土石方測(cè)量方案()

1、土石方測(cè)量方案公司二O一三年八月、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(chēng)“規(guī)范”)2、1:500 1:1000 1:2000地形圖圖式(GB/T7929-1995)3、全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程(CJJ73 97)(二)導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)控制測(cè)量。2、加密控制在首級(jí)控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上按I、II級(jí)導(dǎo)線(xiàn)、圖根點(diǎn)分級(jí)進(jìn)行，標(biāo)志采用簡(jiǎn)易標(biāo)志，I級(jí)導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)按I 。1、102進(jìn)行編號(hào)，II級(jí) 導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)按H 01、II 02流水編號(hào)，圖根點(diǎn)按 、T2流水編號(hào)。3、導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量主要技術(shù)要求等級(jí)導(dǎo)線(xiàn) 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)回婁攵方位角 閉合差 ()相 對(duì) 閉合差DJ1DJ2DJ3一

3、級(jí)40.5515工 1/300002410/n0 1/15000二級(jí)2.40.258150 1/140001316，n0 1/10000三級(jí)1.20.112150 1/70001224赤工 1/50004、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I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1可值 各測(cè)回較差 ()一級(jí)導(dǎo)線(xiàn)DJ2一121812及以下DJ6一18一245、I、II級(jí)導(dǎo)線(xiàn)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

4、觀測(cè) 高差較差附合或環(huán)形閉合差SET21102(對(duì)向)0 100 1060 %* D (mm)3。， D (mm)6、I、II級(jí)導(dǎo)線(xiàn)的平差計(jì)算采用平差易專(zhuān)門(mén)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空制網(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空制網(wǎng)觀測(cè)。1、儀器選型GPS測(cè)采用美國(guó)Trimble公司的Trimble GPS 5700雙頻接收機(jī)，標(biāo)稱(chēng)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 GPS 5700雙頻接收機(jī)同國(guó)家光電測(cè)距儀檢測(cè)中心檢測(cè)，

5、檢測(cè)項(xiàng)目有：靜態(tài)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(xiàn)相位中心與幾何中心一致性等。檢定結(jié)果四臺(tái)套GP酸頻接收機(jī)均合格，可以應(yīng)用于生產(chǎn)。3、GPS1測(cè)技術(shù)要求（ 1）觀測(cè)采用美國(guó)Trimble 公司的 Trimble GPS 5700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(xiàn)高量測(cè)誤差小于2mm；（3）作業(yè)前應(yīng)編制GPSE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

6、用全站儀全野外數(shù)字采樣、用計(jì)算機(jī)配合專(zhuān)門(mén)軟件成圖。2、成圖圖幅一般為50cmx50cm,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(mǎn)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)高程均取至厘米注記。鐵

7、路、公路中心線(xiàn)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(lèi)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(lèi)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： 以鋼筋混凝土

8、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(lèi)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(lèi) 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(xiàn)、通訊線(xiàn)、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(xiàn)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(xiàn)、水涯線(xiàn)。水涯線(xiàn)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)地貌用地貌符號(hào)、高程注記及等高線(xiàn)表

9、示。本區(qū)測(cè)繪等高 線(xiàn)區(qū)域不多，故應(yīng)注意加注等高線(xiàn)注記(示坡線(xiàn)、等高線(xiàn)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(xiàn)法、斷面法、DTMfe、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 DTMfe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，如果地圖本身數(shù)據(jù)量大

10、，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量 的問(wèn)題。總之，在對(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v=S為=寸用+ w產(chǎn)力I j-2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(zhǎng)；Vi為填（或挖）方體積。土石方量精度與間距L的長(zhǎng)度有關(guān)，L越小，精度就越高。 但是這種方法計(jì)算量

11、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。 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，建立隨即特征

12、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)高程為苒=31 其中，/，/出工為參加估值計(jì)算的各離散點(diǎn)高程觀 測(cè)值，日為各點(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。d3(X5M)(_x3 /(V !2K 士一、(r,2

13、卮）（罰以)1(X,心）y，7 A 41F(工7-瀉）1r圖3 d2與多邊形位置E內(nèi)判斷P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(xiàn)法,即過(guò)P（加為）點(diǎn)作平行于y軸向下的射線(xiàn)K二詢(xún) V G-/-看）（1）當(dāng)5 點(diǎn)，若丫=無(wú)，則知P在多邊形上。無(wú)，則射線(xiàn)與該邊有交點(diǎn)，否則無(wú)交（2）當(dāng)S =0時(shí)，若x=，則當(dāng)y君時(shí)，二者有交點(diǎn)（小片）， 當(dāng)y0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) mi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)圖中片、旦點(diǎn)的判斷可以知道，片位于多邊形內(nèi)， 丹位于多邊形外。那么，片所在的格網(wǎng)的面積要進(jìn)行計(jì)算，而 凡所在 的格網(wǎng)的面積則

14、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)的中心點(diǎn) 的高程值與格網(wǎng)面積進(jìn)行計(jì)算。即=%尸）（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）DThfe （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DT球現(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。基于不規(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(xiàn)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

15、；能夠插入地性線(xiàn)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(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

16、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(xiàn)的特點(diǎn)及處理方法所謂地性線(xiàn)就是指能充分表達(dá)地形形狀的特征線(xiàn)地性線(xiàn) 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)W錯(cuò)。當(dāng)?shù)匦跃€(xiàn)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(xiàn)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

17、調(diào)整?？傊?jiǎng)?wù)必保證TIN所表達(dá)的數(shù)字地 面模型與實(shí)際地形相符。(a)調(diào)整前(b)調(diào)整后圖4在TIN建模過(guò)程中對(duì)地性線(xiàn)的處理如圖4 (a)所示，為地性線(xiàn)，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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的類(lèi)似方法調(diào)整網(wǎng)形；然 后，用“垂線(xiàn)法”判別閉合特征線(xiàn)影響區(qū)域內(nèi)的三角形重心是否落

18、在 多邊形內(nèi)，若是，則消去該三角形(在程序中標(biāo)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(xiàn)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(xiàn)， 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