1、土石方测量方案设计土石方测量方案添宝建设有限公司二o-年一月概述土方量的计算是工程施工的一个重要步骤。工程施工前的设计阶 段必须对土石方量进行预算，它直接关系到工程的费用概算及方案选 优。在现实中的一些工程项目中，因土方量计算的精确性而产生的纠 纷也是经常遇到的。一、高程点测量及地形图修测外业测量对土石方计算和准确性至关重要，所以在计算前应对现 场进行实地测量，测量数据必须要格把关，务必达到规范要求。其过 程按1： 500地形测量要求控制并增加高程点采集。(1)作业技术依据1、 工程测量规范(GB500 93)(简称“规范”)2、 1:500 1:1000 1:2000 地形图图式(GB/T7
2、929-1995)3、 全球定位系统城市测量技术规程(CJJ73 97)(2)导线点控制测量1、 根据工程已有控制点情况良好情况下做导线控制测量。2、 加密控制在首级控制点的基础上按I、H级导线、图根点分级进行，标志采用简易标志，1级导线点按I 01、1 02进行编号，H级导线点按H 01、 02流水编号，图根点按、T2流水编号3、导线测量主要技术要求等级导线 长度(km)平均 边长(km)测角中误差()测距中误差(mm)测距相对 中误差测回数方位角 闭合差()相对 闭合差DJ1DJ2DJ3一级40.5515 1/300002410 J n 1/15000二级2.40.25815 1/1400
3、01316/nw 1/10000三级1.20.11215 1/70001224jnW 1/50004、控制测量的观测均采用日本拓普康全站仪进行（已鉴定为I级全 站仪）。水平方向观测的技术要求为：等级仪器型号光学测微器两次重合 读数之差（）半测回归零差（）一测回中2倍 照准差变动（）同一方向值 各测回较差（）一级导线 及以下DJ2一121812DJ6一18一245、I、H级导线点高程控制测量采用全站仪测距三角高程测量，精度按5等要求，其技术指标为仪器垂直角 测回数指标差较差垂直角较差对向观测 咼差较差附合或环形闭合差SET21102（对向）w 10w 1060 J D (mm)30(E D (m
4、m)6、I、H级导线的平差计算采用平差易专门软件进行（南方测 绘仪器公司），平差结果以平差报告输出。图根点成果利用全站仪自 动记录计算，不保留中间观测成果。（三）GPS空制网观测技术要求对工程区域控制点情况较差的采用 GPS空制网观测。1、 仪器选型GPS观测采用美国Trimble公司的Trimble GPS 5700双频接收 机，标称精度为5mm+1pp。所有仪器在观测前均按规范有关规定进行检测。2、 仪器检验一台套 Trimble GPS5700 双频接收机同国家光电测距仪检测中 心检测，检测项目有：静态测量精度、静态测量重复精度、接收机内 部噪声水平、天线相位中心与几何中心一致性等。检定
5、结果四台套 GPS双频接收机均合格，可以应用于生产。3、GPS观测技术要求(1)观测采用美国Trimble公司的Trimble GPS 5700双频接收机 (一台套)；( 2)卫星高度角大于 15，有效观测卫星数大于 4 颗，平均重复设 站数大于 2，独立闭合环边数小于 5 条，同步观测时段长度为 90 分 钟，数据采样间隔为15秒，仪器对中误差不大于1mm天线高量测 误差小于 2mm；(3)作业前应编制GPS卫星可见性预报表，选择最佳观测时段。根 据接收机台数，网形等编制作业调度表。(三)高程点地形及图修测1、 采用全站仪全野外数字采样、用计算机配合专门软件成图。2、 成图图幅一般为50cm
6、X 50cm,图名及分幅规格依照图式及规范分 幅。3、 高程点的密度以满足土方计算、地物、地貌的测绘为原则，本工程按2米X2米布置，通视良好且地形简单平坦区可适当放稀为 3米 X 3米。4、 高程点及地形图修测基本精度及要求1 、基本等高距选用 0.5 米；2、 图根点对于起算点的平面位置中误差不超过图上 0.1mm高 程中误差不超过5cm3、 图上地物点的点位中误差按“规范” 4.1.5条执行。高程点 对相邻图根点中的误差按“规范” 4.1.6条执行。4、 高程注记点图上应分布均匀，每平方分米不少于 812点。图 根、碎部点高程均取至厘米注记。铁路、公路中心线交错排列注记。 沟渠底高程图上注
