土方工程量测算毕业设计

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1、目 录目 录1绪 论111 选题背景112 研究目的和意义113 国内外研究现状1131 基于GPS高程离散点的土地平整土方量计算1132 与GIS技术相结合的DEM土方工程量计算方法2133 Excel及AutoCAD在土方工程中计量的应用214 研究内容315 技术路线32项目用地概况421 苏滹沱村土地资源与自然环境概况4211 土地资源概况4212 环境现状422 项目区地籍信息4221 权属调查情况4222 地类调查情况5223 项目占地面积及地类523 项目用地地质概况6231 地质概况624 项目用地土壤概况6241 土壤基本组成6242 土壤分层625 苏滹沱村土地开发项目概况

2、7251 项目位置及用途7252 项目规划原则7253 功能分区7254 公共建筑和公用设施布置7255 道路交通组织83项目土方工程量测算931 土地平整基本理论9311 土地平整基本概念9312 土地平整的基本方法932 土方量计算的方法933 方格网法计算土方工程量10331 方法选择依据10332 方格网法原理与步骤1034 项目区土方工程量计算124项目区土方调配1541 土方调配的目的和原则15411 土石方调配的目的15412 调配原则1542 土方调配方案15421 方案设计方法15422 划分调配区15423 计算调配区间平均运距16424 土方调配的数学模型16425 运用

3、Microsoft Excel软件优化调配设计过程得出最优结果185土方工程实施方法与保障措施2151 土方工程实施方法21511 土方工程的准备与辅助工作21512 土方开挖21513 基坑验槽和基底处理21514 土方回填22515 排水措施2252 工程安全保障措施23521 土方工程安全保障措施23522 工程文物安全保障措施23结 论25致 谢26参考文献2728中国地质大学（北京）2013届本科毕业论文1 绪 论1.1 选题背景土地平整指通过拆迁、土方工程对土地表层状况进行改造，拆除建筑物、构筑物以及存在较明显的土地不同位置的高差，以达到后续施工的要求。土地平整是地面建筑工程、土地

4、整理的必要条件。如在房地产开发前要对目标土地进行土地一级开发，使其已达到“三通一平”或者“七通一平”的施工标准，“三通”是指“通电、通水、通路”，另外的“一平”就是指土地平整了，已达到后续的房地产开发的施工条件和项目完成后的入驻条件。土方工程在建设项目中为建筑物的基础开工创造条件、完成整个场地景观的初步造型、完成整个场地的竖向标高控制并是整个工程成本控制的重点。本文所涉及的土地平整是苏滹沱村的土地开发项目的前期土地平整工作，是非常典型的农转非开发项目，场地面积较大，地籍信息完整，并且具有一定的特殊性，非常适宜进行土地平整土方量计算和土方调配研究。1.2 研究目的和意义洛阳是历史悠久的古都，也是

5、新兴的现代化工业城市。本项目建设地点位于洛阳市老城区的北部，经济不太发达，王城大道的打通及机场路的建设，给该地区带来了机遇。但是，市区内王城大道两侧经济开发突飞猛进，由于多种原因作为王城大道的延伸地段苏滹沱村确没有太大的发展。中电产业洛阳基地项目，就是老城区政府引进的以高新技术产业为龙头，具有自主知识产权的新能源（LED灯及太阳能产品）、新材料（新型自保温建材）及先进设备制造业为一体的研发、生产基地建设项目，产业集聚效应较强，项目建成后，对于完善老城区产业结构，带动区域经济发展，增加居民就业，改善周边群众生产、生活条件具有十分重要意义。本文对项目土地平整的土方工程量进行了计算并设计了土方调配方

6、案。计算项目区土方工程量的目是为这一项目提供土地平整的技术与数据依据，划分出挖方区与填方区，计算挖方总量、填方总量；土方调配方案设计的目的是根据土方工程量的计算结果与各挖、填方区域的距离设计出运输总量最小的土方调配方案，从而降低工程的支出，避免工程资源的浪费。在这一土地开发项目中，前期的土地平整工作是后续工作的基础，所以高质量高效率的完成土地平整工作就非常重要。土方工程量的测算与土方调配方案的设计是提高土地平整工作效率的主要依据，科学合理的土方调配能使工程量达到最小，并保证各个区域的工作有序进行。并且笔者在研究进行的过程中，对于土方调配的方法进行了适当的优化，合理的工作量，提高了研究的工作效率

7、。1.3 国内外研究现状土方工程量的测算主要基于土地的高程信息，计算方法都是运用一定的方法对土地高程信息进行处理得出土方工程的挖填方量。土方调配则是根据土方量测算的结果结合距离、运价等信息，通过数学方法进行运输的最优化方案编制。因此两项工作的研究和发展重点就在于通过土地高程信息采集与处理方法的优化和对计算方法的优化来提高土方量测算与土方调配的精度并减少人工工作量。1.3.1 基于GPS高程离散点的土地平整土方量计算高程离散点测量方法多种多样，如传统测量仪器法和GPS、RTK等现代测量法。从测量速度、设备费用和技术成熟度上看，选用一款高精度GPS接收系统可快速测定项目区离散高程点 乔瑞波.基于G

