土石方測量方案

-.z.土石方測量方案添寶建立二Ｏ一七年一月一、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(jìn)展預(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)實中的一些工程工程中，因土方量計算的準(zhǔn)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(zhǔn)確性至關(guān)重要，所以在計算前應(yīng)對現(xiàn)場進(jìn)展實地測量，測量數(shù)據(jù)必須要格把關(guān)，務(wù)必到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)要求。其過程按1：500地形測量要求控制并增加高程點采集?！惨弧匙鳂I(yè)技術(shù)依據(jù)1、"工程測量標(biāo)準(zhǔn)"〔GB5002—93〕〔簡稱"標(biāo)準(zhǔn)〞〕2、"1:5001:10001:2000地形圖圖式"〔GB/T7929—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根底上按Ⅰ、Ⅱ級導(dǎo)線、圖根點分級進(jìn)展，標(biāo)志采用簡易標(biāo)志，Ⅰ級導(dǎo)線點按Ⅰ01、Ⅰ02……進(jìn)展編號，Ⅱ級導(dǎo)線點按Ⅱ01、Ⅱ02……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)要求等級導(dǎo)線長度(km)平均邊長(km)測角中誤差(″)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DJ1DJ2DJ3一級40.5515≤1/30000_2410≤1/15000二級2.40.25815≤1/14000_1316≤1/10000三級1.20.11215≤1/7000_1224≤1/50004、控制測量的觀測均采用日本拓普康全站儀進(jìn)展〔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(xué)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(zhǔn)差變動(″)同一方向值各測回較差(″)一級導(dǎo)線及以下DJ2—121812DJ6—18—245、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5等要求，其技術(shù)指標(biāo)為儀器垂直角測回數(shù)指標(biāo)差較差垂直角較差對向觀測高差較差附合或環(huán)形閉合差SET21102(對向)≤10≤1060(mm)30(mm)6、Ⅰ、Ⅱ級導(dǎo)線的平差計算采用"平差易"專門軟件進(jìn)展〔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，不保存中間觀測成果?！踩矴PS控制網(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控制網(wǎng)觀測。1、儀器選型GPS觀測采用美國Trimble公司的TrimbleGPS－5700雙頻接收機(jī)，標(biāo)稱精度為5mm+1ppm。所有儀器在觀測前均按標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定進(jìn)展檢測。2、儀器檢驗一臺套TrimbleGPS－5700雙頻接收機(jī)同國家光電測距儀檢測中心檢測，檢測工程有：靜態(tài)測量精度、靜態(tài)測量重復(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)果四臺套GPS雙頻接收機(jī)均合格，可以應(yīng)用于生產(chǎn)。3、GPS觀測技術(shù)要求〔1〕觀測采用美國Trimble公司的TrimbleGPS－5700雙頻接收機(jī)〔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GPS衛(wèi)星可見性預(yù)報表，選擇最正確觀測時段。根據(jù)接收機(jī)臺數(shù)，網(wǎng)形等編制作業(yè)調(diào)度表?！踩掣叱厅c地形及圖修測1、采用全站儀全野外數(shù)字采樣、用計算機(jī)配合專門軟件成圖。2、成圖圖幅一般為50cm×50cm3、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×2米布置，通視良好且地形簡單平坦區(qū)可適當(dāng)放稀為3米×3米。4、高程點及地形圖修測根本精度及要求1、根本等高距選用0.2、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；3、圖上地物點的點位中誤差按"標(biāo)準(zhǔn)〞4.1.54、高程注記點圖上應(yīng)分布均勻，每平方分米不少于8~12點。圖根、碎部點高程均取至厘米注記。鐵路、公路中心線交織排列注記。溝渠底高程圖上注記間隔10cm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)字化地形圖完成前方進(jìn)展內(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。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DTM法龐大的數(shù)據(jù)存儲量。在狹長地帶，比方公路、水渠等則適宜使用斷面法進(jìn)展計算土方量。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(jìn)展計算時，要考慮到地形特征、精度要求以及施工本錢等方面的情況，選擇適宜的計算方法，到達(dá)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、挖填深度較大且不規(guī)則的地段，宜選擇橫斷面法進(jìn)展土方量計算。上圖為一渠道的測量圖形，利用橫斷面法進(jìn)展計算土方量時，可根據(jù)渠LL，按一定的長度L設(shè)橫斷面A1、A2、A3……Ai等。斷面法的表達(dá)式為(1)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;假設(shè)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?！捕撤礁窬W(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假設(shè)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?，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、楊赤中推估法楊赤中濾波與推估法就是在復(fù)合變量理論的根底上，對離散點數(shù)據(jù)進(jìn)展二項式加權(quán)游動平均，然后在濾波的根底上，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(jìn)展推估。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。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〔2〕其中，為參加估值計算的各離散點高程觀測值，為各點估值系數(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。則在面積進(jìn)展計算時，先對判斷方格網(wǎng)中心點是否在多邊形內(nèi)，如果在，則就要計算該格網(wǎng)的面積，否則可以將該格網(wǎng)面積略去。如圖3所示，首先對格網(wǎng)中心點P進(jìn)展判斷，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，令(1)當(dāng)δ<0時，假設(shè)y>，則射線與該邊有交點,否則無交點,假設(shè)y=，則知P在多邊形上。(2)當(dāng)δ=0時，假設(shè)*=，則當(dāng)y>時，二者有交點()，當(dāng)y<時，不予考慮。當(dāng)y=時，說明P在多邊形上。假設(shè)*=，方法同上。(3)當(dāng)δ>0時，不予考慮。對多邊形各邊進(jìn)展上述判斷，并統(tǒng)計其交點個數(shù)m，當(dāng)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、點的判斷可以知道，位于多邊形內(nèi)，位于多邊形外。則，所在的格網(wǎng)的面積要進(jìn)展計算，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方格網(wǎng)的中心點的高程值與格網(wǎng)面積進(jìn)展計算。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，最后匯總土方量?！踩矰TM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，該法利用實測地形碎部點、特征點進(jìn)展三角構(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)構(gòu)造。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)中的點和線的分布密度和構(gòu)造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(jìn)展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(kuò)展法,點插入法,遞歸分割法等,以及它們的改良算法。在此僅簡單介紹一下邊擴(kuò)展法。所謂邊擴(kuò)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連成一個邊,以該邊為根底,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(kuò)展,并進(jìn)展是否重復(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(kuò)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(jìn)展網(wǎng)形調(diào)整。這樣可使得建模流程思路清晰，易于實現(xiàn)。⑴地性線的特點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TIN中的任何一個三角形的內(nèi)部,否則三角形就會"進(jìn)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(DTM)有錯。當(dāng)?shù)匦跃€與一般地形點一道參加完初級構(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，假設(shè)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(dá)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(jìn)展處理，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)展擴(kuò)展，使其符合實際地形。

⑵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：先按處理地形構(gòu)造線的類似方法調(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)，假設(shè)是，則消去該三角形(在程序中標(biāo)記該三角形記錄)；否則保存該三角形。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〞。

⑶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擬大；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(dāng)構(gòu)造TIN時，只有顧及陡坎地形的影響，才能較準(zhǔn)確的反映出實際地形。對陡坎的處理如下圖：圖5對陡坎的處理如圖5〔a〕所示，點1~4為實際測量的陡坎上的點，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5~8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