任斌斌 張 可 付 博 凌 飛

(四川志德巖土工程有限責(zé)任公司，四川 成都 611130)

在公路路基設(shè)計(jì)中緯地軟件的應(yīng)用比較廣泛，可根據(jù)施工圖紙計(jì)算出道路的土石方量[1-5]，眾多學(xué)者對(duì)緯地軟件在土石方工程中的應(yīng)用進(jìn)行了大量研究，取得了重要成果[6-11]。其中杜慶宏[12]指出目前道路工程中土石方計(jì)算方法的缺點(diǎn)，并給出相關(guān)操作步驟，擴(kuò)大了緯地軟件在工程中的應(yīng)用。劉伍等[13]以孝感市乾坤達(dá)到東延伸段為例，介紹了如何利用緯地軟件計(jì)算項(xiàng)目的土石方量。趙錦[14]通過對(duì)緯地軟件內(nèi)置算法的研究，提出了一種匝道縱斷面自動(dòng)傳坡設(shè)計(jì)方法，該方法能夠自動(dòng)生成道路的初始縱斷面。

1 具體內(nèi)容及項(xiàng)目背景

在一般場(chǎng)平工程的土石方量計(jì)算中，我們經(jīng)常使用鴻業(yè)土石方、南方cass等土石方軟件通過方格網(wǎng)法來計(jì)算土石方量，對(duì)于道路兩側(cè)的邊坡，上述軟件也有相應(yīng)的放坡工具進(jìn)行邊坡土石方計(jì)算。但是在一些山區(qū)場(chǎng)地，會(huì)經(jīng)常產(chǎn)生復(fù)雜的邊坡，此時(shí)再用上述軟件就會(huì)顯得繁瑣，而且若是邊坡支護(hù)中需要做擋墻支護(hù)，上述軟件也不能精確的計(jì)算因擋墻帶來的土石方量的變化。筆者則通過緯地道路軟件提供一種解決辦法?？梢栽趫?chǎng)平邊界線以內(nèi)或者邊坡下(上)口線以內(nèi)的范圍選擇用鴻業(yè)土石方或者南方cass等土石方軟件通過方格網(wǎng)法來計(jì)算土石方量，而在邊坡工程中選擇緯地道路軟件通過平均斷面法來計(jì)算邊坡的土石方量，如圖1所示。

以家益·春風(fēng)云庭項(xiàng)目為背景，詳細(xì)闡述相關(guān)計(jì)算過

程。場(chǎng)地由P01019及P01024兩個(gè)地塊組成，總占地面積約200.8畝，場(chǎng)地四周為山體斜坡，坡度約25°～45°，現(xiàn)狀下場(chǎng)地自北向南形成3個(gè)平臺(tái)，場(chǎng)地西側(cè)自西向東形成5個(gè)平臺(tái)，平臺(tái)之間高差約5 m～10 m，根據(jù)建筑規(guī)劃總平面圖，擬建建筑自北向南分5個(gè)平臺(tái)分臺(tái)布置。根據(jù)擬建建筑區(qū)域整平標(biāo)高及結(jié)合場(chǎng)地現(xiàn)狀標(biāo)高，后期場(chǎng)地整平時(shí)場(chǎng)地中部各平臺(tái)之間形成高約3 m～10 m的挖方邊坡，邊坡擬采用擋墻進(jìn)行支擋，場(chǎng)地內(nèi)共布設(shè)5段擋墻。因場(chǎng)地邊坡區(qū)域較大，本文僅以P01019地塊西側(cè)邊坡為例，進(jìn)行項(xiàng)目的土石方計(jì)算(見圖2)。

2 計(jì)算方法

眾所周知，在公路工程中，緯地軟件采用平均斷面法進(jìn)行土石方量計(jì)算，即根據(jù)斷面采集原始地面數(shù)據(jù)，再根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)得到道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面，用蓋帽的方法求得每個(gè)斷面挖填方面積，從而計(jì)算得到填挖土石方量。但是如何利用緯地道路精確的計(jì)算出如圖1所示的邊坡的土石方量是個(gè)難題。下面以家益·春風(fēng)云庭項(xiàng)目為例，介紹緯地道路軟件在邊坡土石方量計(jì)算中的具體應(yīng)用。