8、PS高程离散点的土地平整土方量计算方法.河北农业科学.2009，13(8)：171-172.。具体方法是在田块的4角4边，田块中最高点、最低点、次高点、次低点，以及能代表不同高程的各个位置上打桩，作为测点，并用GPS测出其高程读数(减去仪器高)，分别记为H1、H2，Hn。实际上GPS测量已经记录了各测点的三维坐标，即获得了DEM数据，用DEM数据进行土方量计算 蒋功旺.工程土方量DEM与方格网计算精度分析.建材与装饰.2008，4：405-406.。借助GPS高程离散点数据和地理信息系统软件，可以实现平原区土地平整土方量快速精确计算。如果平整区地形起伏较小，变化比较均匀时，可以快速求算全项目区

9、挖填土方量，直接用于工程预算和指导工程施工。若适当加密高程点，改用加权平均法后，从施工效益分析，可以对项目分区平整，项目区各田块可以因地制宜设定不同的地面高度，从而减少总体挖填土方量，缩短工期，减少工程造价。从计算方法精度上看，高程离散点加权平均法，可以提高挖填土方工程量计算精度。1.3.2 与GIS技术相结合的DEM土方工程量计算方法地理信息系统（Geographical Information System 简称 GIS）是一种在计算机软件和硬件支持下对地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。随着计算机科学、地理学、测量学、地图

10、学等学科的发展，GIS 技术的应用领域不断拓广，已成功应用于地学模拟、资源管理、城市规划和管理、自然灾害监测、环境保护等领域，但由于土地开发整理活动在我国开展的时间较短，GIS 技术在土地开发整理项目中的应用还处于探索阶段。在完成提取项目区高程点、矢量化典型地块的工作后，可以应用 Arcview、ArcGIS、MAPGIS、Autodesk Map 四种GIS软件计算土方量 王勇涛，杨永侠，贾文涛，张晓沛，宋德明.GIS在土地平整土方量计算中的应用研究. 中国农业工程学会.中国农业工程学会 2005 年学术年会论文集.广东.：广东省农业厅，2005，221-225.。有了GIS技术提供的强大信

11、息量处理能力支持，DEM的方法以（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，这一方法不但可以提高土方的计算精度，而且可以实现计算的自动化。理论上说，基于 DEM的土方量计算法适用于任何情形，DEM的精度是影响土方量计算准确与否的主要因素。为了讨论基于 DEM的土方量计算法的精度，必须从 DEM的产生和建立来分析其精度。DEM的实际精度主要由原始数据的采集的密度，准确度决定，因此只要适当加大高程点的密度，跑准高程点的要点，在构建三角网时，确定正确的三角连线，这样 DEM法就能够很好的符合土方计算精度的要求 吴扬，刘卫国，胡圣军. 基于GIS的土方工程量自动计

12、算及调配软件研究.湖南文理学院学报.2004，16（4）：62-63.。1.3.3 Excel及AutoCAD在土方工程中计量的应用在计算工程量中任何复杂的计算都是先从数据、绘图、断面面积，从而计算出工程量来。利用Excel和AutoCAD来求出土石方工程量的基本步为：测量数据：测量对于土石方工程计量不可少的重要环节，然而在测量过程有许多的方法，对工土石方工程量进行控制与计算。不管哪种方法所测量得到任何数据，都可通过Excel进行转化为距中线的平距与高差，或是测量中直接就或以得到距中线的平距与高差。转化公式：将测量数据录入Excel中，并将数据编成“”“&平距&”，“&高差”形式，而在Exce

13、l显示为：“平距，高差” 陈敏.Excel及AutoCAD在土方工程中计量的应用.今日科苑.2010，04.130.。绘图：先是在AutoCAD绘出设计的断面线但不要绘出地面线，并找出中线的位，计算出实测地面线与设计的高差，在中线上找到这个点。再是在这个点上建立一个坐标轴。然后用直线命令（line）或是样条曲线命令（spline）将起点放在坐标轴的起点（0，0）（实测地面线的中线点），其次就是将Excel中的公式复制到AutoCAD中及可绘出实测地面线来。断面面积：将绘出来的图通过AutoCAD中面域命令（region）或是布尔运算来转为成面域，再利用AutoCAD查询功能求出该图断面面积，从

14、而求计算出工程量来。利用这种不同类型软相互配合的方法可以将图上作业与数据计算分解开来，极大的简化运算步骤与操作步骤，并且能够方便的备份和多次运算，能够避免一些不必要的人为错误。1.4 研究内容本文的主要研究内容是根据苏滹沱村土地开发项目的各项基本信息计算土地平整的土方工程量和编制土方调配方案。项目区的土方工程量测算工作是根据项目区具体情况选取适当的方法划分挖填区和计算出土方工程量。编制项目区土方调配方案为运用运筹学的原理规划出消耗资源最少的调配方案，并运用软件简化数字计算过程，提高效率。研究内容还包括土方工程实施方法与保障措施，主要为对土方工程的实施给出方法并提出要求。由于项目区具有一定的特殊

15、性，在土方工程进行的过程中需要制定一些特殊措施以保障工程的各项安全。1.5 技术路线确定研究区域范围研究结论基础资料搜集与整理提出工程实施方法和保障建议建立土方调配模型优化土方调配方法编制土方调配初始方案计算项目区土方量选择土方量计算方法2 项目用地概况2.1 苏滹沱村土地资源与自然环境概况2.1.1 土地资源概况苏滹沱村位于河南省洛阳市老城区邙山镇，东邻前李村，西到水口村，南接望朝岭，北至孟津县朝阳镇周寨村。据传说苏滹沱村是战国时期著名政治家苏秦的故里，而村里沟底有条小河名苏滹沱河，“苏滹沱”之名由此而来。另有一条姚家沟。村北有“玳眉奶奶店”，相传是商朝汤王后妃之神庙，每年农历六月初六有古庙

