對土石方量計算方法的探討

1、<p><b>　　龍巖學院</b></p><p>　　資源工程學院畢業(yè)論文</p><p>　　題 目： 對土石方量計算方法的探討 </p><p><b>　　資源工程學院</b></p><p>　　對土石方量計算方法的探討</p><p>

2、　　【摘要】現(xiàn)今，隨著科技的高速發(fā)展，社會經(jīng)濟的不斷繁榮，人們對土地資源的合理利用也更加關注，對快速獲取高精度位置信息的需求也日益強烈。目前，在施工地的整平中，土石的填挖方量計算也是工程設計的一個重要的組成環(huán)節(jié)，其直接關系到方案的優(yōu)選和工程的造價。同時，土石填挖方量的計算是個復雜的問題，因為會受到場地平整時土的松散系數(shù)、和平整后測量所帶來的高程誤差、坡度以及其所使用的計算方法等因素的影響。因此，本文介紹幾種常用的土方測量的方法及其優(yōu)缺點

3、，然后主要以地形較為復雜的晉江市紫帽片區(qū)改造建設項目土方測量和地形比較平緩的石獅市土石方工程Ⅰ標段大A區(qū)土方測量項目為例，再由已知方格網(wǎng)法比較適合計算較為平緩的地形，而DTM法比較適合計算較為復雜的地形分別預算并計算其相對誤差率，說明相對誤差率的可行性，若以后遇到一種地形不能確定用哪種方法計算比較精確的情況下，可以參考相對誤差率來優(yōu)選方案。</p><p>　　【關鍵詞】土方測量；方格網(wǎng)法；DTM法；等高線法；斷

4、面法；相對誤差率 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1. 前言 1</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景 1</p><p>　　1.2 研究的目的和意義1</p><p&

5、gt;　　2. 土石方測量的技術要求1</p><p>　　2.1 采用的基準及起算數(shù)據(jù)1</p><p>　　2.2 作業(yè)技術的依據(jù)1</p><p>　　2.3 外業(yè)作業(yè)方法及過程1</p><p>　　3. 幾種傳統(tǒng)的土石方計算方法及其優(yōu)缺點的對比2</p><p><b>　　3.1 斷面法

6、2</b></p><p>　　3.2 等高線法3</p><p>　　3.3 方格網(wǎng)法3</p><p>　　3.4 DTM法4</p><p>　　3.5 四種方法的優(yōu)缺點對比5</p><p>　　4. 在實際測量案例中幾種土方測算方法的應用比較6</p><p>

7、　　4.1 對實際案例進行計算6</p><p>　　4.2 對土方量計算結果的相對誤差率進行比較分析6</p><p>　　5. 結語及展望7</p><p><b>　　致謝語7</b></p><p><b>　　參考文獻8</b></p><p><b

8、>　　1. 前言</b></p><p>　　1.1課題研究的背景</p><p>　　如今，伴隨著社會經(jīng)濟的繁榮發(fā)展，各種工程建設也越來越多，建設用地需求也就不斷增加。然而在工程建設中也就需要對原本復雜的地形、地貌表面進行平整，平整工作就意味著大范圍的填、挖土石，涉及的拆遷及土石挖方量的不合理填挖造成的廢棄建筑垃圾占地日見增多，為了保護環(huán)境，盡量減少廢棄建筑垃圾亂堆積而

9、占用土地、污染環(huán)境，同時為了減少投入的人力、物力及資金。土石填、挖方量的測算就成為了工程建設的重要工作。填、挖土石方工程在設計階段必須對土石的填、挖方量進行施工前的預算,此預算將直接關聯(lián)到工程的資金概算及方案確定。所以能不能及時、準確的測量出數(shù)據(jù)且計算土石填挖方量將直接關系到整個工程的資金投入及方案設計?，F(xiàn)今，建筑的工程愈來愈大，對土地利用范圍也愈來愈大，且一直在向城市的周邊拓展，因此對工地工程測量質(zhì)量的準確性的要求也越來越高，用什么測

