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土地平整計算的原理與方法

2008-07-09 11:27    【  【打印】【我要糾錯】

  1.土地平整與其他土地整理工程的協(xié)調(diào)問題

  土地平整工程作為整個土地整理項目的一個環(huán)節(jié),它的規(guī)劃和實旌應(yīng)當(dāng)與土地整理的其他各項工程協(xié)調(diào)進(jìn)行。

  要把耕地、道路、防護(hù)林、排灌渠道、機(jī)井、抽水站、輸電線路和村莊等結(jié)合起來考慮,全面規(guī)劃,合理安排。要以村鎮(zhèn)定路,以地形定渠,渠路搭架,劃塊定方。以干、支路與干、支、斗渠分大方,生產(chǎn)路與分、引渠分小方,大方套小方,各個方田形成網(wǎng)格。要先修渠、路,搭好骨架,然后平整土地,進(jìn)行方內(nèi)建設(shè)。

  2.實施土地乎整工程應(yīng)遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

  平整后的田塊應(yīng)有利于作物的生長發(fā)育,有利于田間機(jī)械化作業(yè),有利于水土保持,滿足灌溉排水要求和防風(fēng)要求,便于經(jīng)營管理。

  2.1田塊大小

  耕作田塊大小的確定應(yīng)綜合考慮地形起伏情況、田間工程難易程度、是否便于耕作和排灌等方面的情況,方田的大小和形狀受田間渠系和道路的走向控制。在平原地區(qū)方田長度一般為500~800米,寬度一般為200~300米,方向為南北向。

  2.2田面坡降

  耕作田塊的設(shè)計必須保證排灌暢通,灌排調(diào)控方便,必須保持一定的田面坡降?v向(灌水方向)坡降應(yīng)小于1/500,橫向以水平為宜。

  2.3田塊土壤

  為保證耕作田塊的土壤質(zhì)量及當(dāng)年增產(chǎn),土地平整時應(yīng)盡量保留耕層熟土,保蓄底墑,打碎土塊,深耕細(xì)作。要重施有機(jī)肥,巧施速效肥,挖方部位的施肥量至少應(yīng)為填方部位的2倍。要選種耐瘠作物,加強(qiáng)田間管理。

  2.4挖、填土方量

  土地平整挖、填土方量要基本相等。填方地段和挖方合槽地段均需留有一定虛高,一般虛高應(yīng)為回填厚度的20~25%。

  3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“全鏟法”等三種方法,每種方法都有各自的優(yōu)缺點,采用何種土地平整方法,應(yīng)根據(jù)地塊的地形地貌狀況、土地平整方式等具體情況確定。

  3.1倒行子法

  倒行子法是一種機(jī)械與人工結(jié)合的平整土地的方法。具體操作分兩步進(jìn)行:

  首先根據(jù)測量設(shè)計,確定開挖線。

  然后進(jìn)行劃行取土。沿開挖線,以l米寬度分別向上向下劃行,確定取土帶和填土帶。平整時先挖第一取土帶,直至標(biāo)準(zhǔn)地面以下7寸,將土填入第一填土帶,將第二取土帶厚約7寸耕層肥土,填入第一取土帶槽底。再開挖第二取土帶生土,填入第二填土帶,同時將第三填土帶表土反卷在第二填土帶上,如此抽生留熟,依次平整。

  采用此方法平整土地有兩大優(yōu)點:可保留表土,保持地力均勻;平地加深翻,可達(dá)到改良土壤的目的。但此方法操作較為精細(xì),影響施工進(jìn)度。

  3.2抽槽法

  抽槽法也是一種機(jī)械與人工結(jié)合的平整土地的方法。具體操作分三步進(jìn)行:

