基于數字高程模型的堆填土厚度勘察研究

馮寶山 張偉星

(北京恒華偉業科技股份有限公司，北京 100088)

1 概述

巖土工程勘察是通過合理運用巖土工程的思路及方法，對施工場地進行查明、分析以及評價，為項目進一步的設計、施工提供合理、可靠的依據。同時，巖土工程勘察成果的優劣，不僅關系到設計、施工是否合理安全，更關系到整個建設工程的安全及生產成本。所以巖土工程勘察在整個工程項目中占有重要的作用。除此之外，巖土工程勘察所涉及的科目眾多，包括氣象、地質、水文、巖土力學、環境科學等等，因此，巖土工程勘察也是一門較為復雜的專業[1]。

在巖土工程勘察的過程中，堆填土作為特殊性巖土體一直受到廣泛的關注，主要是因為堆填土受人為因素影響較大，土層分布不均，厚度變化較大，物理性質差，不宜作為地基基礎的持力層[2]。而對于許多巖土工程勘察項目而言，只需要調查清楚堆填土厚度情況即可，因此常規的機械鉆探則顯現出固有的弊端，如工期較長、成本較高、人力物力消耗較大。在綜合考慮常規鉆探方法存在的弊端的情況下，本文將數字高程模型(Digital Elevation Model)引入巖土工程勘察工作中，并對該方法的可行性進行了相關論述。

本文以某分布式光伏發電項目堆填土厚度勘察為研究對象，論述了該項目勘察過程中遇到的重難點問題以及針對問題所提出的解決辦法，為類型項目提供了借鑒經驗。

2 研究區域概況

某分布式光伏發電項目擬建場區位于山西省原平市某廠區內。附近有直通廠區多條道路，對外交通便利。山西省原平市位于東經112°17′～113°35′，北緯38°35′～39°09′之間。最高海拔2 393 m，屬于黃土高原海河流域區域，“兩山夾一盆”為其顯著特點。原平市年均氣溫為8 ℃左右，年降雨量500 mm左右，無霜期160 d。擬建場地地理位置見圖1。

本工程場址區域共占地約717畝。本次勘察范圍主要有光伏組件支架結構及基礎，基礎型式采用鉆孔灌注樁基礎，埋設深度為2.50 m。箱變基礎型式采用箱型基礎，埋設深度為2.00 m。本工程重要性等級為二級，場地等級為二級，地基等級為二級(中等復雜地基)，綜合評價巖土工程勘察等級為乙級。

本項目在進行堆填土勘察的過程中存在以下幾方面的重難點問題：1)擬建場地為工業廠區內的荒地，占地面積大，且廣泛存在堆填土，場地地形起伏較大，原始地形地貌難以辨別，堆填土勘察存在較大困難。2)在擬建場地占地面積大，堆填土不明的情況下，工期短，時間緊張，同時需要保證巖土工程勘察質量。

針對本項目遇到的重難點問題，常規的勘察方法勢必會導致工期延誤以及生產成本的增加，通過研究類似工程項目，本項目首次提出將數字高程模型(Digital Elevation Model)運用到實際巖土勘察工作中，在保證巖土工程勘察工作質量的過程中，加快了勘察進度，減少了生產成本。

3 數據提取與方法

1)數據來源與預處理。本項目由于占地面積大，工期緊，同時堆填土問題較為復雜，傳統的機械鉆探方法進行堆填土的勘察工作并不適用。但是堆填土問題對于光伏樁基礎的設計又十分敏感，因此，堆填土情況調查需要做到快速、可靠。擬建場區地形地貌如圖2所示。

本項目通過利用ENVI軟件、數字高程模型(Digital Elevation Model)[3-5]，對擬建場區未進行堆填土之前地形地貌的高程進行精確還原，同時利用近期數據對場地現狀高程進行精確測量，將兩次所得場地高程數據進行簡單計算，即可得出后期由于人為活動形成的堆填土厚度。

數字高程模型(Digital Elevation Model)，簡稱為DEM，它是通過一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。DEM除了包括地面高程信息外，還可以派生地貌特性，包括坡度、坡向等，還可以計算地形特征參數，包括山峰、山脊、平原和溝谷等。本文主要利用ENVI軟件中DEM Extraction工具進行操作，該工具可以從多種傳感器中獲取數據，包括ALOS PRISM，ASTER，國產資源三號以及天繪衛星等。

本文主要利用的是CARTOSAT-1(P5)傳感器所得到的立體像對，分辨率為2.50 m，分辨率精度可以滿足巖土勘察工作的精度要求，在選取立體像對的過程中，為保證數據精度，盡量選擇拍攝角度較小的影像，通過DEM Extraction工具對選取的立體像對進行輸入立體像、定義地面控制點、定義連接點、設定輸出參數、輸出DEM及檢查結果、編輯DEM等六個主要步驟，最終獲得所需要的高程數據。圖3為擬建場地所在的立體像對。

2)數據校核。為驗證利用數字高程模型(Digital Elevation Model)調查堆填土方法的可靠性，是否可以在實際巖土工程勘察工作中得到有效的應用，本次勘察工作中，對擬建場地部分位置進行了實地鉆探勘察工作，將所得堆填土厚度數據與通過數字高程模型(Digital Elevation Model)得到的數據進行對比分析。通過表1和圖4可以發現，實際鉆探所得數據與統計所得數據具有較高的吻合性，兩者的相關性系數達到了一個較高水平，因此可以判定，將數字高程模型(Digital Elevation Model)與巖土工程勘察工作結合起來是具有可行性的。

3)結果分析。利用數字高程模型(Digital Elevation Model)將整個擬建場地的堆填土厚度進行計算后，得出數據如表2所示，整個場地堆填土厚度變化情況如圖5所示。通過圖表采集的數據可以看出，數字高程模型(Digital Elevation Model)可以統計分析大量采集點數據，與傳統方式相比，很大程度上節約了人力物力，有效的縮短了工期。通過表中數據及圖中折線走勢可以看出，該擬建場區部分區域堆填土情況相對復雜，堆填土厚度相對較厚，且厚度變化較大，在設計和施工時應該充分考慮堆填土厚度及其變化情況。

表1 兩種方法所得數據情況

4 結論與展望

4.1 結論

本文以某分布式光伏發電項目巖土勘察為研究對象，簡述了巖土工程勘察工作在項目建設過程中的重要性，通過利用數字高程模型(Digital Elevation Model)對該項目擬建場地堆填土情況進行統計分析，并且經過校核計算，主要獲得以下結論：1)將數字高程模型(Digital Elevation Model)采集所得到的數據與傳統鉆探方法得到的數據相校核，可以發現該種方法得到的數據具有較高的精度，且相關性系數較高，可以在巖土工程勘察工作中得到應用。2)相較于傳統的巖土工程勘察方法，將數字高程模型(Digital Elevation Model)應用到巖土工程勘察中，可以極大程度的節約人力物力資源，并且在勘察精度范圍內， 可以極大的提高工作效率，縮短工期，為類型項目提供了可以借鑒的經驗。

4.2 展望

本文在研究階段完成了工程實踐工作，并取得了相應的成果，但是針對目前所取得的成果而言，仍有以下問題有待進一步深入研究。本文將高程模型(Digital Elevation Model)與巖土工程勘察工作相結合的方法只適合高程模型(Digital Elevation Model)存在期間，而對于立體像對缺失的場地或時間段則不能有效的使用。