；坎上坎下兩個(gè)相鄰三角形共享由兩相鄰陡坎點(diǎn)連接而成的邊。當(dāng)構(gòu)造tin 時(shí),只有顧及陡坎地形的影響，才能較準(zhǔn)確的反映出實(shí)際地形. 對(duì)陡坎的處理如圖所示：圖 5 對(duì)陡坎的處理如圖 5（a)所示，點(diǎn) 14 為實(shí)際測(cè)量的陡坎上的點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)其實(shí)有兩個(gè)高程值 ,不符合實(shí)際的地形特征。在調(diào)整時(shí)將各點(diǎn)沿坎下方向平移了 1mm， 得到了 58 各點(diǎn),其高程值根據(jù)地形圖量取的坎下比高計(jì)算得到 .將所有的坎上、坎下點(diǎn)合并連接成一閉合折線，并分別擴(kuò)充連接三角形 ,即得到調(diào)整后的圖5（b）. 3、 三角網(wǎng)法計(jì)算土方量三角網(wǎng)構(gòu)建好之后， 用生成的三角網(wǎng)來(lái)計(jì)算每個(gè)三棱柱的填挖方量,最后累積得到指定范圍內(nèi)填方和挖方分界線.三棱柱