土石方測量方案

1、土石方測量方案添寶建設(shè)有限公司二o-b年一月一、概述土方量的計算是工程施工的一個重要步驟。工程施工前的設(shè)計階段必須對土石方量進行預(yù)算，它直接關(guān)系到工程的費用概算及方案選優(yōu)。在現(xiàn)實中的一些工程項目中，因土方量計算的精確性而產(chǎn)生的糾紛也是經(jīng)常遇到的。一、高程點測量及地形圖修測外業(yè)測量對土石方計算和準確性至關(guān)重要，所以在計算前應(yīng)對現(xiàn)場進行實地測% I i量，測量數(shù)據(jù)必須要格把關(guān)，務(wù)必達到規(guī)范要求。其過程按1: 500地形測量要求控一制并增加高程點采集。(一)作業(yè)技術(shù)依據(jù)1、工程測量規(guī)范(GB5002-93)(簡稱“規(guī)范”)2、«1:500 1:1000 1:2000地形圖圖式(GB/T79

2、29-1995)3、全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程(CJJ73 97)(二)導(dǎo)線點控制測量1、根據(jù)工程已有控制點情況良好情況下做導(dǎo)線控制測量。2、加密控制在首級控制點的基礎(chǔ)上按I、II級導(dǎo)線、圖根點分級進行，標志采用簡易標志，I級導(dǎo)線點按I 01、102進行編號，II級導(dǎo)線點按n 01、n 02流水編號，圖根點按T1、T2流水編號。3、導(dǎo)線測量主要技術(shù)要求精心整理5等要求,等級導(dǎo)線 長度(km)平均 邊長(km)測角中()測距 中誤 差(mm)測距相對 中誤差測回數(shù)方位角 閉合差 ()相對 閉合差DJDJDJ3一級40.55151/300002410 vn<1/15000二級2.40.25

3、8151/1400013167n<1/10000三級1.20.11215<1/70001224赤<1/50004、控制測量的觀測均采用日本拓普康全站儀進行(已鑒定為I級全站儀)。水平方向觀測的技術(shù)要求為:等級儀 器 型 號光學測微器兩次重 合讀數(shù)之差 ()半測 回歸零差()一測回中2 倍照準差變動()同一方向值 各測回較差 ()一級導(dǎo)線DJ2一121812及以下DJ6一18245、I、II級導(dǎo)線點高程控制測量采用全站儀測距三角高程測量，精度按其技術(shù)指標為儀 器垂直角 測回數(shù)指標差較差垂直角較差對向觀測 高差較差附合或劃、形閉合差SET 211 02(對向)<10<

4、1060 VD (mm)30衽D (mm)6、I、II級導(dǎo)線的平差計算采用平差易專門軟件進行(南方測繪儀器公司)，平差結(jié)果以平差報告輸出。圖根點成果利用全站儀自動記錄計算，不保留中間觀測成果。(三)GPS空制網(wǎng)觀測技術(shù)要求對工程區(qū)域控制點情況較差的采用 GPS 空制網(wǎng)觀測1、儀器選型GPS®測采用美國Trimble公司的Trimble GPS-5700雙頻接收機，標稱精度為 5mm+1ppm所有儀器在觀測前均按規(guī)范有關(guān)規(guī)定進行檢測。2、儀器檢驗一臺套Trimble GPS 5700雙頻接收機同國家光電測距儀檢測中心檢測，檢測 項目有：靜態(tài)測量精度、靜態(tài)測量重復(fù)精度、接收機內(nèi)部噪聲水平

5、、天線相位中心 與幾何中心一致性等。檢定結(jié)果四臺套 GP酸頻接收機均合格，可以應(yīng)用于生產(chǎn)。3、GPS®測技術(shù)要求(1)觀測采用美國Trimble公司的Trimble GPS 5700雙頻接收機(一臺套)；(2)衛(wèi)星高度角大于15° ,有效觀測衛(wèi)星數(shù)大于4顆，平均重復(fù)設(shè)站數(shù)大于2,獨'廠口 L -7 ；立閉合環(huán)邊數(shù)小于5條，同步觀測時段長度為90分鐘，數(shù)據(jù)采樣間隔為15秒，儀器對中誤差不大于1mm天線高量測誤差小于2mm(3)作業(yè)前應(yīng)編制GPSE星可見性預(yù)報表，選擇最佳觀測時段。根據(jù)接收機臺數(shù)，網(wǎng)形等編制作業(yè)調(diào)度表。(三)高程點地形及圖修測1、采用全站儀全野外數(shù)字采樣