  首先根據(jù)測量設(shè)計,確定開挖線。

  然后開槽平整。根據(jù)設(shè)計劃行,開槽取土。熟土放至槽梁,生土墊至低處。

  最后搜根平梁,進(jìn)行合槽。

  采用抽槽法平整土地的最大好處是,可同時開多槽,進(jìn)度快,工效高。缺點是,合槽時,梁上表土不易保存,造成地力不勻。

  3.3全鏟法

  全鏟法是一種主要依靠機(jī)械進(jìn)行土地平整的方法,在具體操作時,把設(shè)計地面線以上的土一次挖去,起高墊低。

  這種方法適于機(jī)械平整,工效高。但出現(xiàn)生土多,地力不易恢復(fù)。人工平地不宜采用此種方法。

  4土地平整土方量的計算

  土地平整挖填土方量的計算方法有多種。傳統(tǒng)計算方法有方格網(wǎng)法、梯形法(斷面法)、辛卜生法(拋物線法)、等高線法等。近年來隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,一些軟件被廣泛地應(yīng)用到土方量計算中。常用的有MAPGIS制圖計算軟件、TFT土方計算繪圖軟件、數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)等(4)。采用相關(guān)軟件計算土方量,精度高,速度快,效率高。但其運算原理,與傳統(tǒng)計算方法并無實質(zhì)性差異,而且必須以精度較高的地形圖作為基礎(chǔ)圖件。而平原地區(qū)的大多數(shù)土地整理項目區(qū),總體地形平坦,微地貌復(fù)雜,地面高差常常在1米以內(nèi),項目區(qū)地形圖中甚至沒有一條等高線。這樣的地形圖當(dāng)然不能作為土方量計算的基礎(chǔ)圖件。必須先按照一定規(guī)律采集項目區(qū)各離散點的地面標(biāo)高,然后才能進(jìn)行土方量的計算。方格網(wǎng)法正是按照這樣的步驟進(jìn)行土方量計算的,有必要在此對這一傳統(tǒng)計算方法的基本原理加以說明。

  方格網(wǎng)法計算土地平整挖填土方量的基本原理是:把要平整的土地分成若干方格,測出各方格點的高程,計算出它們的平均高程,根據(jù)平均高程和設(shè)計坡度,求出填挖邊界和各方格點的填挖數(shù),最后計算挖填土方量。以下以河北省阜城縣土地整理項目區(qū)中的一個典型地塊(400×400米)為例,介紹方格網(wǎng)法計算挖填土方量的簡要過程。

  4.1測設(shè)方格網(wǎng)

  先在要平整的地塊內(nèi)測設(shè)方格網(wǎng),方格的大小根據(jù)地形繁簡程度和施工方法而定,一般人工施工多用20×20米方格,地而起伏較大時用10×10米;機(jī)械施工多用40×40米或100×100米。因項目區(qū)地形起伏不大,且以機(jī)械施工為主,方格的大小擬采用100×100米,各方格點按所在的橫縱行列編號(如2.1等),測設(shè)完畢繪制一張略圖。

  4.2測量各方格點處的地面高程

  用水準(zhǔn)儀實地測量各方格點的水平讀數(shù)(精確到毫米),為以后運算方便需將該水平讀數(shù)換算成海拔高度。各點的高程值應(yīng)按點號記錄在設(shè)計圖中各方格點的右上角。

  4.3計算方格網(wǎng)的平均高程

  由于各方格點所控制的面積不相同,四角點和周圍邊點控制的面積較中問各點所控制的面積小,采用算術(shù)平均法計算平均高程會產(chǎn)生一定的誤差。一般采用加權(quán)平均法來計算,以一個方格的四分之一作為一個單位面積,定其權(quán)為1,那么各點的權(quán)分別是:角點為l(a角=1),邊點為2(a邊:2),中心點為4(Q中=4)。加權(quán)平均法就是把各方格點的高程分別乘上各點的權(quán),求得總和后,再除以各點權(quán)數(shù)總和,此加權(quán)平均值即為項目區(qū)的設(shè)計高程(H)。照此方法計算,此典型地塊的加權(quán)平均高程(H)為12.584米。

  H=[a角(H角1+H角2+H角3+H角4)+a邊(H邊1+H邊2+…+H邊12)+a中(H中I+H中2+…+H中9)]/(4 a角+12 a邊+9 a中)

  =[1×(12.810+12.466+12.488+12.618)+2×(12.818+12.615+12.680+12.302+12.374+12.460+12.545+12.502+12.601+12.854+12.811+12.730)+4×(12.684+12.614+12.594+12.612+12.481+12.488+12.400+12.481+12.534)]/(4×1+12×2+9×4)

  =12.570(米)

  4.4計算斜平面上各方格點的設(shè)計高程和填挖數(shù)

