土石方测量方案(修改)

土石方测量方案土石方测量方案 添宝建设有限公司添宝建设有限公司 二 一七年一月二 一七年一月 2 一 概述一 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 一 作业技术依据 1 工程测量规范 GB5002 93 简称 规范 2 1 500 1 1000 1 2000 地形图图式 GB T7929 1995 3 全球定位系统城市测量技术规程 CJJ73 97 二 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 级导线 图根点分级进 行 标志采用简易标志 级导线点按 01 02 进行编号 级导线点按 01 02 流水编号 图根点按 T1 T2 流水编号 3 导线测量主要技术要求 测 回 数 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 DJ1DJ2DJ3 方位角 闭合差 相 对 闭合差 3 一级40 5515 1 30000 24 10n 1 15000 二级2 40 25815 1 14000 13 16n 1 10000 三级1 20 11215 1 7000 12 24n 1 5000 4 控制测量的观测均采用日本拓普康全站仪进行 已鉴定为 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 DJ2 121812 一级导线 及以下 DJ6 18 24 5 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 高差较差 附合或环形闭合差 SET 2110 2 对向 10 1060 mm D 30 mm D 6 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 控制网观测技术要求 对工程区域控制点情况较差的采用 GPS 控制网观测 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 1ppm 所有仪器在观测前均按规范有关规定进行检测 4 2 仪器检验 一台套 Trimble GPS 5700 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 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 2 米布置 通视良好且地形简单平坦区可适当放稀为 3 米 3 米 4 高程点及地形图修测基本精度及要求 5 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 5cm 3 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 8 12 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 采用方法为 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 据存储量 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 6 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 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 A3 Ai 等 断面法的表达式为 1 7 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 对待估点的属性值 如高程等 进 行推估 2 待估点高程值的计算 8 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 O 的高程值 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 2 其中 为参加估值计算的各离散点高程观测值 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 9 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 点作平行于 y 轴向下的射线 设多边形任意一边的端点为 令 1 当 则射线与该边有交点 否则无交点 若 y 则知 P 在多边形上 2 当 0 时 若 x 则当 y 时 二者有交点 当 y0 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 10 通过对图中 点的判断可以知道 位于多边形内 位于多边形外 那么 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 即 3 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 法 不规则三角网法 不规则三角网 TIN 是数字地面模型 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 11 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 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 可使得建模流程思路清晰 易于实现 地性线的特点及处理方法 12 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 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 13 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 14 图 5 对陡坎的处理 如图 5 a 所示 点 1 4 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 5 8 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 4 如图 6 所示 为三角形角点填挖高差 为三棱柱底面 积 15 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三 测绘