計(jì)算部分主要包括如下幾個(gè)步驟：

1)數(shù)據(jù)采集及處理。

在土石方計(jì)算之前首先需要對(duì)原地面數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，我們可以通過緯地道路軟件里面的數(shù)模工具讀取地形圖的高程信息(高程點(diǎn)和等高線)建立數(shù)模。

2)平面設(shè)計(jì)。

根據(jù)總平規(guī)劃，場(chǎng)平邊界線或者邊坡下(上)口線已明確，可將該線假定為道路中心線，以確定好設(shè)計(jì)道路的平面位置。打開緯地道路軟件，通過“新建項(xiàng)目”指定項(xiàng)目名稱和路徑，再通過“設(shè)計(jì)”—“主線平面設(shè)計(jì)”進(jìn)行路線的平面設(shè)計(jì)，得到對(duì)應(yīng)的里程數(shù)據(jù)。平面線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意圓曲線和前后緩和曲線的合理取值，使設(shè)計(jì)出的道路線形與設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑膱?chǎng)平邊界線相吻合。

3)路基控制參數(shù)輸入。

通過“項(xiàng)目”—“設(shè)計(jì)向?qū)А眮硗瓿陕坊刂茀?shù)輸入，因?yàn)楣P者將場(chǎng)平邊界線設(shè)置為道路中心線，為了達(dá)到前文所說的只計(jì)算邊坡一側(cè)的土石方量的效果，可將路幅寬度設(shè)為0，如圖3所示。

因?yàn)樵诒卷?xiàng)目中，只計(jì)算邊坡一側(cè)的土石方量，而不考慮另一側(cè)填挖方量，所以單擊“下一步”進(jìn)行邊坡參數(shù)設(shè)置時(shí)，對(duì)邊坡這一側(cè)按照邊坡工程設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行坡率、坡高、平臺(tái)等參數(shù)設(shè)計(jì)，而另一側(cè)需將邊坡坡率設(shè)置成垂直，但是緯地道路軟件并不支持1∶0的邊坡坡率，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)錯(cuò)誤，無法計(jì)算。因此可將該側(cè)邊坡坡率設(shè)置為1∶0.001。后續(xù)設(shè)置可按實(shí)際情況進(jìn)行選擇。若在邊坡工程剖面圖中，每張圖中邊坡坡率及馬道寬度不完全相同，可以在緯地項(xiàng)目中心進(jìn)行分段設(shè)計(jì)，以便能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出邊坡的挖填方量。設(shè)置完成后斷面如圖4所示。

4)縱、橫斷面原始地形數(shù)據(jù)輸入。

因在前文建立了原始地面數(shù)模，因此可方便用“數(shù)模”—“數(shù)模應(yīng)用”—“縱斷面插值”“橫斷面插值”等工具完成對(duì)縱、橫斷面原始地形數(shù)據(jù)的輸入。

5)縱斷面設(shè)計(jì)。

在該項(xiàng)目中，場(chǎng)平標(biāo)高已經(jīng)明確，所以在“縱斷面設(shè)計(jì)”中縱斷面設(shè)計(jì)標(biāo)高按照項(xiàng)目實(shí)際場(chǎng)平標(biāo)高設(shè)置，輸入完畢后點(diǎn)擊“計(jì)算顯示”，可以在窗口中生成縱斷面圖形。

6)橫斷面圖形繪制及土方輸出。

在上述設(shè)置完成后，進(jìn)行道路的路基計(jì)算，選擇“設(shè)計(jì)”菜單下的“路基設(shè)計(jì)計(jì)算”，在這個(gè)過程中需保證系統(tǒng)搜索的樁號(hào)范圍一致，否則軟件會(huì)報(bào)錯(cuò)。然后可以進(jìn)行路基橫斷面圖形繪制，選擇“設(shè)計(jì)”菜單下的“橫斷面設(shè)計(jì)繪圖”，輸入需要計(jì)算的起始樁號(hào)和終止樁號(hào)，并選中“生成土方數(shù)據(jù)文件”按鈕，然后分別在“設(shè)計(jì)控制”“土方控制”“繪圖控制”中設(shè)置適當(dāng)參數(shù)，點(diǎn)擊“設(shè)計(jì)繪圖”，即可在窗口中生成路基橫斷面圖，并在緯地道路軟件內(nèi)部計(jì)算得到最終的土石方挖填量，此時(shí)選擇“表格”菜單下“輸出土石方計(jì)算表”得到土方計(jì)算表格。