16、会，相传是日为玳眉娘娘生日。村北的寨叫“安乐寨”，建于清同治元年。全村有8个村民组、450户、1726人，土地面积1875亩。 洛阳地理条件优越。它位于暖温带南缘向北亚热带过渡地带，属暖温带大陆性季风气候和亚热带季风气候，四季分明，气候宜人。年平均气温约15C，降雨量约630毫米，其中南部山区能达到1200毫米以上。东邻郑州，西接三门峡， 北跨黄河与焦作接壤，南与平顶山、南阳相连。东西长约179公里， 南北宽约168公里。 洛阳地势西高东低。境内山川丘陵交错，地形错综复杂，其中山区45.51%，丘陵40.73%，平原占13.8%，周围有郁山、邙山、青要山、荆紫山、周山、樱山、龙门山、香山、万安

17、山、首阳山、黛眉山、嵩山等十多座山脉；境内河渠密布，分属黄河、淮河、长江三大水系，黄河、洛河、伊河、清河、磁河、铁滦河、涧河、瀍河等10余条河流蜿蜒其间，有“四面环山六水并流、八关都邑、十省通衢”之称。由于洛阳地处中原，山川纵横，西依秦岭，出函谷是关中秦川；东临嵩岳；北靠太行且有黄河之险；南望伏牛，有宛叶之饶，所以“河山拱戴，形势甲于天下”。截至2009年底，洛阳市土地总面积1523584.5公顷，农用地面积1151613.1公顷，其中，耕地432289.59公顷，园地13665.42公顷，林地638741.51公顷，其它农用地66916.68公顷；建设用地163303.42公顷，其中，居民点

18、及独立工矿用地138324.16公顷，交通运输用地9606.66公顷，水利设施用地15372.6公顷；未利用地208668.01公顷，其中，未利用土地167491.91公顷，其他土地41176.1公顷 洛阳市国土资源局.洛阳市土地资源概况.2010，.。2.1.2 环境现状（1）水环境地表水：洛阳市地表水总体水质为良好，2010年全市监控河流的总长度为578公里，其中综合水质类别达到、类的河段长度为492公里，占全市监控河段总长度的85.1%，伊河、汝河水质级别为优，洛河为良好。地下水：2010年全市地下水单井水质良好的占90.09%，水质较差的占9.1%，水质级别为良好。（2）声环境现状20

19、10年度区域环境噪声平均等效声级为53.6分贝，城市区域声环境质量属较好。2.2 项目区地籍信息2.2.1 权属调查情况从当地国土资源管理部门搜集用地范围内土地利用现状调查及土地登记中的权属资料，并对分幅权属界线图、权属来源证明文件等进行了审核，将审核合格的行政界线、权属界线转绘到工作底图上；对无上述权属证明材料或权属界线模糊、不清的，在各级国土资源管理部门的配合下，组织原权属单位有关人员按土地利用现状调查技术规程和城镇地籍调查规程要求现场指界，并将用地范围内的权属界线测绘到工作底图上。2.2.2 地类调查情况依据全国土地分类、以土地利用现状图上的地类界线，通过现场调查及实地判读，将用地范围内

20、及其附近的各地类界线测绘或转绘在工作底图上，并标注二级地类编号。同时对土地利用现状调查的地类进行了核实，与实地不一致的，在勘测定界报告及面积量算表中已注明。利用收集到的用地范围内的土地利用总体规划资料、基本农田保护区规划图及基本农田保护区界线图，将用地范围内及其附近的基本农田界线测绘和转绘在工作底图上，图上确定项目用地占用基本农田的范围，并进行了实地核定。2.2.3 项目占地面积及地类实测项目用地总面积为15.8410公顷，其中农用地面积为8.2494公顷，占用基本农田面积为0.0公顷。地类代号对照：耕地：013-旱地；园地：021-果园；交通运输：104-农村道路；城镇村及工矿用地：203-

21、村庄。项目区面积与分类面积分别见表2-1、表2-2。表2-1 勘测面积表单位：公顷总面积15.8410按现状权属分类国有集体15.8410按现状地类分类农用地8.2494其中耕地6.7671基本农田建设用地7.5916未利用地按用地占用方式分类农转用15.8410其中耕地6.7671基本农田表2-2 土地分类面积表（农转用）洛阳市老城区邙山镇 单位：公顷权属单位耕地其中园地其中交通运输用地其中城镇村及工矿用地其中合计备注旱地果园农村道路村庄苏滹沱村6.76716.76711.38551.38550.09680.09687.59167.591615.8410合计6.76716.76711.385

22、51.38550.09680.09687.59167.591615.8410计算者：丁鸽 检查者：索西京 2012年2月20日2.3 项目用地地质概况2.3.1 地质概况场地地貌单元属于邙山黄土丘陵。（1） 项目区域地质构造 拟建场地在大地构造上跨越华北断块区和秦岭断褶系两个构造单元，位于华北断块内。工程区所在的洛阳盆地系于中生代末期生成的北东向断陷盆地，西与宜阳盆地相连，向东延伸至偃师一带。根据区域地质资料，拟建场地及其附近无全新活动断裂通过，未发现新构造活动的痕迹。（2） 不良地质作用 根据区域地质资料，拟建场地及其附近地势平缓，不存在滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、采空区和因城市或工业区抽水而

