緯地軟件在復雜邊坡工程土石方計算中的應用

任斌斌 張 可 付 博 凌 飛

(四川志德巖土工程有限責任公司，四川 成都 611130)

在公路路基設計中緯地軟件的應用比較廣泛，可根據施工圖紙計算出道路的土石方量[1-5]，眾多學者對緯地軟件在土石方工程中的應用進行了大量研究，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算方法的缺點，并給出相關操作步驟，擴大了緯地軟件在工程中的應用。劉伍等[13]以孝感市乾坤達到東延伸段為例，介紹了如何利用緯地軟件計算項目的土石方量。趙錦[14]通過對緯地軟件內置算法的研究，提出了一種匝道縱斷面自動傳坡設計方法，該方法能夠自動生成道路的初始縱斷面。

1 具體內容及項目背景

在一般場平工程的土石方量計算中，我們經常使用鴻業土石方、南方cass等土石方軟件通過方格網法來計算土石方量，對于道路兩側的邊坡，上述軟件也有相應的放坡工具進行邊坡土石方計算。但是在一些山區場地，會經常產生復雜的邊坡，此時再用上述軟件就會顯得繁瑣，而且若是邊坡支護中需要做擋墻支護，上述軟件也不能精確的計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。可以在場平邊界線以內或者邊坡下(上)口線以內的范圍選擇用鴻業土石方或者南方cass等土石方軟件通過方格網法來計算土石方量，而在邊坡工程中選擇緯地道路軟件通過平均斷面法來計算邊坡的土石方量，如圖1所示。

以家益·春風云庭項目為背景，詳細闡述相關計算過

程。場地由P01019及P01024兩個地塊組成，總占地面積約200.8畝，場地四周為山體斜坡，坡度約25°～45°，現狀下場地自北向南形成3個平臺，場地西側自西向東形成5個平臺，平臺之間高差約5 m～10 m，根據建筑規劃總平面圖，擬建建筑自北向南分5個平臺分臺布置。根據擬建建筑區域整平標高及結合場地現狀標高，后期場地整平時場地中部各平臺之間形成高約3 m～10 m的挖方邊坡，邊坡擬采用擋墻進行支擋，場地內共布設5段擋墻。因場地邊坡區域較大，本文僅以P01019地塊西側邊坡為例，進行項目的土石方計算(見圖2)。

2 計算方法

眾所周知，在公路工程中，緯地軟件采用平均斷面法進行土石方量計算，即根據斷面采集原始地面數據，再根據設計數據得到道路標準橫斷面，用蓋帽的方法求得每個斷面挖填方面積，從而計算得到填挖土石方量。但是如何利用緯地道路精確的計算出如圖1所示的邊坡的土石方量是個難題。下面以家益·春風云庭項目為例，介紹緯地道路軟件在邊坡土石方量計算中的具體應用。

計算部分主要包括如下幾個步驟：

1)數據采集及處理。

在土石方計算之前首先需要對原地面數據進行采集，我們可以通過緯地道路軟件里面的數模工具讀取地形圖的高程信息(高程點和等高線)建立數模。

2)平面設計。

根據總平規劃，場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，以確定好設計道路的平面位置。打開緯地道路軟件，通過“新建項目”指定項目名稱和路徑，再通過“設計”—“主線平面設計”進行路線的平面設計，得到對應的里程數據。平面線設計中應注意圓曲線和前后緩和曲線的合理取值，使設計出的道路線形與設計圖紙提供的場平邊界線相吻合。

3)路基控制參數輸入。

通過“項目”—“設計向導”來完成路基控制參數輸入，因為筆者將場平邊界線設置為道路中心線，為了達到前文所說的只計算邊坡一側的土石方量的效果，可將路幅寬度設為0，如圖3所示。