若在邊坡支護(hù)處理設(shè)計(jì)中采用了擋土墻的支護(hù)形式時(shí)，會(huì)對(duì)土石方量產(chǎn)生影響。此時(shí)可將擋土墻支護(hù)形式反映在橫斷面設(shè)計(jì)圖中，利用緯地道路軟件的“橫斷面修改”功能修改更新后的剖面圖，該剖面的土石方量數(shù)據(jù)也會(huì)實(shí)時(shí)更新，再重新選擇“輸出土石方計(jì)算表”就可得到比較精準(zhǔn)的土石方量。

3 結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)上述計(jì)算過程，可以得到項(xiàng)目的土石方量，接下來對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。緯地軟件是一種專業(yè)軟件，并不驗(yàn)證其內(nèi)置算法，而是驗(yàn)證由本文提出的近似方法的正確性。對(duì)于邊坡類的土石方工程，其邊坡的下口線及對(duì)應(yīng)的坡率一般是確定的，邊坡的上口線是未知的。但是其限定了土石方計(jì)算的范圍，從而直接影響計(jì)算結(jié)果，因此只需驗(yàn)證依據(jù)本文的計(jì)算過程得到的邊坡上口線位置是否正確即可。

在邊坡工程設(shè)計(jì)中，一般包括平面圖和剖面圖，通過多次插值，可以在平面圖中表示出邊坡的上口線位置。若插值工作反復(fù)進(jìn)行，原則上可以無限趨近于真實(shí)的邊坡上口線位置，因此，本文將通過多次插值得到的邊坡上口線位置視為實(shí)際邊坡上口線。

共有兩種辦法可以進(jìn)行驗(yàn)證，第一種是通過緯地軟件得到邊坡上口線位置，然后與真實(shí)的位置進(jìn)行比較，觀察兩者的差別大小，如果兩者基本一致，可認(rèn)為本文的方法是正確的。第二種方法是可以利用軟件生成的邊坡上口線，得到特定位置處(與邊坡支護(hù)圖中的剖面線位置一致)的剖面圖，然后根據(jù)邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的坡率及馬道寬度，反推邊坡下口線位置。若反推得到的邊坡下口線與邊坡支護(hù)中的下口線位置一致，證明本文計(jì)算過程正確，反之，錯(cuò)誤。因第一種方法實(shí)施性更強(qiáng)，本文采用其進(jìn)行對(duì)比分析。接下來，利用緯地軟件生成邊坡的上口線?？赏ㄟ^緯地—繪圖—繪制總體布置圖得到邊坡的上口線。在彈出的對(duì)話框中對(duì)于左右側(cè)的選擇，要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行。從道路設(shè)計(jì)起點(diǎn)至終點(diǎn)方向前進(jìn)，得到的左右側(cè)方向即為真實(shí)的方向。以本項(xiàng)目為例，應(yīng)選擇為右側(cè)。得到本項(xiàng)目的邊坡上口線位置如圖5所示，將其與真實(shí)的邊坡上口線進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)兩者基本重合。

4 研究結(jié)論

對(duì)于只需計(jì)算場(chǎng)平邊坡的土石方項(xiàng)目或者場(chǎng)平邊坡復(fù)雜的項(xiàng)目，本文提出了一種近似方法，估算項(xiàng)目的挖填方量，突破了緯地軟件內(nèi)置算法的限制，并能根據(jù)邊坡的不同支護(hù)形式計(jì)算土石方量，并以實(shí)際項(xiàng)目為例，驗(yàn)證了該方法的可靠性，可為相關(guān)類似土石方問題提供參考。