23、引起区域性地面沉降等等不良地质作用。另外，场区无防空洞或其它人工地下设施通过。2.4 项目用地土壤概况2.4.1 土壤基本组成根据野外钻探、现场原位测试及室内土工试验成果进行综合分析，场区地基土竖向分布大体与地形走势一致，地基土上部主要为坡洪积、冲洪积作用形成的粉质粘土及粉土层，下部为粉质粘土层。2.4.2 土壤分层根据现场勘察并参考区域地质资料，可将项目用地表层土壤进行分层。（1）黄土状粉质粘土夹粉土（Q4dl+pl）黄褐色，硬塑坚硬。具针孔及大孔隙，含有次生姜石、砖末、白色钙质、植物根须及炭末、杂色土柱，局部姜石富集。该层粉质粘土无摇振反应，干强度中等，韧性中等，稍有光泽。粉土摇振反应中等

24、，干强度低，韧性低，无光泽。此层以坡洪积成因为主，均匀性及 结构性差。具湿陷性，湿陷性轻微中等。压缩系数平均值0.19MPa-1，属中压缩性土。层厚为0.805.40m。（2）黄土状粉质粘土（Q3dl+pl）黄褐黄褐（红色），硬塑坚硬，局部可塑。具针孔及大孔隙，含有铁锰质斑，略具块状结构。该层无摇振反应，干强度高，韧性高，有光泽。具湿陷性，湿陷性轻微中等。压缩系数平均值0.15MPa-1，属中压缩性土。层厚为1.307.00m。（3）粉质粘土（Q2al+pl）黄褐（红色）棕红色，硬塑坚硬。具少量针状孔隙，含有铁锰质斑，具块状结构。该层无摇振反应，干强度高，韧性高，具油脂光泽。压缩系数平均值0.

25、14MPa-1，属中偏低压缩性土。层厚为1.0011.50m。（4）含姜石粉质粘土（Q2al+pl）浅棕红色，局部黄褐色（带红色），姜石为灰白色，硬塑坚硬，局部为粘土。具少量不明显的针状孔隙，含有鲜亮的大块铁锰质斑及姜石，姜石含量高，局部富集成层，由姜石和粘性土胶结在一起，呈胶结或半胶结状态，含少量粘性土，螺旋钻具回转钻进困难，有时需采用岩心管回转钻进或冲击钻进。该层无摇振反应，干强度较高，韧性较高，切面光滑。此层厚度在4.5米以上。2.5 苏滹沱村土地开发项目概况2.5.1 项目位置及用途拟建项目位于洛阳市老城区邙山镇苏滹沱村。东至洛吉快速通道；西至洛孟公路；南至苏滹沱村小学旧址；北至苏滹沱

26、村界。总占地面积约1163亩。该项目用地现状为荒地，到处是建筑垃圾，还有一条尚未填满垃圾的深沟。基地呈较规则的平行四边形，北部为三角形，主入口设在西侧，临洛阳通往孟津及连霍高速公路入口的主干道洛孟道。 区内规划多栋生产厂房、生产车间、办公楼、科研楼、集体宿舍及食堂，总建筑面积329947平方米。本文针对其中一期的土地，一期用地469亩，为基地北部，主要为新能源、新材料及配套服务设施。在一期用地中的最北端有一村寨遗址依山坡走势而建，其中有窑洞等建筑遗址和大量树木和灌木，为保护这一遗址以及周边的植被，这一区域不算在产业园区内。一期规划主体结构为一层框架生产用房及三层配套服务设施建筑；二期用地694

27、亩，为基地南部，主要为高科技生产及装备制造及配套服务设施。主体结构为一层框架生产用房及三层配套服务设施建筑；项目预计工期3年。即2012年3月开工，2015年3月全部完成。其中：一期工程为2012年3月至2013年3月；二期工程为2013年3月至2015年3月。2.5.2 项目规划原则 （1）坚持适度超前原则规划要适度超前，遵循现代化产业发展的准则，基地建设在功能、规模、标准上应具有适度超前性，适应现代生产组织方式的要求。（2）坚持环境友好原则遵循产业发展与生态保护相结合的原则，按照既满足企业生产又保护好环境的要求，生产企业布局与环境保护紧密结合，建设生态型、花园式的产业园。坚持保护优先、开发

28、有序，以资源保护为重点，创造良好的生态环境。（3）坚持综合效益最佳原则规划重视经济效益、社会效益、生态效益并重的原则，力求去塑造一个具有优雅环境和鲜明个性的特色空间，并在此基础上充分注重开发建设的投资效益，力求增大投资吸引力，促进基地建设的展开。（4）坚持资源节约原则按照建设资源节约型社会的要求，坚持开发节约并重、集约利用土地，按照发展循环经济要求，大力推进节能、节水、节地、节材，加强资源综合利用，合理确定开发建设标准。（5）坚持科学布局、综合开发原则科学发展观的指导下，合理划分基地功能区，合理布局生产、居住、公共设施用地。坚持综合开发和协调发展，实现经济效益、社会效益和环境效益的最大化。2.