10、量儀器、用什么方法進行現(xiàn)場測量的地形數(shù)據(jù)才能滿足快速、準確的算出土石填、挖方量是施工方和業(yè)主重點關注的方面，常規(guī)的土石方量計算方法主要有等高線法、方格網(wǎng)法、斷面法和DTM法等[1]。</p><p>　　在日常工作中我們會遇到大部分的工地都是比較復雜的地形，填挖的范圍也比較大，需要測算的土石方量就比較多，因為傳統(tǒng)的測算方法的在施工測量計算中相對比較費時，且跟實際的土石方量有較大的出入，不能滿足工程精度的要求。本文

11、主要以地形較為復雜的晉江市紫帽片區(qū)改造建設項目土方測量和地形較為平緩的石獅市土石方工程Ⅰ標段大A區(qū)土方測量項目兩個實際案例分析幾種土石方量的計算方法。探討各種計算方法的基本原理和優(yōu)缺點，從理論上和實際工程應用中對其進行探討并總結它們的適用范圍、條件及精度,尋求在復雜地形條件下選用較高精度的土石方量計算方法[2]。因此，在土石填挖方量的計算中現(xiàn)代測繪技術和方法正發(fā)揮著巨大作用，不僅節(jié)省人力資源，同時也更大程度的提高了工作效率，因此很有必要

12、對其在土方量的測算及應用進行分析、對比以及進一步的探討，然后再由已知方格網(wǎng)法比較適合計算較為平緩的地形，而DTM法比較適合計算較為復雜的地形分別預算并計算其相對誤差率，說明相對誤差率的可行性，若以后遇到一種地形不能確定用哪種方法計算比較精確的情況下，可以參考相對誤差率來優(yōu)選方案。</p><p>　　1.2研究的目的和意義</p><p>　　由于土方量計算使用的方法將決定了此項工程的前期

13、預算，土方量計算是基于測量員到實地所測量的數(shù)據(jù)、項目的紅線區(qū)域面積和這幾年來在工程內(nèi)業(yè)中常用的土方測量計算方法。但是在內(nèi)業(yè)進行計算時主要都是單獨使用其中一種計算方法進行計算，本文將通過對這些方法的應用適應性及其精度的分析和比較，根據(jù)實例用不同計算方法時的操作及其相對誤差率的大小，對各方法進行比較分析，得出某種計算方法比較適合計算哪種地形。從而更有效地控制誤差，有利于對實際測量工作的指導和對土方量計算方法的有效選擇，以減少不必要的資源浪費

14、，而且，對土方測量的新技術有一個全面、準確的了解，可促進其它新技術的開發(fā)與研究，但最主要的目的是說明相對誤差率的可行性，讓其作為優(yōu)選方案參考的附加根據(jù)，使測量成果更接近實際的填挖方量，以更準確的預算出工程所需投入的資金。</p><p>　　2. 土石方測量技術要求</p><p>　　2.1 采用的基準及起算數(shù)據(jù)：由國土資源局提供的場地控制點作為該場地的首級控制，再利用RTK對測區(qū)進行布

15、設控制點</p><p>　　2.2 作業(yè)技術依據(jù)</p><p>　　1）《城市測量規(guī)范（CJJ8-99）》 2）《工程測量規(guī)范》 3） 業(yè)主提供的該項目測量要求</p><p>　　2.3外業(yè)作業(yè)方法及過程 </p><p>　　1）以國土資源局提供的場地控制點作為兩測量區(qū)域的首級控制點, 外業(yè)用RTK實時動態(tài)差分法施測場地的

16、邊界點及場地范圍內(nèi)地形點的坐標和高程，并導入電腦保存為數(shù)據(jù)文件；地形平坦時則每隔10米左右測一高程點，地形變化較大則加密測量。坎上坎下均測高程點。測量數(shù)據(jù)如圖2-1。</p><p>　　2）內(nèi)業(yè)計算：將點文件利用南方的成圖軟件CASS7.0中的DEM數(shù)字格網(wǎng)建模生成三角網(wǎng)及土方計算功能進行計算，建模分兩次進行；第一次為場地現(xiàn)狀高程數(shù)字建模生成三角網(wǎng)并寫入文件，第二次將場地設計高程進行數(shù)字建模（設計高程是根據(jù)總平

