土方量計(jì)算方法系列

1、土方量計(jì)算方法由 admin 發(fā)表于 2009-8-24 14:27:19 | 分類(lèi)：土方技術(shù)文檔土方量計(jì)算方法來(lái)源：資源網(wǎng)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。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。1、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，

2、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(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(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。2、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

3、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?，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。 2.1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。2.2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)

4、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(cè)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。2.3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。如圖3所示，首先對(duì)格網(wǎng)中心點(diǎn)P進(jìn)行判斷，可以采用垂線法，即過(guò)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)<0時(shí)，若y>，則射線與該邊有交點(diǎn),否則無(wú)交點(diǎn),若y=，則知P在多邊形上。(2)當(dāng)=0時(shí)，若x=，則當(dāng)y>時(shí)，二者有交點(diǎn)(

5、60;)，當(dāng)y<時(shí)，不予考慮。當(dāng)y=時(shí)，說(shuō)明P在多邊形上。若x=，方法同上。(3)當(dāng)>0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)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(guò)對(duì)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=   （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。表1  楊赤中法與其它方法內(nèi)插精度比較3、DTM法（不規(guī)

6、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(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?；诓灰?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;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。3.1三角網(wǎng)的

7、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)。3.2 三角網(wǎng)的調(diào)整

8、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(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)有錯(cuò)。當(dāng)?shù)匦跃€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(guò)程中對(duì)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

9、立的TIN偏離了實(shí)際地形，因此需要對(duì)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。 地物對(duì)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(kāi)，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(lèi)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(cè)試后，去掉了所有位于地物內(nèi)部之三角形，從而在特征線內(nèi)形成“空白地”。 陡坎的地形特點(diǎn)及處理方

10、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，并分別擴(kuò)充連接三角形，即得到調(diào)整后的圖5（b）。3.3 三角網(wǎng)法計(jì)算

11、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)算表2 兩種方法的具體實(shí)例比較表一是對(duì)山區(qū)的實(shí)例比較分析，可以看出，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(guò)程中數(shù)據(jù)量大,占用大量存儲(chǔ)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(cè)量時(shí)隔

12、0;20 m測(cè)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(cè)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。5、幾種方法的實(shí)例比較表3 平原地區(qū)幾種方法填挖方量（m3）6、總結(jié)通過(guò)對(duì)以上幾種土方量計(jì)算方法的介紹，我們可以看到一下幾點(diǎn)： 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DTM法龐大的數(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T

13、IN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(chǔ)存量的問(wèn)題?？傊趯?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。土方平整工程量計(jì)算實(shí)例(一)由 admin 發(fā)表于 2009-9-3 15:01:18 | 分類(lèi)：土方技術(shù)文檔1土地平整工程項(xiàng)目區(qū)耕地面積為314公頃，按照自然坡降進(jìn)行機(jī)械平整，因?yàn)轫?xiàng)目區(qū)地塊面積較大，適合機(jī)械化作業(yè)，所以土地平整工程量計(jì)算采用方格網(wǎng)計(jì)算法。其測(cè)量和計(jì)算過(guò)程如下圖5-1：計(jì)算公式：V=AhV某方格挖（填）方量，立方米A挖（填）方的底面積，平方米H該方格的挖（填）平均高度，米將挖方量和填方量分別

14、匯總，即分別計(jì)算總挖方量和總填方量。因?yàn)檎麄€(gè)過(guò)程相當(dāng)繁瑣，所以我們對(duì)修正后的各方格挖（填）高度進(jìn)行了分類(lèi)整理，將挖（填）高度基本相同的方格面積歸納在一起。規(guī)劃選擇典型條田，寬311米，長(zhǎng)1037米，面積約為32.58公頃，該土地為耕地，南端最高點(diǎn)海拔為888.45米，北部耕地高程889.20米，高差共0.11米。按千分之二坡降設(shè)計(jì)南端高程888.56米，北端高程889.09米。按100×100米方格網(wǎng)控制推算起點(diǎn)高程889.20米處，挖方高度0.11米。平均挖方高度0.11米。南部為挖方區(qū)，北部為填方區(qū)。詳見(jiàn)表5-2，典型田塊土方量估算縱剖面示意圖，表5-3典型田塊平面示意圖。項(xiàng)目區(qū)

