土石方測量方案(DOC)

可編輯版/土石方測量方案公司二Ｏ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。如何利用測量單位現(xiàn)場測出的地形數(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)心的問題。一、高程點(diǎn)測量及地形圖修測外業(yè)測量對土石方計(jì)算和準(zhǔn)確性至關(guān)重要,所以在計(jì)算前應(yīng)對現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地測量,測量數(shù)據(jù)必須要格把關(guān),務(wù)必達(dá)到規(guī)范要求。其過程按1：500地形測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、《工程測量規(guī)范》〔GB5002—93〔簡稱"規(guī)范"2、《1:5001:10001:2000地形圖圖式》〔GB/T7929—19953、《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》〔CJJ73－97〔二導(dǎo)線點(diǎn)控制測量1、根據(jù)工程已有控制點(diǎn)情況良好情況下做導(dǎo)線控制測量。2、加密控制在首級控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上按Ⅰ、Ⅱ級導(dǎo)線、圖根點(diǎn)分級進(jìn)行,標(biāo)志采用簡易標(biāo)志,Ⅰ級導(dǎo)線點(diǎn)按Ⅰ01、Ⅰ02……進(jìn)行編號,Ⅱ級導(dǎo)線點(diǎn)按Ⅱ01、Ⅱ02……流水編號,圖根點(diǎn)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?cái)?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)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(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(diǎn)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?cái)?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(jì)算采用《平差易》專門軟件進(jìn)行〔南方測繪儀器公司,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記錄計(jì)算,不保留中間觀測成果?！踩鼼PS控制網(wǎng)觀測技術(shù)要求對工程區(qū)域控制點(diǎn)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規(guī)范有關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢測。2、儀器檢驗(yàn)四臺套TrimbleGPS－5700雙頻接收機(jī)同國家光電測距儀檢測中心檢測,檢測項(xiàng)目有：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)〔四臺套；〔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(dú)立閉合環(huán)邊數(shù)小于5條,同步觀測時(shí)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(bào)表,選擇最佳觀測時(shí)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叱厅c(diǎn)地形及圖修測1、采用全站儀全野外數(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×50cm3、高程點(diǎn)的密度以滿足土方計(jì)算、地物、地貌的測繪為原則,通視良好且地形簡單平坦區(qū)可適當(dāng)放稀,對居民點(diǎn)等房屋密集區(qū)保證有足夠的點(diǎn)位。4、高程點(diǎn)及地形圖修測基本精度及要求1、基本等高距選用0.2、圖根點(diǎn)對于起算點(diǎn)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(diǎn)的點(diǎn)位中誤差按"規(guī)范"4.1.54、高程注記點(diǎn)圖上應(yīng)分布均勻,每平方分米不少于8~12點(diǎn)。圖根、碎部點(diǎn)高程均取至厘米注記。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)測注高程。5、測繪內(nèi)容及表示方法〔1各類控制點(diǎn)一律按"圖示"符號表示。〔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)確測繪。房屋輪廓一律以墻腳外沿測繪,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)?！?獨(dú)立地物具有方位作用,一律要測繪。尤應(yīng)注意一、二類方位物的施測精度,并測注高程。墳地應(yīng)測繪?！?道路測繪普通公路及鋪裝水泥路面公路,要測繪鋪面寬,并注記鋪面材料。路邊排水溝應(yīng)表示?！?永久性的電力線、通訊線、路燈及電桿位置應(yīng)實(shí)測。永久性的柵欄、欄桿、籬笆均應(yīng)測繪。地下管線只測繪裸露部分,檢修井實(shí)測。〔6河流、塘、堰應(yīng)測繪河岸線、水涯線。水涯線按測圖時(shí)之水位測定,但應(yīng)注意上下游及圖幅間的合理、協(xié)調(diào)?！?地貌用地貌符號、高程注記及等高線表示。本區(qū)測繪等高線區(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)存儲量。在狹長地帶,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,數(shù)據(jù)儲存量的問題?？傊?在對土方量進(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、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(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?！捕礁窬W(wǎng)法計(jì)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(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,對已知離散點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二項(xiàng)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(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)的各高程觀測值推估方格中心O的高程值。繪制方格時(shí)要根據(jù)場地范圍繪制。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,首先對格網(wǎng)中心點(diǎn)P進(jìn)行判斷,可以采用垂線法,即過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)δ<0時(shí),若y>,則射線與該邊有交點(diǎn),否則無交點(diǎn),若y=,則知P在多邊形上。<2>當(dāng)δ=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),說明P在多邊形上。若x=,方法同上。<3>當(dāng)δ>0時(shí),不予考慮。對多邊形各邊進(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。通過對圖中、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)的中心點(diǎn)的高程值與格網(wǎng)面積進(jìn)行計(jì)算。即=〔3ij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?！踩鼶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(shí)測地形碎部點(diǎn)、特征點(diǎn)進(jìn)行三角構(gòu)網(wǎng),對計(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(shí)就大大提高了計(jì)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)行包括地形特征點(diǎn)在內(nèi)的散點(diǎn)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(diǎn)插入法,遞歸分割法等,以及它們的改進(jìn)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(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,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)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)。

⑴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TIN中的任何一個(gè)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(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?？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。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(shí)際地形,因此需要對地性線進(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。

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(shí)需要斷開,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)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"。

⑶陡坎的地形特點(diǎn)及處理方法遭遇陡坎時(shí),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(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。對陡坎的處理如圖所示：圖5對陡坎的處理如圖5〔a所示,點(diǎn)1~4為實(shí)際測量的陡坎上的點(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5~8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。三棱柱體上表面用斜平面擬合,下表面均為水平面或參考面,計(jì)算公式為：〔4如圖6所示,為三角形角點(diǎn)填挖高差；為三棱柱底面積。圖6土方量計(jì)算DTM法的精度較高,因?yàn)槿蔷W(wǎng)能很好地適應(yīng)復(fù)雜、不規(guī)則地形,從而更好地表達(dá)真實(shí)的地面特征。但是要注意的是DTM方法計(jì)算土方量精度高,但其計(jì)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(shí)就應(yīng)慎重考慮是否采用該方法。4、平均高程法平均高程法測量時(shí)隔20m測1個(gè)碎步點(diǎn),把所有的碎步點(diǎn)高程相加取平均,作為該測區(qū)平均高程。該方法通常被施工單位采用,但該方法誤差較大。三、測繪主要技術(shù)人員及儀器設(shè)備〔一主要技術(shù)人員〔二主要儀器設(shè)備T