29、5.3 功能分区中电产业洛阳基地规划是以生产研发新能源、新材料、新技术为代表的新型低碳产业园区，形成高科技、新能源、新材料产业聚集区。基地内拟规划布局新能源生产区、新材料生产区、设备制造区、生活教育科研区、生态试验区。（具体布局位置见附图）新能源生产区，拟规划占地208亩；新材料生产区，拟规划占地144亩 ；设备制造区，拟规划占地372亩；生活教育科研区，拟规划占地322亩；生态试验区，拟规划占地117亩；合计占地1163亩。2.5.4 公共建筑和公用设施布置给水：区内没有市政给水管网，拟建2口自备井作为水源。污水：区内没有完善的污水排放收集系统，排水系统相对比较落后。本项目规划建设污水处理厂

30、一座，区内污水经处理后排放至污水受纳体。雨水：雨水经景观水体后，排入防洪渠内。供电：电力来自洛孟公路10KV变电站，区内设置10KV开闭所一座。供热：园区内无市政供热，本项目采用自备锅炉供热。燃气：区内使用燃气来自基地南侧洛阳燃气总站。2.5.5 道路交通组织项目路网统一规划，以现状地形为基础，结合各个功能区划分，形成四格三纵方格网为主的路网结构，场地内有便捷明确的交通路线，并均按通行汽车考虑。道路分四级设计：园区景观主干道，园区环路，园区次干道，厂区内部支路。园区景观主干道，道路红线宽度24米；园区环路，道路红线宽度21米；园区次干道，道路红线宽度14米；厂区内部支路道路红线宽度9米。3 项

31、目土方工程量测算3.1 土地平整基本理论 3.1.1 土地平整基本概念 土地平整是指通过拆迁、土方工程对土地表层状况进行改造，拆除建筑物、构筑物以及消除明显的土地不同位置的高差，以达到后续施工的要求的一项工作。3.1.2 土地平整的基本方法土地平整工程通常采用倒行子法、抽槽法和全铲法等3种方法，每种方法都有各自的优缺点，采用何种土地平整方法，应根据地块的地形地貌状况、土地平整方式等具体情况确定。（1）倒行子法倒行子法是一种机械与人工结合的平整土地的方法。具体操作分两步进行： 1)根据测量设计，确定开挖线。2)进行划行取土。沿开挖线，以1 m宽度分别向上向下划行，确定取土带和填土带。平整时先挖第

32、一取土带，直至标准地面以下233 mm，将土填入第一填土带，将第二取土带厚约233 mm耕层肥土，填入第一取土带槽底。再开挖第二取土带生土，填入第二填土带，同时将第三填土带表土反卷在第二填土带上，如此抽生留熟，依次平整。采用此方法平整土地有两大优点：可保留表土，保持地力均匀；平地加深翻，可达到改良土壤的目的。但此方法操作较为精细，影响施工进度。（2）抽槽法抽槽法也是一种机械与人工结合的平整土地的方法。具体操作分3步进行：首先根据测量设计，确定开挖线。然后开槽平整。根据设计划行，开槽取土。熟土放至槽梁，生土垫至低处。最后搜根平梁，进行合槽。采用抽槽法平整土地的最大好处是，可同时开多槽，进度快，工

33、效高。（3）全铲法全铲法是一种主要依靠机械进行土地平整的方法，在具体操作时，把设计地面线以上的土一次挖去，起高垫低。这种方法适于机械平整，工效高。3.2 土方量计算的方法土地平整挖填土方量的计算方法有多种。传统计算方法有方格网法、断面法、抛物线法和等高线法等。近年来随着计算机技术的发展，一些软件被广泛地应用到土方量计算中 刘淑芹，龙占江，尹令贵.土地平整工程土方量计算.黑龙江水利科技.2006，34(6)：110-111.。常用的有MAPGIS制图计算软件、TFT土方计算绘图软件及数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)等。采用相关软件计算土方量，精度高，速度快，

34、效率高。但其运算原理，与传统计算方法并无实质性差异，而且必须以精度较高的地形图作为基础图件。而平原地的大多数土地整理项目区，总体地形平坦，微地貌复杂，地面高差常常在1 m以内，项目区地形图中甚至没有一条等高线。这样的地形图当然不能作为土方量计算的基础图件。必须先按照一定规律采集项目区各离散点的地面标高，然后才能进行土方量的计算 龙占江，刘淑芹，董志达.土地整理中的土方调配.黑龙江水利科技.2007，35(2)：165-166.。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。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

35、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。在地形起伏较大、精度要求高的一些山区则需要用到TIN的计算方法。但是也要考虑到，如果地图本身数据量大，数据储存量的问题 陈丹.土地整理中土地平整问题探讨.现代农业科技.2012，（5）：385-387.。3.3 方格网法计算土方工程量3.3.1 方法选择依据拟建项目位于洛阳市老城区邙山镇苏滹沱村。东至洛吉快速通道；西至洛孟公路；南至苏滹沱小学旧址；北至苏滹沱村界。总占地面积约1163亩。该项目用地现状为荒地，到处是建筑垃圾。基地呈较规则的平行四边形，本文涉及区域为项目一期工程，位于基地北部，近似三角形，

36、面积为469亩。主入口设其南在西侧，临洛阳通往孟津及连霍高速公路入口的主干道-洛孟道。由于项目用地面积较大，相对较为平坦，所以采用方格网法。这种方法计算的数据量小，计算速度快，省却了DTM法庞大的数据存储量。3.3.2 方格网法原理与步骤方格网法是将绘有等高线的现场地形图划分为若干数量的方格，然后按设计标高和自然标高计算出施工高程（即挖、填高程），进而计算出挖填方工程量 彭琼芬.土地开发整理项目中土地平整工程量的计算研究.昆明理工大学学报.2010，35（3）：12-15。（1）方格的划分和施工高程的确定在本项目中是根据地形图，以20m20m确定方格，施工高程为挖、填土石方的施工高度，以“+”