7、记间隔 10cm并测注沟宽。注记以分式标注，分 母为沟底高程，分子为沟宽（注至分米）。并指明测定位置。取水头部、取水管、泵房，道路、边坡等等都应测注高程。二、土石方计算高程点及数字化地形图完成后方进行内业计算， 根据本工程实际 情况，米用方法为：方格网法、断面法、区域土方量平衡法和平均高 程法等。在较为平坦的平原区和地形起伏不大的场地，宜采用方格网法。这种方法计算的数据量小，计算速度快，省却了 DTM法庞大的数据存在狭长地带，比如公路、水渠等则适宜使用断面法进行计算土方 量。在地形起伏较大、精度要求高的一些山区则需要用到 TIN的计算 方法。但是也要考虑到，如果地图本身数据量大，数据储存量的问
8、题。总之，在对土方量进行计算时，要考虑到地形特征、精度要求以及施工成本等方面的情况，选择合适的计算方法，达到最优的目的（一）断面法当地形复杂起伏变化较大，或地狭长、挖填深度较大且不规则的 地段，宜选择横断面法进行土方量计算。图1断面法计算土方量上图为一渠道的测量图形，利用横断面法进行计算土方量时，可根据渠LL,按一定的长度L设横断面A1、A2、A3Ai等。断面法的表达式为(1)在（1）式中，Ai-1 , Ai分别为第i单元渠段起终断面的填（或挖） 方面积；Li为渠段长；Vi为填（或挖）方体积。土石方量精度与间距L的长度有关，L越小，精度就越高。但是 这种方法计算量大，尤其是在范围较大、精度要求
9、高的情况下更为明 显；若是为了减少计算量而加大断面间隔，就会降低计算结果的精度; 所以断面法存在着计算精度和计算速度的矛盾。（二）方格网法计算对于大面积的土石方估算以及一些地形起伏较小、 坡度变化平缓的场地适宜用格网法。这种方法是将场地划分成若干个正方形格网， 然后计算每个四棱柱的体积，从而将所有四棱柱的体积汇总得到总的 土方量。在传统的方格网计算中，土方量的计算精度不高。现在我们 引入一种新的高程内插的方法，即杨赤中滤波推估法。1、杨赤中推估法杨赤中滤波与推估法就是在复合变量理论的基础上，对已知离散点数据进行二项式加权游动平均，然后在滤波的基础上，建立随即特征函数和估值协方差函数，对待估点的
10、属性值（如高程等）进行推估。2、待估点高程值的计算首先绘方格网，然后根据一定范围内的各高程观测值推估方格 中心0的高程值F。绘制方格时要根据场地范围绘制。由离散高程点计算待估点高程为 HI （ 2）其中，耳局禺为参加估值计算的各离散点高程观测值, 丄为各点估值系数。而后进一步求得最优估值系数，进而得到最优 的高程估值。3、挖（填）土石方量区域面积的计算如果，土石方量计算的面积为不规则边界的多边形。那么在面积 进行计算时，先对判断方格网中心点是否在多边形内，如果在，那么 就要计算该格网的面积，否则可以将该格网面积略去。11|(x帆）t X3)1X(X卜）Vr-1T(1F图3 X去与多边形位剧胖J
11、断如图3所示，首先对格网中心点P进行判断，可以采用垂线法, 即过P （匚I）点作平行于y轴向下的射线设多边形任意一边的端点为一一二，令(1)当3 0时，不予考虑。对多边形各边进行上述判断，并统计其交点个数 m当m 为奇数时，则P在多边形内部，否则P不在多边形内部。通过对图中弓、凡点的判断可以知道，弓位于多边形内，位于多边形外。那么，I所在的格网的面积要进行计算，而 所在的格网的面积则可以略去。然后利用杨赤中滤波推估法求得的每个方格网的中心点的高程值与格网面积进行计算。ij表示第i行j列的小方格网，a, b为格网的边长，最后汇总土方量。（三）DTM& （不规则三角网法）不规则三角网（TIN）是数
12、字地面模型DTM表现形式之一，该法利 用实测地形碎部点、特征点进行三角构网，对计算区域按三棱柱法计 算土方。基于不规则三角形建模是直接利用野外实测的地形特征点 （离散点）构造出邻接的三角形，组成不规则三角网结构。相对于规则格网， 不规则三角网具有以下优点： 三角网中的点和线的分布密度和结构完全可以与地表的特征相协调，直接利用原始资料作为网格结点 ；不改变原始数据和精度；能够插入地性线以保存原有关键的地形特征， 以及能很好地适应复杂、不规则地形，从而将地表的特征表现得淋漓 尽致等。因此在利用T1N算出的土方量时就大大提高了计算的精度。1、三角网的构建对于不规则三角网的构建在这里采用两级建网方式。