6、、用計算機配合專門軟件成圖。2、成圖圖巾M一般為50cmx50cm圖名及分幅規(guī)格依照圖式及規(guī)范分幅。3、高程點的密度以滿足土方計算、地物、地貌的測繪為原則，本工程按2米X2米布置，通視良好且地形簡單平坦區(qū)可適當放稀為3米X3米。4、高程點及地形圖修測基本精度及要求1、基本等局距選用0.5米；2、圖根點對于起算點的平面位置中誤差不超過圖上0.1mm高程中誤差不超過5cm精心整理3、圖上地物點的點位中誤差按“規(guī)范” 4.1.5條執(zhí)行。高程點對相鄰圖根點中的誤差按“規(guī)范” 4.1.6條執(zhí)行。4、高程注記點圖上應(yīng)分布均勻，每平方分米不少于812點。圖根、碎部點高程均取至厘米注記。鐵路、公路中心線交錯排

7、列注記。溝渠底高程圖上注記間隔10cmi 并測注溝寬。注記以分式標注，分母為溝底高程，分子為溝寬（注至分米）。并指明測定位置。取水頭部、取水管、泵房，道路、邊坡等等都應(yīng)測注高程。二、土石方計算高程點及數(shù)字化地形圖完成后方進行內(nèi)業(yè)計算，根據(jù)本工程實際情況，采用方法為：方格網(wǎng)法、斷面法、區(qū)域土方量平衡法和平均高程法等。J/T' X '/："/|" 一，一， J .2 I 二 * 在較為平坦的平原區(qū)和地形起伏不大的場地，宜采用方格網(wǎng)法。這種方法計算的數(shù)據(jù)量小，計算速度快，省卻了 DTM1龐大的數(shù)據(jù)存儲量。在狹長地帶，比如公路、水渠等則適宜使用斷面法進行計算土方量。

8、在地形起伏較大、精度要求高的一些山區(qū)則需要用到TIN的計算方法。但是也要考慮到，如果地圖本身數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)儲存量的問題?？傊?，在對土方量進行計算時，要考慮到地形特征、精度要求以及施工成本等方面的情況，選擇合適的計算方法，達到最優(yōu)的目的（一）斷面法當?shù)匦螐?fù)雜起伏變化較大，或地狹長、挖填深度較大且不規(guī)則的地段，宜選擇 橫斷面法進行土方量計算?上圖為一渠道的測量圖形，利用橫斷面法進行計算土方量時，可根據(jù)渠LL, 按一定的長度L設(shè)橫斷面A1、A2、A3Ai等。?斷面法的表達式為在（1）式中，Ai-1 , 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；Vi為填（或挖）方體積。土石方量

9、精度與間距L的長度有關(guān)，L越小，精度就越高。但是這種方法計算量 大，尤其是在范圍較大、精度要求高的情況下更為明顯 ；若是為了減少計算量而加大 斷面間隔，就會降低計算結(jié)果的精度；所以斷面法存在著計算精度和計算速度的矛 盾。（二）方格網(wǎng)法計算對于大面積的土石方估算以及一些地形起伏較小、坡度變化平緩的場地適宜用 格網(wǎng)法。這種方法是將場地劃分成若干個正方形格網(wǎng)，然后計算每個四棱柱的體積， 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)計算中，土方量的 計算精度不高。現(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、楊赤中推估法楊赤中濾波與推估法就是在復(fù)合變量理論的基礎(chǔ)上，對已知離散

10、點數(shù)據(jù)進行二項式加權(quán)游動平均，然后在濾波的基礎(chǔ)上，建立隨即特征函數(shù)和估值協(xié)方差函數(shù)，對 待估點的屬性值（如高程等）進行推估。精心整理?2、待估點高程值的計算首先繪方格網(wǎng)，然后根據(jù)一定范圍內(nèi)的各高程觀測值推估方格中心O的高程值為。繪制方格時要根據(jù)場地范圍繪制。?由離散高程點計算待估點高程為？I ?其中，坦，為/為參加估值計算的各離散點高程觀測值，J為各點估值 系數(shù)。而后進一步求得最優(yōu)估值系數(shù)，進而得到最優(yōu)的高程估值。3、挖（填）土石方量區(qū)域面積的計算如果，土石方量計算的面積為不規(guī)則邊界的多邊形。那么在面積進行計算時，先 對判斷方格網(wǎng)中心點是否在多邊形內(nèi)，如果在，那么就要計算該格網(wǎng)的面積，否則 可

11、以將該格網(wǎng)面積略去。如圖3所示，首先對格網(wǎng)中心點p進行判斷，可以采用垂線法，即過 p（。，。） 點作平行于y軸向下的射線?設(shè)多邊形任意一邊的端點為 式空用），必德），令? （1）當S<0時，若y>無，則射線與該邊有交點，否則無交點，若y=尤，則知P 在多邊形上。? （2）當S =0時，若x" 則當y/時，二者有交點（除乂），當yJ時，不 予考慮。當y/時，說明P在多邊形上。若x=K,方法同上。精心整理? （3）當S >0時，不予考慮。?對多邊形各邊進行上述判斷，并統(tǒng)計其交點個數(shù) 當m為奇數(shù)時，則P在 多邊形內(nèi)部，否則P不在多邊形內(nèi)部。?通過對圖中片、巴點的判斷可以知