17、圖上的高程點進行加密）并寫入文件，土方量計算由兩次格網(wǎng)模型迭減互扣得出結果。方格網(wǎng)計算時格網(wǎng)建模過程中格網(wǎng)間距采用5米、10米。DTM法使用兩期土方法。</p><p>　　圖2-1 晉江市紫帽片區(qū)改造建設項目測量數(shù)據(jù)</p><p>　　3. 幾種傳統(tǒng)計算土石方量的方法及其優(yōu)缺點的對比</p><p>　　以下圖示以石獅市土石方工程Ⅰ標段大A區(qū)土方測量項目為例，由

18、于土石的填、挖方工程一直都是工程項目建設中的一個主要環(huán)節(jié)，其計算的準確度直接關系到整個工程的工程款預算。這么多年來的實踐經(jīng)驗總結出了多種計算方法，針對各類地形及測區(qū)的形式的不同其所適用的計算方法也不相同。在南方CASS中有幾種傳統(tǒng)的土石方計算方法，下面針對這些方法進行介紹。</p><p><b>　　3.1 斷面法</b></p><p>　　斷面法是將測區(qū)分成若干

19、個不同的縱橫斷面，主要應用于測量道路或長條狀的斷面，然后以實測的斷面線和設計線來預算每個斷面的面積，再根據(jù)截面之間的垂直距離來計算該斷面的土方量，每個斷面間的四棱柱土方量計算公式為 Vi=(Si-1+Si)d/2，再將測區(qū)中所有斷面的土方量總和起來即可得出該測區(qū)的總填、挖方量。如圖3-1將條帶狀的地形簡化成如下四棱柱，以幾個垂直于底面的切面表示地形狀況，接著將切面的面積和各切面間的距離利用公式3-1進行體積的計算。</p>

20、<p><b>　　圖3-1</b></p><p><b>　　公式為:</b></p><p><b>　?。ㄊ?—1）</b></p><p>　　式3-1中: V: 帶狀線路的土石方量； vi: 第i段的土石方量；</p><p>　　Si: 第i橫斷面的

21、面積； di: 第i段的長度；</p><p>　　由3-1式可見：此方法的計算量大，且土石方量計算的精確度與分段的垂直間距離di的長度有關，di愈小，精度就越高。特別是在測量長度比較長、精確度要求又較高的情形下更加顯著；如果是為了減少計算量而增加兩斷面線的距離，就會增大計算成果的誤差，因此用斷面法對土石方量進行計算會出現(xiàn)準確度與實地數(shù)據(jù)測量的工作量和內(nèi)業(yè)的計算量相矛盾[3]。 </p>&

22、lt;p><b>　　3.2 等高線法</b></p><p>　　等高線法是根據(jù)在實地所測得的數(shù)據(jù)在CASS中生成等高線，然后利用圖上閉合的兩條等高線來計算土方量的，如圖3-2，A、B分別為兩條封閉的等高線，A含于B，先將A與B之間的面積計算出來，再將其與A、B兩條等高線間的等高距相乘，求出A、B等高線與等高距所構成的墩臺形的體積，再通過累積計算出測量范圍內(nèi)的土石填、挖方量[4]。但

23、很多地形無法生成全部都是封閉的等高線，如圖3-3在等高距為1米時的等高線分布圖，許多等高線處于無法封閉的狀態(tài)，若不是封閉的等高線則無法進行計算。此方法有比較大的局限性，故而在實際工作中很少用到。</p><p>　　圖3-2 等高距為1米 圖3-3 等高距1米時生成的等高線</p><p><b>　　3.3 方格網(wǎng)法</b>&l

24、t;/p><p>　　根據(jù)RTK在測區(qū)所測的高程點來計算測區(qū)的土石方量，方格網(wǎng)法是較為常用的傳統(tǒng)土方量預算方法之一[5]。南方CASS中方格網(wǎng)法的原理就是將測區(qū)劃分成邊長為10-50m的正方形方格網(wǎng)，一般以邊長為10m的較多。只要將測區(qū)的設計高程生成的三角網(wǎng)文件，利用工程應用我們將實地測區(qū)所測得數(shù)據(jù)坐標高程和三角網(wǎng)文件導入將會自動算出每個方格的填挖方量，總和則為整個測區(qū)的土石方量。方格的右上方數(shù)據(jù)為實測高程，右下方為