  為排水需要,每塊方田都平整為南高北低的斜平面,縱向坡降1/5000,橫向水平。因方田形狀規(guī)則,故其重心點必然在“土方工程設(shè)計圖”中縱坐標(biāo)為2的那條近東西向直線(0-2)上,因平整后東西向水平,此線上各點的高程均為12.570米。南北向兩方格點間的設(shè)計高差為0.02米(100×1/5000),以設(shè)計高程12.570米線為基準(zhǔn),各方格點的設(shè)計高程是向南遞增0.02米,向北遞減0.02米。各點設(shè)計高程的推算,均直接在略圖上進(jìn)行,設(shè)計讀數(shù)寫在各方格點的右下角。

  當(dāng)各方格點的設(shè)計高程計算校核無誤后,可按下式計算各點填挖數(shù):

  填挖數(shù)=地面高程。設(shè)計高程

  式中:填挖數(shù)為“+”時,表示挖方;

  填挖數(shù)為“-”時,表示填方。

  各點的填挖數(shù)在略圖上直接算出,寫在各點設(shè)計高程下面。

  4.5計算零點位置,畫出填挖邊界

  在方格的挖方點與填方點之間,必定有一個不挖不填的點,即填挖邊界點(零點),把所有相臨的零點連接起來,就是填挖邊界線(零線)。零點和零線是計算土方量和施工的重要依據(jù)。

  計算零點位置的方法所依據(jù)的是相似三角形的比例關(guān)系(圖1)。

圖1零點位置計算示意圖

  因為xl/h1=l/(hl+h2),所以Xl=l.hl/(hl+h2)

  式中:

  l——方格邊長;

  h1、h2——方格兩端的填挖數(shù)的絕對值;

  X1——零點①距填挖數(shù)為h1的方格點的距離。

  如在“土方工程設(shè)計圖”中,0-3點與0-4點填挖數(shù)的絕對值分別為hl(0.130)和h2(0.084),方格邊長為Z(100),0-3點至零點①的距離為x1,則:

  Xl=100×0.130/(0.130+0.084)=60.75米

  同理,求出各零點②,③,④,……⑦的位置,然后在圖上連出零線,并在實地根據(jù)方格點找出相應(yīng)的零點位置,用白灰撒出零線,作為施工時的填挖邊界(圖2)。

  
         
         
         
         
 

圖2填挖零線設(shè)計圖

  4.6計算填挖土方量

  根據(jù)零線位置和各方格點處的填挖數(shù),即可分別算出各方格中的填方量和挖方量。這樣算法雖準(zhǔn)確,但計算工作量大,本設(shè)計采用近似算法。在一個方格中不分別計算零線兩側(cè)的填方量和挖方量,而是把方格四個格點填挖數(shù)的代數(shù)和乘以四分之一方格面積,作為該方格中應(yīng)運進(jìn)的填方量或要運出的挖方量。通過計算本方田的總填方量為5975.00立方米,總挖方量為5920.00立方米(圖3)。

12.530 -0.084 -830.00 12.680 l-3   12.530 -0.228 -1507.50 12.400 2-3   12.530 -0.156 -777.50 12.48l 3-3   12.530 -0.070 -432.50 12.534 4-3  
12.550 0.130 167.50 12.615 1-2   12.550 -0.150 -665.00 12.612 2-2   12.550 -0.069 -640.00 12.481 3-2   12.550 -0.016 -427.50 12.488 4-2  
12.570 0.045 1022.50 12.818 1-1   12.570 0.042 177.50 12.684 2-1   12.570 -0.089 -357.50 12.614 3-1   12.570 -0.082 -337.50 12.594 4-1  
12.590 0.228 1605.00 12.810 1-0   12.590 O.094 1097.50 12.730 2-0   12.590 0.024 1182.50 12.8ll 3-0  12.590 0.004 667.50 12.854 4-0 

  總填方量和總挖方量在理論上應(yīng)相等,但因為存在測量和計算誤差,兩者總有些出入。為了求得填、挖土方量相等或相近,需要多次調(diào)整設(shè)計高程,計算填、挖土方量。反復(fù)調(diào)整工作可使用相關(guān)計算軟件來完成。

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