37、表示挖方，即自然高程大于设计高程；“-”表示填方，即自然高程小于设计高程。施工高程的计算公式为：施工高程 = 自然高程-设计高程（2）求零线零线是划分挖与填的分界线，它是方格边线上施工高程为零的连线。求零线点有公式法和图解法。 公式法：零点位置按公式（1），（2）计算计算示意图见图3-1：X1=ah1h1+h2 (3-1)X2=a-X1 (3-2)式中：X1、X2 为角点至零点的距离；a为方格网边长；h1、h2为相邻两点的施工高程的绝对值。 图3-1 公式法示意图 图解法：图3-2 图解法示意图a 一点挖方（或填方）：V=12bch33=bch36 (3-3)当a=b=c时：V=a2h36 (

38、3-4)b 两点挖方（或填方）：V=b+c2ah1+h34=b+cah1+h38 (3-5)c 三点挖方（或填方）：V=a2-bc2h1+h2+h35 (3-6)d 四点挖方（或填方）：V=a24h=a24h1+h2+h3+h4 (3-7)（3） 土方量计算公式挖（或填）土方量是按各计算图形的底面积乘以平均施工高度而得出的。常用的方格网点土石方量可按下列公式计算： 三角棱柱的体积计算方法几何形状示意见图图3-2 方格网计算几何示意图计算时先把方格网顺地形等高线将各个方格划分成三角形，每个三角形的三个角点的填挖施工高度，用h1、h2、h3表示。当三角形三个角点全部为挖或全部为填时其挖填方体积为：

39、 V锥=a26h33h1+h3h2+h3 (3-8)三角形三个角点有填有挖时，零线将三角形分成两部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边形的楔体，其锥体部分的体积为：V=a26h1+h2+h3 (3-9)楔形部分的体积为： V锥=a26 h33h1+h3h2+h3 -h3+h2+h1 3-103.4 项目区土方工程量计算项目区根据开发商设计要求和现场地貌将场地分为4部分，西北部设置标高为234m，中部设置标高为232m，南部设置标高为229.5m，东南部设置标高为228m，（采用80洛阳独立坐标系总面积469.327亩如图1所示。对上述四个区域分别利用南方CASS软件进行方格网法土方量

40、测算，得到四个区域共需挖方222095.8立方米，填方1399979.6立方米。图3-1 土方工程计算分区图图3-2 区域1土方平衡图图2所示为区域1，总面积942451.1平方米，根据规划设计标高为234m（洛阳80独立坐标系）总挖方105499.1立方米，总填方164735立方米。图3-3 区域2土方平衡图图3所示区域为区域2，总面积140473.6平方米，根据规划设计标高为232m（洛阳80独立坐标系）总挖方10485.5立方米，总填方895711.4立方米。图3-4 区域3土方平衡图图4所示为区域3，总面积41217.5平方米，根据规划设计标高为229.5m（洛阳80独立坐标系）总挖方

41、106111.2立方米，总填方23786.8立方米。图3-5 区域4土方平衡图图5所示为区域4，总面积29213.5平方米，根据规划设计标高为228m（洛阳80独立坐标系）总挖方0立方米，总填方315746立方米。4 项目区土方调配4.1 土方调配的目的和原则本文所涉及土方项目属于大型场地土方工程，面积和土方量都很大，施工条件差，工期长，需要消耗大量的机械设备和人力，为保证土方工程质量，顺利完成施工任务，必须做好土方施工规划设计工作 颜成贵，李茶青.土地平整的原则及方法探讨.广东水利水电.2003，2：69-71.。土方调配是土方施工规划设计的重要内容，一个土方调配的最优方案，需在编制过程中对

42、调配方案反复进行检验并经过多次计算优化才能编成。土方调配所采用的方法也是土方调配工作能否经济快速的完成的关键所在。4.1.1 土石方调配的目的确定填方用土的来源、挖方弃土的去向以及计价土石方的数量和运距等；通过调配合理地解决各路段土石方平衡与利用问题，从挖方区挖出的土石方，在经济合理的调运条件下移挖作填，尽量减少外借和弃土，少占用耕地和以土方调运造价 杨国耀.土方调配最优方案编制.石家庄铁道学院学报.1994，7（l）：37-42.。4.1.2 调配原则（1）应力求达到挖、填就地平衡和运距最短的原则；（2）土石方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则；（3）土石方调配应采取分区与全场相结合来

43、考虑的原则；（4）土石方调配还应尽可能与大型地下室建筑的施工相结合；（5）选择适当的调配方向、运输路线，使土方机械和运输车辆的功效能达到充分的发挥。4.2 土方调配方案4.2.1 方案设计方法土方工程中，通过土方调配计算确定施工区域填挖方区土方的调配方向和数量，以达到缩短工期和降低成本的目的。土方调配问题是指从不同的挖方区向不同的填方区运送土方，每个填方区需要特定数量的土方。问题是如何分配每个挖方区的土方供给，以便在满足每个填方区需求的条件下，优化某个目标，如最小全部费用或最小总运输量 李松涛，余明全，陈常优.土地平整中土方调配的快速实现方法.河南理工大学学报. 2007，26(6)：675-

