土地平整计算的原理与方法.docx

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土地平整计算的原理与方法

土地平整计算的原理与方法

土地整理在我国是一个较新的学科领域，面对“二十一世纪谁来养活中国?

”的严峻挑战，积极推行土地整理，已成为解决各方用地矛盾，实现土地资源可持续利用和保持经济快速、健康发展的必然选择。

近年来随着人们对自身生存条件和环境意识的觉醒，深刻地感受到了土地整理的急迫性，许多地方的国土部门都在积极申报土地整理项目，以便利用国家投资，通过对项目区田、水、路、林、村的综合整治，提高土地质量，改善农业生产条件和生态环境。

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、农业机械化的重要条件，是建设高产稳产、旱涝保收基本农田的重要措施。

土地平整工程量大、投资额高，为保证工程的顺利实施，必须解决好以下几个关键性问题。

1．土地平整与其他土地整理工程的协调问题

土地平整工程作为整个土地整理项目的一个环节，它的规划和实旌应当与土地整理的其他各项工程协调进行。

要把耕地、道路、防护林、排灌渠道、机井、抽水站、输电线路和村庄等结合起来考虑，全面规划，合理安排。

要以村镇定路，以地形定渠，渠路搭架，划块定方。

以干、支路与干、支、斗渠分大方，生产路与分、引渠分小方，大方套小方，各个方田形成网格。

要先修渠、路，搭好骨架，然后平整土地，进行方内建设。

2．实施土地乎整工程应遵循的技术标准

平整后的田块应有利于作物的生长发育，有利于田间机械化作业，有利于水土保持，满足灌溉排水要求和防风要求，便于经营管理。

2.1田块大小

耕作田块大小的确定应综合考虑地形起伏情况、田间工程难易程度、是否便于耕作和排灌等方面的情况，方田的大小和形状受田间渠系和道路的走向控制。

在平原地区方田长度一般为500～800米，宽度一般为200～300米，方向为南北向。

2.2田面坡降

耕作田块的设计必须保证排灌畅通，灌排调控方便，必须保持一定的田面坡降。

纵向（灌水方向）坡降应小于1／500，横向以水平为宜。

2.3田块土壤

为保证耕作田块的土壤质量及当年增产，土地平整时应尽量保留耕层熟土，保蓄底墒，打碎土块，深耕细作。

要重施有机肥，巧施速效肥，挖方部位的施肥量至少应为填方部位的2倍。

要选种耐瘠作物，加强田间管理。

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虚高，一般虚高应为回填厚度的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“全铲法”等三种方法，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。

3.1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:

首先根据测量设计，确定开挖线。

然后进行划行取土。

沿开挖线，以l米宽度分别向上向下划行，确定取土带和填土带。

平整时先挖第一取土带，直至标准地面以下7寸，将土填入第一填土带，将第二取土带厚约7寸耕层肥土，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。

3.2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。

具体操作分三步进行:

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，工效高。

缺点是，合槽时，梁上表土不易保存，造成地力不匀。

3.3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。

但出现生土多，地力不易恢复。

人工平地不宜采用此种方法。

4土地平整土方量的计算

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、梯形法（断面法）、辛卜生法（抛物线法）、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。

常用的有MAPGIS制图计算软件、TFT土方计算绘图软件、数字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）等（4）。

采用相关软件计算土方量，精度高，速度快，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。

而平原地区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米以内，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。

方格网法正是按照这样的步骤进行土方量计算的，有必要在此对这一传统计算方法的基本原理加以说明。

方格网法计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，测出各方格点的高程，计算出它们的平均高程，根据平均高程和设计坡度，求出填挖边界和各方格点的填挖数，最后计算挖填土方量。

以下以河北省阜城县土地整理项目区中的一个典型地块（400×400米）为例，介绍方格网法计算挖填土方量的简要过程。

4.1测设方格网

先在要平整的地块内测设方格网，方格的大小根据地形繁简程度和施工方法而定，一般人工施工多用20×20米方格，地而起伏较大时用10×10米；机械施工多用40×40米或100×100米。

因项目区地形起伏不大，且以机械施工为主，方格的大小拟采用100×100米，各方格点按所在的横纵行列编号（如2.1等），测设完毕绘制一张略图。

4.2测量各方格点处的地面高程

用水准仪实地测量各方格点的水平读数（精确到毫米），为以后运算方便需将该水平读数换算成海拔高度。

各点的高程值应按点号记录在设计图中各方格点的右上角。

4.3计算方格网的平均高程

由于各方格点所控制的面积不相同，四角点和周围边点控制的面积较中问各点所控制的面积小，采用算术平均法计算平均高程会产生一定的误差。

一般采用加权平均法来计算，以一个方格的四分之一作为一个单位面积，定其权为1，那么各点的权分别是:

角点为l（a角=1），边点为2（a边:

2），中心点为4（Q中=4）。

加权平均法就是把各方格点的高程分别乘上各点的权，求得总和后，再除以各点权数总和，此加权平均值即为项目区的设计高程（H）。

照此方法计算，此典型地块的加权平均高程（H）为12.584米。

H=[a角（H角1+H角2+H角3+H角4）+a边（H边1+H边2+…+H边12）+a中（H中I+H中2+…+H中9）]／（4a角+12a边+9a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计算斜平面上各方格点的设计高程和填挖数

为排水需要，每块方田都平整为南高北低的斜平面，纵向坡降1／5000，横向水平。

因方田形状规则，故其重心点必然在“土方工程设计图”中纵坐标为2的那条近东西向直线（0-2）上，因平整后东西向水平，此线上各点的高程均为12.570米。

南北向两方格点间的设计高差为0.02米（100×1／5000），以设计高程12.570米线为基准，各方格点的设计高程是向南递增0.02米，向北递减0.02米。

各点设计高程的推算，均直接在略图上进行，设计读数写在各方格点的右下角。

当各方格点的设计高程计算校核无误后，可按下式计算各点填挖数:

填挖数=地面高程.设计高程

式中：

填挖数为“+”时，表示挖方；

填挖数为“-”时，表示填方。

各点的填挖数在略图上直接算出，写在各点设计高程下面。

4.5计算零点位置，画出填挖边界

在方格的挖方点与填方点之间，必定有一个不挖不填的点，即填挖边界点（零点），把所有相临的零点连接起来，就是填挖边界线（零线）。

零点和零线是计算土方量和施工的重要依据。

计算零点位置的方法所依据的是相似三角形的比例关系（图1）。

图1零点位置计算示意图

因为xl／h1=l／（hl+h2），所以Xl=l·hl／（hl+h2）

式中:

l——方格边长；

h1、h2——方格两端的填挖数的绝对值；

X1——零点①距填挖数为h1的方格点的距离。

如在“土方工程设计图”中，0-3点与0-4点填挖数的绝对值分别为hl（0.130）和h2（0.084），方格边长为Z（100），0-3点至零点①的距离为x1，则:

Xl=100×0.130／（0.130+0.084）=60.75米

同理，求出各零点②，③，④，……⑦的位置，然后在图上连出零线，并在实地根据方格点找出相应的零点位置，用白灰撒出零线，作为施工时的填挖边界（图2）。

图2填挖零线设计图

4.6计算填挖土方量

根据零线位置和各方格点处的填挖数，即可分别算出各方格中的填方量和挖方量。

这样算法虽准确，但计算工作量大，本设计采用近似算法。

在一个方格中不分别计算零线两侧的填方量和挖方量，而是把方格四个格点填挖数的代数和乘以四分之一方格面积，作为该方格中应运进的填方量或要运出的挖方量。

通过计算本方田的总填方量为

5975.00立方米，总挖方量为5920.00立方米（图3）。

12.530

—0.084

-830.00

12.680l-3

12.530

一O.228

-1507.50

12.4002-3

12.530

-0.156

-777.50

12.48l3-3

12.530

-0.070

-432.50

12.5344-3

12.550

0.130

167.50

12.6151-2

12.550

-0.150

-665.00

12.6122-2

12.550

-O.069

-640.00

12.4813-2

12.550

-0.016

-427.50

12.4884-2

12.570

0.045

1022.50

12.8181-1

12.570

0.042

177.50

12.6842-1

12.570

-0.089

-357.50

12.6143-1

12.570

-O.082

-337.50

12.5944-1

12.590

O.228

1605.00

12.8101-0

12.590

O.094

1097.50

12.7302-0

12.590

0.024

1182.50

12.8ll3-O

12.590

0.004

667.50

12.8544-O

4.6计算填挖土方量

根据零线位置和各方格点处的填挖数，即可分别算出各方格中的填方量和挖方量。

这样算法虽准确，但计算工作量大，本设计采用近似算法。

在一个方格中不分别计算零线两侧的填方量和挖方量，而是把方格四个格点填挖数的代数和乘以四分之一方格面积，作为该方格中应运进的填方量或要运出的挖方量。

通过计算本方田的总填方量为5975.00立方米，总挖方量为5920.00立方米（图3）。

总填方量和总挖方量在理论上应相等，但因为存在测量和计算误差，两者总有些出入。

为了求得填、挖土方量相等或相近，需要多次调整设计高程，计算填、挖土方量。

反复调整工作可使用相关计算软件来完成。