土地平整中的土方量计算

土地平整中的土方量计算

摘要在建筑工程、水利工程、道路建设以及工矿企业地面工程中,往往要进行土地平整工作。而土方量计算在土地平整前期工作特别重要,土方量计算精度的高低直接关系到项目的合理性和投资预算,所以土方量计算方法的选择至关重要。它既要顾及到土石方工程量的大小,又要遵循填方与挖方基本平衡的原则。主要阐述土方量计算的4种常用方法:方格网法、等高线法、散点法、断面法。

关键词土地平整;土方量计算;方法

工程建设中,不管是工业与民用建筑、道路建设还是其它工程建设,都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,这些都涉及到土石方的开挖与回填量的计算问题。土方量计算是这些工程设计的一个重要组成部分,直接关系到工程造价,因此准确、快速地计算土方量对开展规划设计、控制总投资及分配资金具有重要意义。同时土方量计算具有主观性,只有计算准确,才能进行合理的土方调配,降低工程费用,加快工程进度,提高工程质量。因此,选择适当的计算方法,在土地整理中具有重要的意义。常用的土方量的计算方法有方格网法、等高线法、DEM法、断面法等。

1土方量计算方法

土方量计算是工程设计中经常遇到的问题。如渠道设计、防洪堤设计、水库坝堤设计等,都需要精确计算其土方量。土方量直接关系到工程造价,所以计算起来一定要准确、符合实际。一般工程土方量主要包括挖方、填方等。下面分别介绍以下几种方法。

1.1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。具体方法如下:

1)在地形图拟建场地内绘制方格网。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×40m.

2)确定场地平整的设计高程。水平面的设计高程等于场地地面高程的平均值,即根据方格顶点的地面高程及其在计算每格平均高程时用到的总次数求权平均值,所以设计高程H0的计算公式为:

式中,n为方格数。

3)计算填、挖高度。各方格点的填、挖高度为该点的地面高程及设计高程之差,即

填、挖高度=地面高程-设计高程

4)计算填、挖土石方量。挖、填土石方量的计算可根据角点、边点、拐点和中心点的挖、填方高度,分别代表1/4、2/4、3/4、1方格面积的平均挖、填方高度,按下式分别计算:

角点:挖(填)方高度h×1/4方格面积

边点:挖(填)方高度h×2/4方格面积

拐点:挖(填)方高度h×3/4方格面积

中心点:挖(填)方高度h×1方格面积

将全部方格的填、挖土石方量都计算出来以后,按填、挖土石方量分别求和,即得总和的填、挖土石方量。

1.2等高线法

等高线法计算土方量是计算任意两条等高线之间的土方量,但所选等高线必须闭合。由于两条等高线所围面积可求,两等高线之间的高差已知,可求出这两条等高线之间的土方量。等高线法的工作内容与步骤和方格法大致相同,不同之处在于计算场地平均高程的方法。其场地平均高程的计算方法如下:在地形图上用求积仪或其他面积量测方法按等高线分别求出它们所包围的面积,相邻等高线所围起的体积可近似看成为台体,其体积为相邻等高线各自围起面积之和的平均值乘上2条等高线间的高差,得到各等高线间的土石方量;然后再求全部相邻等高线所围起体积的总和,即场地内最低等高线H0以上的总土方量V总。若要把场地整平成一水平面,则其设计高成H设为:

H设=H0+(V总/A)

当设计高程求出之后,后续的计算工作可按方格法或断面法进行。

1.3DEM法

DEM是用数字形式X,Y,Z坐标来表达区域内的地貌形态,以缩微的形式再现了地表形态起伏变化特征,具有形象、直观、精确等特点,可以被用于土方工程量的计算。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。DEM法土方量计算实际上是计算原始地表与设计地表之间的体积值。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2个DEM的差即可求出计算区的土方量。周越轩提出DEM法土方量计算如下:

设原始地表DEM为DEMt,设计地表DEM为DEMd,在相同的坐标原点和格网分辨率的条件下,将同一区域的DEMt和DEMd进行叠加,可得一新的DEM,设为ΔDEM,则有ΔDEM=DEMt-DEMd,其分量表示式为

ΔZ(i,j)=Z(i,j)t-Z(i,j)d

式中:z(i,j)t表示地表DEM的格网点高程;z(i,j)d表示设计DEM的格网点高程。

对任一格网(i,j),若Δz(i,j)>0,则该格网为挖方;若Δz(i,j)0和V(i,j)<0的数据进行累加,即可求得该区域的填挖方量。相信随着地形图精度的提高和DEM算法计算过程的进一步完善,DEM在土地整理中的应用将会更广泛、更深入。

1.4断面法

断面法土方量计算是计算出两个相邻横断面的面积,根据它们之间的间距求得体积。在地形变化较大、场地狭窄的带状地区,可以用断面法计算土石方量。在地形图上或碎部测量的平面图上,根据土方计算的范围,以一定的间距等分场地,将场地划分为若干个相互平行的横截面;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;以相邻两断面面积的平均值乘以等分的间距,得出每相邻两断面间的体积;将各相邻断面的体积加起来,求出总体积,这种方法称为断面法。

根据两相邻的设计段面填挖面积的平均值乘以两段面的距离,就得到两相邻横段面之间的挖、填土石方的数量。

V=1/2(A1+A2)L

式中:A1,A2为相邻两横段面的挖方或填方面积;L为相邻两横段面之间的距离,一般根据需要选取。同样方法计算其他相邻断面间的土石方量,各部分的挖方量与填方量分别相加,其总和即为场地的总挖方量与总填方量。

2结束语

近年来,土地整理项目在全国范围内大规模开展。土地整理是增加耕地有效面积,实现耕地总量动态平衡的有效措施,其根本目标是提高土地利用率和土地生产能力,使土地资源利用能够满足人口增长和经济社会发展的需求。土地平整工程是土地整理项目的核心内容,是实现农田水利化、农业机械化的重要前提,是建设旱涝保收、稳产高产基本农

田的重要措施。土方量计算精度的高低直接关系到项目的合理性和投资预算,因此,土方量的计算在土地整理工作中尤为重要。

参考文献