25、設計高程，左下方為應該填挖的高度（通常以正號表示高于設計高程，負號表示低于設計高程），中間的“W”表示此100平米內(nèi)的挖方量（“T”表示此100平米的填方量），W（/T）={[(方格四角的填挖高度總和)*1/4]*100}m³，如圖3-4?？偼潦搅繛閷⒄麄€紅線測區(qū)內(nèi)的挖方量和填方量進行匯總，即可得出整個測區(qū)的總土石方量。CASS中工程應用的方格網(wǎng)計算法進行土方計算即快速又準確，且表示較為直觀。</p><

26、p>　　圖3-4 方格網(wǎng)計算示例圖 </p><p>　　利用方格網(wǎng)法對石獅市土石方工程Ⅰ標段大A區(qū)土方測量項目進行土石填挖方量的計算成果圖，如圖3-5。</p><p>　　圖3-5方格網(wǎng)法計算成果圖</p><p><b>　　3.4 DTM法</b></p><p>　　DTM——數(shù)字地面模型法是根據(jù)實測

27、測區(qū)內(nèi)地形的三維坐標X、Y、Z在CASS中生成三角網(wǎng)和設計高程的三角網(wǎng)形成三棱柱，再根據(jù)每個柱體計算填、挖方量[6]。使用 DTM 法進行計算時，測區(qū)將被劃分成許多不規(guī)則的三角形斜面，每個三角形包括的范圍就是體積微元，每個微元的地形被簡化成三棱柱，通過計算每個柱體的方量，然后計算出紅線區(qū)域的土方量便可得出該測區(qū)總的填、挖土石方量。 </p><p>　　兩期土方計算法是數(shù)字地面模型DTM的表現(xiàn)形式之一，該計算方法

28、是根據(jù)實測地形包含高程的特征點、碎部點進行生成不規(guī)則的三角網(wǎng)，對計算區(qū)域按三棱柱法計算土石方量[7]。若精度要求比較高，則實測數(shù)據(jù)的密度也應該相應的增大。因此，如果地形圖本身數(shù)據(jù)量大時就需慎重考慮是否使用此方法。如圖是DTM法計算的土方量及結果示圖。</p><p>　　圖3-6 DTM法計算結果 圖3-7 DTM法計算的成果圖 </p><p>

29、　　3.5 四種傳統(tǒng)的土方計算方法的優(yōu)缺點對比 </p><p>　　此四種傳統(tǒng)的土方量計算方法都有其相應適合的地形，當然在計算過程中也有一定的局限性。根據(jù)不同的地形或許應該改變我們計算的方法，或是需要根據(jù)不同地形采集相應的數(shù)據(jù)，下表3-1為各種方法的適用范圍及其優(yōu)缺點對比。</p><p>　　表3-1 四種傳統(tǒng)計算方法的適用范圍及其優(yōu)缺點對比 </p><p>

30、;　　4．在實際測量案例中幾種土石方量測算方法的應用比較 </p><p>　　4.1對實際案例進行計算</p><p>　　以2015年泉州市縱橫測繪有限公司施測的晉江市紫帽片區(qū)改造建設項目土方測量和石獅市土石方工程Ⅰ標段大A區(qū)土方測量項目為例。其中晉江市紫帽片區(qū)改造建設項目的地形為較復雜的山地，石獅市土石方工程Ⅰ標段大A區(qū)土方測量項目的地形為較為平緩且開闊。使用RTK進行實地測量，測

31、量工作嚴格按照規(guī)范操作執(zhí)行。然后利用CASS軟件進行該測區(qū)的土方量計算。由多年來實踐證明類似本案例不適于用斷面法和等高線法進行計算，故下文主要利用這兩個項目以方格網(wǎng)法和DTM法進行計算，其中 DTM法利用兩期土方進行計算，結果如表4-1、表4-2。</p><p>　　表4-1 晉江市紫帽片區(qū)改造建設項目土方測量計算結果</p><p>　　表4-2 石獅市土石方工程Ⅰ標段大A區(qū)土方測

