CASS9.0在水庫(kù)開挖與填筑中的應(yīng)用

楊香云，王志真

（1.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省農(nóng)業(yè)對(duì)外經(jīng)濟(jì)合作中心，山東 濟(jì)南 250013）

泊于水庫(kù)工程屬于小型山前沖積平原，地形較為平坦，淹沒區(qū)涉及威海市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的18個(gè)村莊，工程占地量大。此區(qū)人均占有耕地較少，土地資源十分寶貴，如何減少淹沒占地，降低征遷難度，是本工程需要解決的重要問題。本文以威海市新建的泊于水庫(kù)工程為例，探討采用南方CASS9.0軟件中DTM法在水庫(kù)庫(kù)盆開挖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 土方量計(jì)算方法

1）DTM法。DTM法計(jì)算土方量是根據(jù)實(shí)地測(cè)定的地面點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）和設(shè)計(jì)高程，通過生成三角網(wǎng)來計(jì)算每一個(gè)地塊的填挖方量，最后累計(jì)得到指定范圍內(nèi)挖填方量的總和，并可繪出填挖方分界線。用該方法計(jì)算土方量通常采用三種算法：一種是由坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件計(jì)算，第二種是依照?qǐng)D上高程點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，第三種是依照?qǐng)D上的三角網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算。DTM法以所采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對(duì)地形的起伏能很好地進(jìn)行模擬，并產(chǎn)生填挖界限，是土方量計(jì)算中最常用方法之一，不管是平原地區(qū)還是起伏較大的丘陵和山區(qū)都有很大優(yōu)勢(shì)。其精度取決于地形點(diǎn)的測(cè)量密度、工程位置和高程點(diǎn)數(shù)目等因素。

2）方格網(wǎng)法。方格網(wǎng)法計(jì)算土方量是根據(jù)實(shí)地測(cè)定的地面點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）和設(shè)計(jì)高程，通過生成方格網(wǎng)來計(jì)算每一個(gè)方格內(nèi)的填挖方量，最后累計(jì)得到指定范圍內(nèi)填挖方量，并繪出填挖方分界線。該方法的精度取決于數(shù)據(jù)采集的密度和方格網(wǎng)設(shè)置的大小。一般說來，方格的寬度越小，計(jì)算精度越高。但如果方格寬度設(shè)置過小，超過野外采集點(diǎn)的密度也沒有實(shí)際意義。方格網(wǎng)法適于地形起伏較小、坡度變化平緩的場(chǎng)地，如土地平整，塘、河填挖等大面積土方量估算。

3）斷面法。斷面法可應(yīng)用于計(jì)算道路斷面間的土方、場(chǎng)地?cái)嗝骈g的土方及任意二斷面間土方量。該方法對(duì)采集數(shù)據(jù)的均勻程度和局部性要求較高，且結(jié)果發(fā)生的偏差不容易看出原因。斷面法計(jì)算簡(jiǎn)便實(shí)用，其計(jì)算精度跟斷面間距有直接聯(lián)系，該方法局限性較大，適于平原、高差較小或狹長(zhǎng)的地形，比如河道、灌排渠道、管道等帶狀工程的土石方計(jì)算。

4）區(qū)域土方量平衡。土方平衡的功能常應(yīng)用在場(chǎng)地平整時(shí)，以填挖方邊界線為界，從較高處挖得的土石方直接填到區(qū)域內(nèi)較低的地方，就可完成場(chǎng)地平整。

通過介紹可以發(fā)現(xiàn)，不同的計(jì)算方法適合不同類型的工程，因此在具體選用中，要依據(jù)工程的具體情況而定。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程簡(jiǎn)介

泊于水庫(kù)位于山東省威海市石家河流域下游，為低山丘陵區(qū)。根據(jù)庫(kù)區(qū)總體布置，按照有利于施工的原則，將庫(kù)區(qū)分成63個(gè)地塊。