因為在本項目中，只計算邊坡一側的土石方量，而不考慮另一側填挖方量，所以單擊“下一步”進行邊坡參數設置時，對邊坡這一側按照邊坡工程設計圖紙進行坡率、坡高、平臺等參數設計，而另一側需將邊坡坡率設置成垂直，但是緯地道路軟件并不支持1∶0的邊坡坡率，會導致系統錯誤，無法計算。因此可將該側邊坡坡率設置為1∶0.001。后續設置可按實際情況進行選擇。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，可以在緯地項目中心進行分段設計，以便能夠準確地計算出邊坡的挖填方量。設置完成后斷面如圖4所示。

4)縱、橫斷面原始地形數據輸入。

因在前文建立了原始地面數模，因此可方便用“數模”—“數模應用”—“縱斷面插值”“橫斷面插值”等工具完成對縱、橫斷面原始地形數據的輸入。

5)縱斷面設計。

在該項目中，場平標高已經明確，所以在“縱斷面設計”中縱斷面設計標高按照項目實際場平標高設置，輸入完畢后點擊“計算顯示”，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。

在上述設置完成后，進行道路的路基計算，選擇“設計”菜單下的“路基設計計算”，在這個過程中需保證系統搜索的樁號范圍一致，否則軟件會報錯。然后可以進行路基橫斷面圖形繪制，選擇“設計”菜單下的“橫斷面設計繪圖”，輸入需要計算的起始樁號和終止樁號，并選中“生成土方數據文件”按鈕，然后分別在“設計控制”“土方控制”“繪圖控制”中設置適當參數，點擊“設計繪圖”，即可在窗口中生成路基橫斷面圖，并在緯地道路軟件內部計算得到最終的土石方挖填量，此時選擇“表格”菜單下“輸出土石方計算表”得到土方計算表格。

若在邊坡支護處理設計中采用了擋土墻的支護形式時，會對土石方量產生影響。此時可將擋土墻支護形式反映在橫斷面設計圖中，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據也會實時更新，再重新選擇“輸出土石方計算表”就可得到比較精準的土石方量。

3 結果驗證

根據上述計算過程，可以得到項目的土石方量，接下來對計算結果進行驗證。緯地軟件是一種專業軟件，并不驗證其內置算法，而是驗證由本文提出的近似方法的正確性。對于邊坡類的土石方工程，其邊坡的下口線及對應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算的范圍，從而直接影響計算結果，因此只需驗證依據本文的計算過程得到的邊坡上口線位置是否正確即可。

在邊坡工程設計中，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。若插值工作反復進行，原則上可以無限趨近于真實的邊坡上口線位置，因此，本文將通過多次插值得到的邊坡上口線位置視為實際邊坡上口線。

共有兩種辦法可以進行驗證，第一種是通過緯地軟件得到邊坡上口線位置，然后與真實的位置進行比較，觀察兩者的差別大小，如果兩者基本一致，可認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(與邊坡支護圖中的剖面線位置一致)的剖面圖，然后根據邊坡支護結構的坡率及馬道寬度，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中的下口線位置一致，證明本文計算過程正確，反之，錯誤。因第一種方法實施性更強，本文采用其進行對比分析。接下來，利用緯地軟件生成邊坡的上口線。可通過緯地—繪圖—繪制總體布置圖得到邊坡的上口線。在彈出的對話框中對于左右側的選擇，要根據項目的實際情況進行。從道路設計起點至終點方向前進，得到的左右側方向即為真實的方向。以本項目為例，應選擇為右側。得到本項目的邊坡上口線位置如圖5所示，將其與真實的邊坡上口線進行比較，可以發現兩者基本重合。

4 研究結論

對于只需計算場平邊坡的土石方項目或者場平邊坡復雜的項目，本文提出了一種近似方法，估算項目的挖填方量，突破了緯地軟件內置算法的限制，并能根據邊坡的不同支護形式計算土石方量，并以實際項目為例，驗證了該方法的可靠性，可為相關類似土石方問題提供參考。