土方工程是建筑工程施工中主要工种工程之一,包括一切土(石)方的挖梆、填筑、运输以及排水、降水等方面。土方工程的工程量大,施工条件复杂,受地质、水文、气象等条件影响较大。因此,在组织土方工程施工 ,应作好必要的工作,以确保工程质量。
土方工程计算方法在建筑工程中,最常见的土方工程有:场地平整,基坑(槽)开挖,地坪填土,路基填筑及基坑回填土等。在对土方量进行计算时,要考虑到地形特征、精度要求以及施工成本等方面的情况,选择合适的计算方法,达到最优的目的。比较常用的几种计算土方量的方法有:方格网法、等高线法、断面法、DTM法、区域土方量平衡法和平均高程法等。
- 在较为平坦的平原区和地形起伏不大的场地,宜采用方格网法。这种方法的优点是:计算的数据量小,计算速度快,省却了DTM法庞大的数据存储量。
- 在狭长地带,比如公路、渠道、沟道等,则适宜使用断面法进行计算土方量。
- 在地形起伏较大、精度要求高的一些山区,则需要用到DTM的计算方法。但是也要考虑到图件本身数据量和数据储存等问题。
- 在精度要求不高、地形简单的区域可选择平均高程法。
下面,我们简单的看一下最常用的断面法和方格网法的具体使用方法:
1.断面法
当地形复杂起伏变化较大,或地狭长、挖填深度较大且不规则的地段,宜选择横断面法进行土方量计算。
土石方量精度与间距L的长度有关,L越小,精度就越高。但是这种方法计算量大, 尤其是在范围较大、精度要求高的情况下更为明显;若是为了减少计算量而加大断面间隔,就会降低计算结果的精度;所以断面法存在着计算精度和计算速度的矛盾。
2.方格网法
对于大面积的土石方估算以及一些地形起伏较小、坡度变化平缓的场地适宜用格网法。这种方法是将场地划分成若干个正方形格网,然后计算每个四棱柱的体积,从而将所有四棱柱的体积汇总得到总的土方量。在传统的方格网计算中,土方量的计算精度不高。我们引入一种新的高程内插的方法,即杨赤中滤波推估法。
1)杨赤中推估
杨赤中滤波与推估法就是在复合变量理论的基础上,对已知离散点数据进行二项式加权游动平均,然后在滤波的基础上,建立随即特征函数和估值协方差函数,对待估点的属性值(如高程等)进行推估。
2)待估点高程值的计算
首先绘方格网,然后根据一定范围内的各高程观测值推估方格中心O的高程值。绘制方格时要根据场地范围绘制。
其次,为参加估值计算的各离散点高程观测值,为各点估值系数。而后进一步求得最优估值系数,进而得到最优的高程估值。
3)挖(填)土方量区域面积的计算
如果,土方量计算的面积为不规则边界的多边形。那么在面积进行计算时,先对判断方格网中心点是否在多边形内,如果在,那么就要计算该格网的面积,否则可以将该格网面积略去。
土方工程计算工具对于复杂的、工程量大的土方工程,我们需要利用软件辅助计算,如道路设计BIM软件OpenRoads Designer。OpenRoads Designer能创建3D挖填土石方模型,作为数字孪生模型,精确计算、可视化并总结挖填量分析。OpenRoads Designer 独特的建模功能帮助提升土石方量工作流,实现效率最大化,节约成本。