15、原有耕地平整土方量按實(shí)地目估計(jì)算為4491.78立方米/公頃，耕地面積為32.85公頃，土方量為14.76萬(wàn)立方米。預(yù)計(jì)工程性平地總土方量約183.05萬(wàn)立方米。土方平整工程量計(jì)算實(shí)例(二)由 admin 發(fā)表于 2009-9-3 14:54:01 | 分類(lèi)：土方技術(shù)文檔2  土地平整規(guī)劃土地平整是土地開(kāi)發(fā)整理中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，土地平整的精度不但影響到整理后的土地質(zhì)量，而且關(guān)系到投資大小與效益問(wèn)題。土地平整的中心任務(wù)是通過(guò)平整，使土地更適宜種植。在進(jìn)行土地平整工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足灌溉要求的基礎(chǔ)上，合理調(diào)配土方，盡量做到挖填平衡；同時(shí)，要與水土保持、土壤改良相結(jié)合。土地平整應(yīng)盡量依據(jù)自

16、然地形、地勢(shì)，合理設(shè)計(jì)高程，使挖填土方量最小，同時(shí)滿足機(jī)械作業(yè)、灌溉、農(nóng)作物耕種的要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查看，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)土壤鹽堿化較為嚴(yán)重，地勢(shì)較平坦，宜結(jié)合水利、農(nóng)業(yè)措施等，對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行土地平整。依據(jù)自然地形、地勢(shì)，合理設(shè)計(jì)高程，使挖填土方量最小，同時(shí)滿足機(jī)械作業(yè)、灌溉、農(nóng)作物耕種的要求，土地平整內(nèi)容主要對(duì)荒草地、田坎、零星水利設(shè)施用地、雜亂的交通用地進(jìn)行平整。根據(jù)以上要求，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)灌排現(xiàn)狀，對(duì)項(xiàng)目區(qū)土地進(jìn)行平整。項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)有耕地面積314公頃，田間土地平整度較好，但土壤鹽漬化較為嚴(yán)重。項(xiàng)目區(qū)地塊面積較大，適合機(jī)械化作業(yè)，可按自然坡降進(jìn)行機(jī)械平整。本次規(guī)劃的土地平整范圍為全項(xiàng)目區(qū)426.64公頃。

17、土地平整工程量計(jì)算采用方格網(wǎng)計(jì)算法。其測(cè)量和計(jì)算過(guò)程如下圖所示：計(jì)算公式：V=AhV某方格挖（填）方量，m3A挖（填）方的底面積，m2H該方格的挖（填）平均高度，m將挖方量和填方量分別匯總，即分別計(jì)算總挖方量和總填方量。因項(xiàng)目區(qū)面積較大，進(jìn)行土方量計(jì)算時(shí)，選擇典型條田進(jìn)行估算。典型田塊寬160米，長(zhǎng)780米，面積約為12.48公頃，南端最高點(diǎn)海拔為888.45米，北部耕地高程889.20米，高差共0.11米。按千分之二坡降設(shè)計(jì)南端高程888.56米，北端高程889.09米。按100×100米方格網(wǎng)控制推算起點(diǎn)高程889.20米處，挖方高度0.11米。平均挖方高度0.11米。南部為挖方

18、區(qū)，北部為填方區(qū)。典型田塊土方量估算簡(jiǎn)圖見(jiàn)典型田塊土方量估算示意圖，計(jì)算表見(jiàn)表4-1。 根據(jù)典型田塊估算項(xiàng)目區(qū)土地平整土方量共183.05萬(wàn)m3?；牟莸鼐植坑猩桨屯莸?，需鏟運(yùn)機(jī)配合推土機(jī)聯(lián)合作業(yè)，田坎、渠溝需用推土機(jī)就地推平。土方平整工程量計(jì)算實(shí)例(三)由 admin 發(fā)表于 2009-9-3 14:38:35 | 分類(lèi)：土方技術(shù)文檔3  土地平整規(guī)劃土地平整是土地開(kāi)發(fā)整理中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，土地平整的精度不但影響到整理后的土地質(zhì)量，而且關(guān)系到投資大小與效益問(wèn)題。土地平整的中心任務(wù)是通過(guò)平整，使土地更適宜種植。在進(jìn)行土地平整工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足灌溉要求的基礎(chǔ)上，合理調(diào)配土方，盡量做到挖填平衡，同時(shí)，要與水土保持、土壤改良相結(jié)合。項(xiàng)目區(qū)土地平整內(nèi)容主要對(duì)荒地和田坎進(jìn)行平整。土地平整應(yīng)盡量依據(jù)