方格网法、断面法与DEM法(三角网法)土方量计算对比分析

作者:小傅 , 分类:土方计算软件FastTFT , 浏览:6528 , 评论:0

       今天来转载于由中油辽河工程有限公司廉波撰写的论文《土方量计算应用与分析》,主要讲解了工程建设中经常需要进行场地平整和设计放坡,由此产生的土方量与工程投资直接相关,如何准确地计算土方量对规划设计和资金分配都具有十分重要的意义。本文对几种常用土方计算方法的优缺点进行了对比分析,结合工程实践介绍了DEM法、断面法和方格网法土方计算在工程中的应用,总结了工作经验。

       一、工程概况

       某石油储备库工程设计原油储罐 42座,设计总库容 420万方,总用地面积近 80万平方米,库区主要以丘陵、山地为主,受场地高差大、进场道路高程低等因数影响,设计中以竖向尽可能土石方平衡为原则,预算土石方总填挖方量 1100万立方米。如此巨大的土石方工作量,如何准确、快速的量算,对工程的建设周期和经济效益有着至关重要的影响。因此,工作中我们结合工程实际对多种土方计算方法进行了大量的对比分析,最终确定以 DEM法土方计算为主,根据工程实际灵活运用断面法和方格网法进行土方计算,有效地节约了成本,为工程的顺利实施提供了有力地保证。

       二、常用土方计算方法对比

       2.1 DEM

       DEM(数字高程模型)是数字地面模型的一种,是以实地坐标(XY)和高程属性(H)为主要元素的数据集合,从微分角度三维地描述测区地形地貌的空间分布,利用实测地面碎部点、特征点构建不规则三角网(TIN),对计算区域按三棱柱法计算土方(如图一)。该方法的优点是:计算精确度相对较高,模型建立逼真,适用于精度要求较高的工程。但要求外业测定的碎部点能够准确反映地形细部特征、地形变换特征等。

图一 DEM法土方计算模型

       2.2 断面法
       断面法是根据土方计算范围将场地划分为若干平行的横截面,由两断面的平均截面积和断面间距计算断面间土方量,各断面间土方量之和为总土方量(如图二)。该方法主要应用于道路、河流等狭长带状区域的方量计算,在大面积复杂区域和计算区域随时变化的情况下, 外业操作复杂,计算效率低,粗差较大。

       2.3 方格网法

       方格网法是按照计算范围将场地划分为一定间距的方格,从地形图或实测得到每个方格角点的高程,对每个格网面按四角高程取平均值计算土方,各方格土方量之和为总土方量。该方法直观、易懂、计算简单,适用于大面积相对平缓的区域,但方格网四角高程多为内插求得,计算中也未考虑地性线,所以在计算前必须手工加密高程点,对于复杂地形加密点工作量大、计算精度与格网间距有关。

       三、工程应用

       该石油储备库工程涉及土石方工程量巨大,场区内地形复杂,地貌相对破碎,要求土方量算工作准确快速,并且给出简单、直观容易判读的土石方开挖前后场地高程数据,以便准确的按照设计要求施工。经过现场对比分析我们发现,场区内土石方工作区域按地形变化特点可大致分为三个类型,工作中结合不同的地形特点采用合适的量算方法,节省了大量的人力物力,也为工程建设赢得了宝贵的时间。

       1)北侧边坡爆破区、罐区山体表层植被土清理区、储罐基础岩石爆破区以及场区内土石方二次倒运土方集中了整个工程的大部分土石方量,这些区域共同表现为地形复杂、高程变化大,填挖方范围不规则且涉及土石方量大,计算精度要求较高,比较符合 DEM法的计算特点,因此我们对这部分土石方采用了 DEM法进行计算,为了直观起见我们配以方格网数据作为爆破和开挖的参考依据。

       2)网箱基础碾压区、储罐环梁开挖爆破、进场道路以及排洪渠开挖部分均呈规则的条带状分布,采用断面法土方计算更为方便快捷,为了使计算土方量准确可靠,我们对部分土方以断面法和DEM法分别进行了量算对比(如表-1)。

       3)罐组区域场地平整、消防水池开挖都是在平缓区域进行的,并且需要提供直观的现场数据以便指导现场施工,对此我们采用方格网法进了土方计算,计算精度以及施工效果良好。

      四、结语

      1DEM 法土石方计算中每一个现场测量点都直接参与了计算,土石方测量精度与外业采集点的密度和准确性密切相关。

      2)内业计算前连接地性线,生成等高线,适当加密地性线上高程点,能有效提高计算精度。

      3)断面法土方计算在规则条带状场地中计算精度较高,且量算简单、快捷。

      4)方格网法土方计算精度随着格网间距的减小显著提高,但计算量也随之增大;方格网法计算能提供简单直观的格网数据,施工应用非常方便。

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