44、680.。土方调配问题从实质上讲属于运筹学中的运输问题，它又分为平衡和不平衡两类。运输问题( TP) 最早由 Hieheoek和 Kantorovic 两位学者提出，我国科学家王元、越民义等人率先开展研究，并于 1959 年前后获得了表上作业法等重要成果 HITCHCOCK F L. The distribution of a product from several sources to numerous localities M. JMath Phys.1941，20：224-230.- KANTOROVICH LV. Mathematical methods of organizing

45、and planning production J. Management Science.1960，6 (4):：336-422.。表上作业法是当前我国解决土方调配问题通用的传统方法，其基本计算过程为：通过西北角法、最小元素法、元素差额法中的一种方法找出初始基可行解。之后运用闭回路法或位势法判别基可行解是否最优，当全部检验数非负时，取得最优解。最后在表上用闭回路调整法进行调整，确定换入变量和换出变量，重复以上步骤直至找出新的基，获得最优方案。4.2.2 划分调配区根据土方工程量的计算结果，将项目区划分4个填方区和8个挖方区，如图4-1所示。图4-1 挖方区与填方区分布图4.2.3 计算调配区

46、间平均运距（1） 重心位置计算公式：X0=ViXiVi Y0=ViYiVi (4-1) 其中X0，Y0分别为挖方调配区或填方区的重心坐标(m)；Vi为每个方格的土方量（m3）；Xi、Yi为各方格的重心坐标(m)，（通常近似的取方格的形心）。（2） 填、挖方区间的平均运距（L0）计算公式：L0=(XOT-XOW)2+(YOT-YOW)2 (4-2)XOT、YOT为填方区的重心坐标XOW、YOW为挖方区的重心坐标重心求出后，标于相应的调配区图上，然后用比例尺量出每对调配区之间的平衡运距。4.2.4 土方调配的数学模型 土方调配是在假定场区内填挖方平衡原则下进行的，目的是使土方总运输量(m-m)最小

47、或土方运输费用(元)最低。在此条件下，土方调配可采用线性规划方法计算确定最优方案。它能否保证总运输量为最小，应进行判别检验，土方调配最优方案常用“位势法”求检验数进行判别如果求出的检验数均为正数，则说明该方案为最优方案，否则该方案不是最优，仍需要调整优化 伍文水，杜 宏.土方工程量计算方法的优化研究.农技服务.2012，29(2)：216 -218.。土方调配是用“表上作业法”进行的，表1是土方平衡与运距表，从表l可以看出，整个场地划分为m个挖方区W1，W2，Wi，Wm，其相应的挖方量为w1，w2，wi，wm；有n个填方区T1，T2，Tj，Tn其相应的填方量为t1，t2，tj，tn。并假定填挖

48、平衡，即 i=1mwi=j=1ntj （4-3）式(13)说明从挖方区调到各填方区的土方和(横行相加)应等于该挖方区挖方量，若不相等：如果i=1mwij=1ntj，就是说该挖方区调给各填方区的调配量已超过了它的设计挖方量，使它超挖，造成开挖面低于设计平面反常现象，这是极大的浪费；反之该挖方区就欠挖，剩下的挖方不全部调往各填方区，总不能再另行弃土，显然这也是很不合理的。式（14）表示从各个挖方区调进该填方区的土方之和(竖向相加)应等于这个填方区的填方量，如果i=1mj=1ncijxijz，说明从各挖方区调到该填方区的调配土方量已超过了它的实际需要量，使该填方区的土填高了，造成施工的浪费。反之，说

49、明该填方区填得不够高，仍需从其他地方取土将其填平，这将使土方施工费用无故增加。从W1到T1的平均运距(或单位土方运价，或单位土方施工费用)为c11调配的土方量为x11一般地说从Wi到Tj的运距或单价为cij。于是土方调配问题可以用下列数学模型表达，求一组Xij的值，使目标函数(土方总运输量或土方总运输费或土方总施工费)z=i=1mj=1ncijxij （4-4）为最小值并满足下列约束条件：j=1nxij=Wi i=1，2，n （4-5）i=1mxij=Tj j=1，2，m （4-6）xij0 （4-7）式（15）说明从挖方区Wi调到各填方区的土方和(横行相加)应等于该挖方区挖方量，若不相等：如

50、果j=1nxijWi就是说该挖方区调给各填方区的调配量已超过了它的设计挖方量，使它超挖，造成开挖面低于设计平面反常现象，这是极大的浪费；反之该挖方区就欠挖，剩下的挖方不全部调往各填方区，总不能再另行弃土，显然这也是很不合理的。式（16）表示从各个挖方区调进该填方区的土方之和(竖向相加)应等于这个填方区的填方量，如果i=1mxijTj，说明从各挖方区调到该填方区的调配土方量已超过了它的实际需要量，使该填方区的土填高了，造成施工的浪费。反之，说明该填方区填得不够高，仍需从其他地方取土将其填平，这将使土方施工费用无故增加。Xij0是不允许的，因为它意味着在土方调配中出现了反向运输，从填方区取土往挖方

51、区填属于劳民伤财。从这些实际意义来理解约束条件的数学原理，这对作好土方调配方案颇为有益。由上述约束条件可知，变量xij有mn个，方程数有m+n个，而这种线性独立方程实际上只有m+n-1个(由于填挖平衡，横行m个方程相加减去纵向n-1个方程之和便可得到第n个方程式)。为了求出一组(m+n-1)个变量的解，须先令mn-(m+n-1)个变量为零(即无调配量)。同时为了减少运算次数，应按就近调配的原则，从土方调配表中的运距最小值开始，依次先给这些填方区调配足够多的土方量，并满足约束条件要求，一一求出第一组有调配量的(m+n-1)个变量xij，而其余的mn- (m+n-1)个变量都先假定为零(在这一方案