32、量項目計算結果</p><p>　　4.2對土方量計算結果的相對誤差率進行比較分析</p><p>　　下面將根據(jù)其在各種計算的方法上對其進行誤差率的探討，如表4-3、表4-4。</p><p>　　表4-3 根據(jù)表4-1對土方量計算結果計算相對誤差率</p><p>　　表4-4 根據(jù)表4-2的土方量計算結果計算相對誤差率</p&

33、gt;<p>　　表4-3、表4-4以挖方和回填方的平均值作為相應的基準，相對誤差率的計算方法以方格網(wǎng)法（5m）的挖方與挖方平均值的相對誤差率={[方格網(wǎng)法（5m）的挖方—挖方的平均值]/ 挖方平均值}%為例，相對誤差率的絕對值越低說明其計算的精確度越高。由表4-3、表4-4可看出，由于晉江市紫帽片區(qū)改造建設項目土方測量的地形為較為復雜的山地，故經(jīng)過對表中的相對誤差進行比較分析可知，DTM法的相對誤差率最低；而通過同樣的方

34、法對石獅市土石方工程Ⅰ標段大A區(qū)土方測量項目進行相對誤差率的計算得出，當方格網(wǎng)的邊長為10m時，其相對誤差率最低。因此通過這兩個不同的地形及其相對誤差率的比較分析，可說明相對誤差率的可行性，若以后遇到一種地形不能確定用哪種方法計算比較精確的情況下，建議可以參考相對誤差率來優(yōu)選方案。</p><p><b>　　5. 結語及展望</b></p><p>　　經(jīng)過以上幾種

35、常用的計算方法進行計算，并對其結果進行分析和比較，可以得出每種預算方法都有自己的優(yōu)缺點，同時可以根據(jù)不同的地形條件，優(yōu)選所使用的方案。綜上所述，斷面法較適合于條帶狀、狹長地形的測區(qū)；方格網(wǎng)法較適合于測區(qū)高差不太大的地形，且對成果圖的查看較為直觀；DTM法適用于地形較為復雜或不規(guī)則的情況下。然而在現(xiàn)實情況中，應按照項目需求，及采集的數(shù)據(jù)選擇合適的方法或多種方法綜合運用，以提高運營效率，且滿足精度指標。如今，利用南方CASS軟件進行繪圖、計

36、算已成為工程測繪內(nèi)業(yè)中不可或缺的一部分。相信，隨著科學技術的發(fā)展，相信土方測量計算在測繪行業(yè)中將會更加智能化，計算也將更加精確、更能反映現(xiàn)實的情況。</p><p><b>　　致謝語</b></p><p>　　本論文是在我的指導老師高鵬老師的悉心指導和熱情幫助下完成的，由于本人能力有限，文中內(nèi)容難免有很多不足之處，懇請各位老師和同學能夠多多指正。</p>

37、;<p>　　首先，我要感謝的是高鵬老師，是她在我論文的寫作過程中，幫助我開拓研究思路，悉心指導，不厭其煩的幫我修改論文，在此，謹代表自己向高鵬老師道聲謝謝！</p><p>　　其次，我還要感謝我的母校和資源工程學院的各位老師，感謝母校對我四年的培養(yǎng)，感謝各位老師對我的教育和鼓勵，在此祝老師們身體健康，工作順利！愿母校越辦越好，桃李滿天下！然后，我要感謝這四年陪伴我走過來的同學們，因為有你們的陪伴

38、，大學才如此美好，愿我們都能通過自己的努力早日實現(xiàn)自己的夢想！ </p><p>　　最后，感謝我的家人，因為有你們的支持，我才能擁有這美好而充滿感恩的大學生活！愿你們身體健康，幸?？鞓?！</p><p>　　四年過去了，曾經(jīng)以為離畢業(yè)還遙遙無期，如今真的要畢業(yè)了，感謝你們。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>

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42、ulation method of earthwork volume</p><p>　　Resources engineering college Surveying and mapping engineering</p><p>　　2011092532 Wu Jiangping Instructor: Gao Peng</p><p>　　[Ab

43、stract] Nowadays, with the rapid development of science and technology, social economy unceasing prosperity, people's reasonable use of land resources is paying more and more attention, for quick access to the demand

44、 for high precision position information also become increasingly strong. At present, in the leveling of the construction, earth rock filling amount of excavation calculation and engineering design of an important part.