方格网法计算土石方量在实际工程中的应用

作者:小傅 , 分类:土方计算软件FastTFT , 浏览:709 , 评论:0

       在各种工程建设如铁路、公路、工业、民用建设等中,土石方量计算是一项经常性的、不可缺少的工作,且在整个工程量中,土方工程常占有较大比例。工程中,常需要将自然地貌改造为水平的或者一个或几个坡度的场地,以便适于布置各类建筑物和构筑物。随着城市建设的发展,几乎所有项目都需要场地平整,其中土石方量的计算在盆地,丘陵等地尤为重要。土方量的大小与工程的投资直接相关,方量计算精度的高低直接影响到建设工期、经济效益。需要合理地进行土方调配,节省施工费用,加快工程进度。因此准确快速地计算土方量具有重要意义。土方计算的目的主要是计算同一地块开挖(或填充)前后的填方量(或挖方量),实际上就是计算体积。根据不同情况,土石方计算可选用不同的方法。土方量计算方法有许多种,常用的有三角网法,方格网法、断面法等。

       1、常用土石方计算方法

       1.1 三角网法

       数字地面模型(DTM)是用一群地面点的平面坐标和高程描述地表形状的一种方式。地表任一特征内容如土壤类型、植被、高程等均可作为DTM的特征值。三角网法由DEM模型来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标(X,Y,Z)和设计高程,通过生成三角网来计算每一个三棱锥的填挖方量,最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量,并绘出填挖方分界线。实际上我们只要已知两个基本条件:开挖(或填充)前地面的起伏情况;开挖(或填充)后地面的起伏情况。土方工程量实际上是原始地表与设计地表之间的体积差。因此,只需在计算区建立两个DEM,一个为原始地表DEM,另一个为设计地表DEM,根据两个DEM的差即可求出计算区的土方量

       1.2 断面法

       断面计算法是最传统的算法。其原理是在地形图上或碎部测量的平面图上,按一定的间距将场地划分为若干个相互平行的横截面,量出各横断面之间的距离,按照设计高程与地面线所组成的断面图,计算每条断面线所围成的面积再由两端横断面的平均面积乘以两端横断面之间的距离求出土方量。用公式表示为:

      V=(A1+A2)/2xL

      式中:V—相邻两截面间土方量(m3);

                A1+A2一相邻两截面的挖方或填方的截面积(m2);

                L一相邻两截面间的间距(m)。

       此公式的运用条件是A1、A2的性质必须是相同的,即都为填方或挖方。若A1、A2的性质不同,即一端为挖方,另一端为填方,计算的结果就会失真。此外,应用断面法时还应注意所取两横断面尽可能平行,若两断面不平行,计算的结果会产生较大的误差,因此在划分断面时应有考虑。

       1.3 方格网法

       方格网法土方计算适用于地形变化比较平缓的地形情况,用于计算场地平整的土方量计算较为精确。具体做法如下:首先建立地形的坐标方格网,方格网的一边与地形等高线或场地坐标网平行,大小根据地形变化的复杂程序和设计要求的精度确定,边长一般常采用20m×20m或40m枷m(地形平坦、机械化施工时也可采用100m×100m)。

       然后求出方格各个角点的自然标高、设计标高以及施工高程。

       计算零点位置,在每相邻的填方点和挖方点之间总存在一个零点,零点的确定方法如图1:

1.png

       连接每个方格上的相邻两个零点,根据零线将方格划分的情况,采用相应公式来计算。

       汇总,分别将填方区、挖方区所有土方汇总,得到填、挖土方总量。

       2、几种算法的比较

       通过对几种算法原理进行比较,可以得出以下结论:

       1) 高差变化比较大地形起伏变化较大,自然地面复杂的地区;挖直深度较大,截面又不规则的地区;道路等带状地形用断面法最适合。精度高并且数据处理简单。

       2) 方格网法在平坦地区有很高的精度,而且它很直观,能很清楚的反映各个格网区域内的土石方填挖量,十分方便与工程上土方调配,所以它的使用很广泛。在地形起伏不大,且地面坡度有规律范围比较大的施工场地,适合用这种方法。

       3) 三角网法精度高,但在确定填挖方分界线时采用线性内插法,其计算过程中数据量大。适合在地形起伏变化特别大的区域。

       笔者以攀钢西昌基地土石方工程某区域为例,通过计算比较发现,方格网法最接近平均标准。误差最小。

       另外,在实际工程上,方格网法就更有其明显的优势。传统的方格网法土石方量的测量和计算是利用水准仪、皮尺或全站仪到实地打坐标格网,测量每个坐标格网点的实地高,回到内业后,通过绘制格网,内插计算标高,逐格计算挖、填方量,经过汇总,统计出整个场地范围的挖、填方量和总方量。这种工序外业劳动强度大,内业计算烦琐,且容易出错。但随着计算机技术的发展,计算机技术与测绘技术的日益结合,和对土石方计算精度要求的越来越高,传统的计算方法正逐步被计算机所取代。它的劣势正被计算所弥补,况且它是最被人们熟知、使用最多的土石方计算方法。用方格网法计算土方量,设计面可以是水平的,也可以是倾斜的。由于它数据量小,精度高,适合各种地形场地,在实际工程中运用很广泛。

       随着计算机技术的普及和使用,它的传统区位优势正凸显出来,目前市场上大多数的土石方计算软件都是运用的方格网法设计的。并且,方格网法计算的成果简单明了,能直观的反应出各个格网,各个区域的土方填挖情况,这在工程上是一个很大的方便之处。

       在工程中,土方的平整紧接的一个问题就是土方的调配。合理的土方调配对减少工程投入,加快工程进度,提高工程质量有直接的关系。方格网法土方计算的成果正好填补了这个空缺,它是最能清楚的反映各个格网区域内的土石方填挖量的方法。

       3、结束语

       综上所述,方格网法是在土石方工程当中精度最高,使用最方便的计算方法。相信随着计算机技术的发展和工程实际的需求,方格网法土石方计算方法运用会越来越广泛,其计算精度也会越来越高。

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