為盡量減少淹沒影響占地，根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)威海市1/500地形圖，以節(jié)省占地、投資較省為原則，結(jié)合威海市東部新城發(fā)展規(guī)劃，采用水庫(kù)庫(kù)區(qū)挖填增容填筑抬田方案。庫(kù)盆內(nèi)以15 m等高線為基準(zhǔn)（即水興利水位），以上水平向內(nèi)1.0 m為抬田外邊緣，按照1∶5的邊坡結(jié)合各地塊的實(shí)際地形情況，抬田至17.0 m（部分地塊抬田高程至16.5 m，19.0 m，21.0 m）；以下填筑邊坡與現(xiàn)狀地面相交，交點(diǎn)外延水平距離20 m處作為開挖上端點(diǎn)，向庫(kù)內(nèi)開挖，平均開挖至底高程9.5 m，最大開挖深度5.5 m。抬田區(qū)作為工程棄土區(qū)，當(dāng)做臨時(shí)用地進(jìn)行復(fù)耕。

2.2 實(shí)際運(yùn)用

泊于水庫(kù)位于低山丘陵區(qū)，地形復(fù)雜，對(duì)于工程的預(yù)算，選擇合理的計(jì)算方法及計(jì)算軟件十分重要。本次采用CASS9.0程序DTM法中的依照?qǐng)D上高程點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，將63個(gè)地塊以15 m高程基準(zhǔn)線為界，采用復(fù)合線分別畫出閉合區(qū)域，計(jì)算各地塊的工程量。其中1~4、11~12、24~31、32～38、50、54 共 23 個(gè)地塊，抬田高程為 19.00 m；39~42共4個(gè)地塊抬田高程為21.00 m；其余地塊抬田高程均為17.00 m。表層土用于復(fù)耕，厚度取0.45 m。以57地塊為例，說明計(jì)算工程量的方法。

1）首先用多段線畫出所要計(jì)算土方的區(qū)域面，邊線不要擬合而成，因?yàn)閿M合過的曲線將會(huì)在進(jìn)行土方計(jì)算時(shí)會(huì)用折線疊代。

2）選擇“工程應(yīng)用”。命令行將會(huì)顯示提示：“選擇計(jì)算區(qū)域的邊界線”；選擇各地塊的閉合多段線。

3）屏幕上彈出DTM土方的計(jì)算對(duì)話框后，選擇依據(jù)實(shí)際地形中的高程點(diǎn)，輸入設(shè)計(jì)標(biāo)高，程序會(huì)根據(jù)地形的實(shí)際情況完成工程量的計(jì)算。

平場(chǎng)面積是選擇的地塊面積，用于計(jì)算表層土的方量，57號(hào)地塊表層土方量為33 847.6 m3；最小高程為地塊內(nèi)最低處，最大高程是地塊內(nèi)最高點(diǎn)，平場(chǎng)標(biāo)高即是開挖或回填設(shè)計(jì)標(biāo)高值，開挖方量即為程序計(jì)算方量減去表層土剝離量為105 840.5 m3；填筑量即為程序計(jì)算方量減去表層土剝離量為160 732.8 m3。

通過對(duì)各地塊的反復(fù)試算，確定抬田區(qū)的高程及剝離厚度，以滿足各地塊復(fù)墾表層土及抬田區(qū)域填筑土量的需求，最大限度的減小工程占地。

2.3 計(jì)算結(jié)果

庫(kù)區(qū)開挖土方量801.65萬(wàn)m3，填筑土方535.95萬(wàn)m3，表層土剝離147.47萬(wàn)m3用于各抬田區(qū)表層復(fù)耕土的回填。采用庫(kù)盆開挖與抬田填筑相結(jié)合的方案，有效減小了庫(kù)區(qū)的淹沒占地。計(jì)算的工程量見表1。

表1工程量計(jì)算結(jié)果匯總表 m3

3 結(jié)語(yǔ)

CASS9.0中的DTM法計(jì)算工程量的方法，適用于地形不規(guī)則的丘陵或山區(qū)，操作簡(jiǎn)單，精度高，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足，使計(jì)算的結(jié)果更加準(zhǔn)確。結(jié)合泊于水庫(kù)的實(shí)際情況，提出了采用庫(kù)盆開挖與抬田修筑相結(jié)合技術(shù)方案，有效減小了永久淹沒占地，大大降低了征遷難度。