13、第一步，进行包括地形特征点在内的散点的初级构网。一般来说，传统的TIN生成算法主要有边扩展法，点插入法, 递归分割法等，以及它们的改进算法。在此仅简单介绍一下边扩展法。所谓边扩展法，就是指先从点集中选择一点作为起始三角形的一 个端点，然后找离它距离最近的点连成一个边，以该边为基础，遵循角 度最大原则或距离最小原则找到第三个点，形成初始三角形。由起始 三角形的三边依次往外扩展，并进行是否重复的检测，最后将点集内 所有的离散点构成三角网，直到所有建立的三角形的边都扩展过为 止。在生成三角网后调用局部优化算法，使之最优。2、三角网的调整第二步，根据地形特征信息对初级三角网进行网形调整。这样可 使得建
14、模流程思路清晰，易于实现。地性线的特点及处理方法所谓地性线就是指能充分表达地形形状的特征线地性线不应该 通过TIN中的任何一个三角形的内部，否则三角形就会“进入”或“悬 空”于地面，与实际地形不符，产生的数字地面模型（DTM有错。当地性线与一般地形点一道参加完初级构网后，再用地形特征信 息检查地性线是否成为了初级三角网的边，若是，则不再作调整；否 则，按图6作出调整。总之要务必保证TIN所表达的数字地面模型与 实际地形相符。图4在TIN建模过程中对地性线的处理如图4 (a)所示，为地性线，它直接插入了三角形内部，使得建 立的TIN偏离了实际地形，因此需要对地性线进行处理，重新调整三 角网。图4
15、(b)是处理后的图形，即以地性线为三角边，向两侧进行扩 展，使其符合实际地形。 地物对构网的影响及处理方法等高线在遭遇房屋、道路等地物时需要断开，这样在地形图生 成TIN时，除了要考虑地性线的影响之外，更应该顾及到地物的影响。 一般方法是：先按处理地形结构线的类似方法调整网形； 然后，用“垂 线法”判别闭合特征线影响区域内的三角形重心是否落在多边形内， 若是，则消去该三角形(在程序中标记该三角形记录)；否则保留该三 角形。经测试后，去掉了所有位于地物内部之三角形，从而在特征线 内形成“空白地”。陡坎的地形特点及处理方法遭遇陡坎时，地形会发生剧烈的突变。陡坎处的地形特征表现为：在水平面上同一位置
16、的点有两个高程且高差比较大； 坎上坎下两个相邻三角形共享由两相邻陡坎点连接而成的边。当构造 TIN时,只有顾及陡坎地形的影响，才能较准确的反映出实际地形。对陡坎的处理如图所示：图5对陡坎的处理如图5(a)所示，点14为实际测量的陡坎上的点，每个点其实 有两个高程值，不符合实际的地形特征。在调整时将各点沿坎下方向 平移了 1mm得到了 58各点，其高程值根据地形图量取的坎下比高 计算得到。将所有的坎上、坎下点合并连接成一闭合折线，并分别扩 充连接三角形，即得到调整后的图 5 (b)。3、三角网法计算土石方量三角网构建好之后，用生成的三角网来计算每个三棱柱的填挖方量,最后累积得到指定范围内填方和挖
17、方分界线。三棱柱体上表面用斜平面拟合，下表面均为水平面或参考面，计算公式为：如图6所示， 为三角形角点填挖咼差；为三棱柱底面积图6 土石方量计算DTM法的精度较高，因为三角网能很好地适应复杂、 不规则地形, 从而更好地表达真实的地面特征。但是要注意的是DTM方法计算土方 量精度高,但其计算过程中数据量大，占用大量存储空间。因此，如果 地图本身数据量大时就应慎重考虑是否采用该方法。三、测绘主要技术人员及仪器设备（一）主要技术人员（二）主要仪器设备Trimble GPS 5700双频接收机一台套 日本托普康一台（套） 微机（台式）一台成图软件CASS7.0、平差易四、土石方测量费用计算 根据国家计委财政部关于将部分行政事业性收费转为经营服务 性收费的通知（财综 200194 号）的精神及结合本项目的实际计算 费用包括控制点测量（一般按 3 万方以下项目 3 个控制点计）、地形 图修测、高程点采集、土石方计算。五、提交成果资料（一） I、H控制点成果表一套（二） 土石方计算成果资料一套