12、道，片位于多邊形內(nèi)，旦位于多邊形外。 那么，與所在的格網(wǎng)的面積要進行計算，而 入所在的格網(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方格網(wǎng)的中心點的高程值與格網(wǎng)面 積進行計算。即二?？ 當）（3） ij表示第i行j列的小方格網(wǎng)，a, b為格網(wǎng)的邊長，最后匯總土方量。（三）DTMfe （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DTMg現(xiàn)形式之一，該法利用實測地形碎部 點、特征點進行三角構(gòu)網(wǎng)，對計算區(qū)域按三棱柱法計算土方?；诓灰?guī)則三角形建模是直接利用野外實測的地形特征點（離散點）構(gòu)造出鄰接 的三角形，組成不規(guī)則三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)。相對于規(guī)則格網(wǎng)，不規(guī)則三角網(wǎng)具有以下優(yōu)點： 三角網(wǎng)

13、中的點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；不改變原始數(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算出的土方量時就大大提高了計算的精度。?1、三角網(wǎng)的構(gòu)建?對于不規(guī)則三角網(wǎng)的構(gòu)建在這里采用兩級建網(wǎng)方式。?第一步，進行包括地形特征點在內(nèi)的散點的初級構(gòu)網(wǎng)。?一般來說，傳統(tǒng)的TIN生成算法主要有邊擴展法，點插入法，遞歸分割法等，以 及它們的改進算法。在此僅簡單介紹一下邊擴展法。所謂邊擴展法，就是指先從點集中選擇一點作為起始三角形的一個端點，然后 找離它距離最近的點

14、連成一個邊，以該邊為基礎(chǔ)，遵循角度最大原則或距離最小原則 找到第三個點，形成初始三角形。由起始三角形的三邊依次往外擴展 ，并進行是否重 復(fù)的檢測，最后將點集內(nèi)所有的離散點構(gòu)成三角網(wǎng)，直到所有建立的三角形的邊都 擴展過為止。在生成三角網(wǎng)后調(diào)用局部優(yōu)化算法，使之最優(yōu)。2、三角網(wǎng)的調(diào)整第二步，根據(jù)地形特征信息對初級三角網(wǎng)進行網(wǎng)形調(diào)整。這樣可使得建模流程思路清晰，易于實現(xiàn)。地性線的特點及處理方法所謂地性線就是指能充分表達地形形狀的特征線地性線不應(yīng)該通過 TIN中的任 何一個三角形的內(nèi)部，否則三角形就會“進入”或“懸空”于地面，與實際地形不符， 產(chǎn)生的數(shù)字地面模型（DTMX錯。當?shù)匦跃€與一般地形點一道參

15、加完初級構(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。總之要 務(wù)必保證TIN所表達的數(shù)字地面模型與實際地形相符。圖4在TIN建模過程中對地性線的處理如圖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偏離了實際地形，因此需要對地性線進行處理，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)進行擴展，使其符合 實際地形。?出 地物對構(gòu)網(wǎng)的影響及處理方法?等高線在遭遇房屋、道路等地物時需要斷開，這樣在地形圖生成TIN時，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)

16、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 (在程序中標記該三角形記錄); 否則保留該三角形。經(jīng)測試后，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”。?飛3)陡坎的地形特點及處理方法?遭遇陡坎時，地形會發(fā)生劇烈的突變。陡坎處的地形特征表現(xiàn)為：在水平面上 同一位置的點有兩個高程且高差比較大；坎上坎下兩個相鄰三角形共享由兩相鄰陡 坎點連接而成的邊。當構(gòu)造 TIN時，只有顧及陡坎地形的影響，才能較準確的反映 出實際地形。?對陡坎的處理如圖所示：圖5對陡坎的處理如圖5 (a)所示，點14為實際測量的陡坎上的點

17、，每個點其實有兩個高程值， 不符合實際的地形特征。在調(diào)整時將各點沿坎下方向平移了1mm得到了 58各點,其高程值根據(jù)地形圖量取的坎下比高計算得到。將所有的坎上、坎下點合并連接成 一閉合折線，并分別擴充連接三角形，即得到調(diào)整后的圖5 (b)。3、三角網(wǎng)法計算土石方量三角網(wǎng)構(gòu)建好之后，用生成的三角網(wǎng)來計算每個三棱柱的填挖方量，最后累積得到指定范圍內(nèi)填方和挖方分界線。三棱柱體上表面用斜平面擬合，下表面均為水平 面或參考面，計算公式為：如圖6所示，均為三角形角點填挖高差；鼻為三棱柱底面積。圖6 土石方量計算DTMfc的精度較高，因為三角網(wǎng)能很好地適應(yīng)復(fù)雜、不規(guī)則地形，從而更好地表 達真實的地面特征。但是要注意的是 DT訥法計算土方量精度高，但其計算過程中數(shù) 據(jù)量大，占用大量存儲空間。因此，如果地圖本身數(shù)據(jù)量大時就應(yīng)慎重考慮