52、中没有调配土方)，这一组解只能视为土方调配的初始方案，它还不一定就是最优方案，为此需要对其进行检验。检验的方法是在这一组解中换一个变量，即把一个有调配量的Xij(选其中运距最大的)变为零，而给这一方案中其值先令为零的一个变量(应选其中运距较小者)调配适当的土方，调整后的方案，计算结果若能使目标函数值下降，那么新方案就比前一方案合理，如此返复试算，返复调整，直到使目标函数值最小，这才是土方调配的最优方案 刘立群.土方调配优化中运筹方法的改进.工业技术经济. 2001，（4）：61-63.。但本文所涉及的场地挖填方并不平衡，所以要对模型进行适当的调整。具体过程如下：当挖方量小于填方量时，土方调运的

53、数学模型为：MinZ=i=1mj=1ncijxij (4-8)j=1nxij=wi i=1，2，n (4-9)i=1mxijtj j=1，2，m (4-10)xij0 (4-11)式中符号与前面相同。这时可设一个挖方区Wm+1其挖方为总填方量与总挖方量之差。即wm+1=j=1ntj-i=1mwi (4-12)所设挖方区Wm+1运往填方区Tj的(j=1，2，n)土方量为xm+1j，并且有：i=1mxij+xm+1j=tj (4-13)xm+1j是场外取土往场内的缺土量，也可以是场地外取土点运往Tj区的运土量。如果xm+1j为Tj的缺土量，则Cm+1j=0，如果xm+1j是取土点Tj运往的实际运土

54、量，Cm+1j应根据实际运距与运价来确定，用这种方法就将挖方小与填方的不平衡调配问题转化为了平衡问题。将项目区实际的数值带入模型中可得到它的土方调配作业表见表4-1：表4-1 土方调配作业表 由于项目区的挖方小于填方，需要设置新的挖方区W5，其挖方量为总填方量与总挖方量之差，经计算为1342519m3。场地平整所缺少的土方需要从外运输，由于场地只有一个入口，则将入口处设为新挖方区的重心计算与各个填区之间的运距。4.2.5 运用Microsoft Excel软件优化调配设计过程得出最优结果 土方调配可以用“单纯形法”或“表上作业法”求解。但用“表上作业法”求解土方调配最优方案须轮流计算，计算量很

55、大；用“单纯型法”则更繁琐 张现乐，王月明，欧阳靖雯.土方调配和运输问题的两种实现方法.四川建筑.2012，（4）：204-207.。同时，无论是图解法还是用单纯形法，通常采用手工算法，计算起来比较繁琐，也很容易出错。Excel 表具有强大的规划求解功能，具体操作步骤如下。（1）在上述已建好的填挖方平衡及运距Excel表中，接着建立单元格见表4-2表4-2 计算表格其中，单元格B9: I13与线性规划模型中变量xij相对应，为可变单元格，保持原始值0空置不填；单元格B13:I13和 J9:J13为约束条件的部分表达式，在J9单元格中输入公式“= SUM(B9:I9)”(即x11+x12+x18

56、)，下方四个单元格分别按照同样填写；在B12单元格中输入公式“= SUM(B8:B11) ”，右侧7个单元格分别按照同样形式填写；单元格K2与线性规划模型中目标函数的表达式相对应，是目标单元格，输入公式“=SUMPRODUCT(B2: I6，$B$9:$D$13) ”，实际含义为“土方总运输量”。计算式中$B$8:$D$11为绝对地址，这样做是为了方便计算式的复制。按上述输入后，单元格B14:I14、J9:J13和K2的值暂时变为0，见表4-2。（2 加载“规划求解”程序一般情况下，Microsoft Excel软件中规划求解的功能都尚未安装，需要加载。单击“工具”菜单，然后点击“加载宏”，然

57、后在弹出菜单中选中“规划求解”项，最后单击“确定”即可。（3）设置“规划求解参数”点击“工具”中的“规划求解”选项打开规划求解参数设置页面。在“设置目标单元格中”填入“$K$2”，在“等于”选项中选择“最小值”，在“可变单元格”选项中填入“$B$9:$I$13”。在“约束”选项中点击“添加”按纽，添加约束条件“$B$14:$I$14=$B$7:$I$7、$J$9:$J$13=$J$2:$J$6和$B$9:$I$130”。点击“选项”按钮出现“规划求解选项”对话框，选定“采用线性模型”和“假定非负”复选项，其中的“迭代次数”选项参数可以随着精度的要求决定。（4）求解规划求解参数全部设置好之后，即可点击“求解”按钮进行计算，弹出“规划求解结果”对话框后，点击“确定”后便得到求解结果(见表4-3) 。表4-3 土方调配方案表从表4-3中可以看出土方的调配方案为：挖方区W1分别运往填方区T3、T4土方203.4m3和105295.7m3，挖方区 W2需要分别运往填方区T1、T2、T3、土方8872.5m3、138.2m3和778.6m3，挖方区W3需要运往填方区T1土方695.7m3，挖方区W4需要运往填方区T8土方23786.8m3，挖方区W5分别运往填方区T4、T5、T6、T7和T8土方46207.6m3、2529.6m3、895711.4m3、106111.2m3和291959