浅谈土石方工程量计算方法的应用.doc

浅谈土石方工程量计算方法的应用 摘 要：介绍了常用的一些土石方工程量计算方法，并分析了各种方法的计算原理与适用性；以及所采集数据的精度和密度对计算结果精度的影响进行了分析，从而使土石方量的计算更加准确。 关键词：土石方量；计算方法；应用 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 土石方工程量计算在工程测量、工程施工中占有非常重要的部分。在实际工程施工前的设计阶段必须对土石方量进行预算，它将直接关系到工程造价的费用概算及方案选优；在工程施工中，开挖、回填的土石方量计算的精确性和最优性是一个生产企业经济效益好坏的关键所在。因土石方量计算的多与少而产生的纠纷也是经常遇到的。如何利用测量工作人员现场测定的地形数据或原有的数字地形数据快速准确的计算出土石方量就成了生产企业日益关心的问题。比较常见的几种计算土石方量的方法有：方格网法、等高线法、断面法、块面法、平均高程法、基于数字地面模型的DTM法等。 1各种方法介绍 1 .1方格网法 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方格网法。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，再将所有四棱柱的体积汇总得到总的土石方量。方格网法计算土石方量的精度取决于采集数据密度的大小，同时和方格网的大小有关，方格网越小，精度越高。在手工计算时代，一般使用的方格网大小为20 m20 m，在使用计算机软件计算时完全可以将网格大小设为10 m10 m或5 m5 m。在传统的方格网计算中，土石方量的计算精度不高。 1.2 等高线法 用此功能可以计算任两条等高线之间的土石方量，但所选等高线必须闭合。由于两条等高线所围面积可算，两条等高线之间的高差已知，便可以算出这两条等高线之间的土石方量。等高线法适用于缺少采集的数据或经扫描矢量化后得到的数据计算，一般是对精度要求不高，对工程量进行概算时使用。 1.3 断面法 在地形复杂起伏变化较大，或地势狭长、挖填深度较大且不规则的地段，宜选择横断面法进行土石方量计算。用该方法计算时，土石方量计算精度与向距L的长度有关， 越小，精度就越高。断面法计算土石方量时要注意横断面的选取和计算，对地形起伏较大的地方间距不宜太长，必要时可以用不等长间距。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。 1.4 块面法 块面法适用于地形变化不连续的地形情况，如农田(梯田)规整规划等的土石方量计算。块面法计算土石方量适宜于分块小面积的开挖土石方量的计算。 1.5 平均高程法 平均高程法测量时，每隔1520 m测1个碎步点，把所有碎步点的高程相加取平均值，作为该测区平均高程，该值与设计高程值的差作为高差，再与该区域面积的乘积即为填挖土石方量。该方法通常被施工单位采用，但该方法误差较大。 1.6 基于数字地面模型的DTM法 不规则三角网(N)是数字地面模型DTM表现形式之一。DTM法是利用测量人员实测的地形碎步点、特征点的X 、Y、Z坐标，把一个连续的地形表面转化成一系列离散点三维坐标组成的地形概括来进行三角构网，对计算区域按三棱柱法对数字地面模型计算土石方量的一种方法。基于不规则三角形建模是直接利用野外实测的地形碎步点、特征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：数字地面模型(DTM)是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。地表的任一特性如高程等均可以作为DTM的特征值，以高程为特征值的DTM也称为数字高程模型(DEM)。DTM法实际上是利用DEM计算土石方量。DEM是用数字的形式表示地表形态，包含点位的三维坐标信息。根据实测点位的地面三维坐标和设计高程，生成三角网来计算每个三棱锥的填挖方量，最后汇总，得到总填方量和总挖方量。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，直接利用原始测量资料作为网格结点，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，并能很好地适应复杂、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DTM算出的土石方量时就大大提高了计算的精度。 2 数据采集 在工程测量规范GB 500262007中，地形点的最大点位间距在一般地区l：500比例尺的地形图中为15 m，在1：1 000比例尺的地形图中为30 m。 为了提高计算土石方量的准确性，提高计算土石方量的精度，我们在验收采场土石方量时基本上按照1：500比例尺的要求进行采集碎步点，以减小土石方量计算的误差。 用数字地面模型DTM计算土石方量，野外采集数据点的密度和位置以及采集点的精度都直接影响土石方量计算的精度。无论用哪一种测量仪器进行数据采集，采样点的位置和密度必须合理，否则就会出现DTM与实地相比严重变形的现象，从而影响应用，造成设计失真或经济损失等。如果测图的目的主要是为了建立数模，进行土石方量的计算等工程应用，高程点的采集应该严格按地形测量规范中规定的密度执行，甚至更密一些，但增加测点的密度，就必须加大测量工作量，有时就会得不偿失。在必要时可参照更大一级比例尺地形图规定的密度进行采集。采样点的位置更为重要，它直接影响到数模构建的正确性，准确性。在采集数据时，应注意地貌特征点、地形变换点、坎上、坎下、坡顶、坡底等位置，这些位置应分别注记测量高程，高程点要按照测量规范均匀分布，不要过于密集或希疏，对高程点不足的地方必须根据实地地形补注高程点。 DTM法的精度在于地形特征点必须采集到，这一点我们能够做到。使用DTM法计算时最好先根据高程数据文件建立三角网，对已经生成的三角网进行必要的添加和删除，使生成的三角网结果能够更接近于实际地形，以减小误差，提高计算土石方量的精度。 3 数据对比分析 2012年某矿山露天采场土方量计算对比表 从以上分析可以看出，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，从而能更好地表达真实的地面特征。DTM法计算土石方量精度高，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。 在实际生产应用中，用不同的方法来计算同一场地的土石方量有时数量相差较大，所以用不同的方法来计算土石方量，其精度也不尽相同，适用范围也不一样。对平坦地区可以用方格网法计算；对带状地形宜使用断面法计算；对地形起伏较大的地区宜使用DTM法计算；对要求较高的工程应使用两种以上的方法计算；对土石方量数量计算相差较大的，应仔细分析原因，根据实际情况调整计算结果。 4、总结通过对以上几种土方量计算方法的介绍，我们可以看到一下几点： 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。 在地形起伏较大、