工程测量大学论文精品(七篇)

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篇(1)

吉林省地理信息工程院1

中国市政工程东北设计研究总院2

[论文摘要]20世纪末，随着传统测绘技术向数字化测绘技术转化，工程测量学也发生了深刻的变化，并取得很大的成就。着重阐述数字化技术的应用给工程测量学带来的变化。

[论文关键词]数字化 工程测量 应用

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

近年随着时代的发展，科学技术的进步，计算机技术大量投入运用，在工程上可以利用先进的自动化设备和系统软件来实现测图的自动化控制即数字化测图。随着数字化测图技术的推广，越来越多的工程例如：水电工程、土地规划管理、城市土地规划、环境工程和军事工程等部门开始使用该项技术。工程测量学科是一门应用学科，它是直接为国民经济建设服务，紧密与生产实践相结合的学科，随着科技的飞速发展，特别是电子计算机技术、微电子技术、激光技术、空间技术等新技术的发展与应用，以及测绘科技本身的进步，为工程测量技术进步提供新的方法和手段，有力地推动和促进工程测量事业的进步与发展，使工程测量的技术面貌发生了深刻的变化，并取得很大的成就。

一、数字化测图的组成及功能

（1）数字化测图系统构件。

主要由数据采集系统：全站仪或高精度GPS；数据后期处理系统：计算机和软件件；图件输出系统：工程打印机这三大部分组成。

（ 2）数字化测图系统功能。

主要有数据采集与输入；地图编辑；空间数据管理；空间分析；地形分析；数据显示与输出等功能。

二、先进的测量仪器在工程测量中的应用

80年代以来出现许多先进的测量仪器，为工程测量提供了先进的技术工具和手段，如：光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、数字水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等，为工程测量向现代化、自动化、数字化方向发展创造了有利的条件，改变了传统的工程控制网布网、地形测量、道路测量和施工测量等的作业方法。三角网已被三边网、边角网、测距导线网所替代；光电测距三角高程测量代替三、四等水准测量；具有自动跟踪和连续显示功能的测距仪用于施工放样测量；无需棱镜的测距仪解决了难以攀登和无法到达的测量点的测距工作；电子速测仪为细部测量提供了理想的仪器；精密测距仪的应用代替了传统的基线丈量。激光水准仪、全自动数字水准仪、记录式精密补偿水准仪等仪器的出现，实现了在几何水准测量中自动安平、自动读数和记录、自动检核测量数据等功能，使几何水准测量向自动化、数字化方向迈进。激光准直仪和激光扫描仪在高层建筑施工和大面积混凝土施工中是必不可少的仪器。国产JDA系列多功能自动激光准直仪，具有6种自动保持精度的基准，可用于高层和高耸建筑的轴线测控；滑模测偏、测扭、水平测控；构筑物与设备安装放线控测；各类工程测平，结构变形观测等。陀螺经纬仪是用于矿山、隧道等工程测量的另一类主要的地面测量仪器，新一代的陀螺经纬仪是由微机控制，仪器自动、连续地观测陀螺的摇动并能补偿外部的干扰，观测时间短、精度高，如Cromad陀螺经纬仪在7min左右的观测时间能获取3″的精度，比传统陀螺经纬仪精度提高近7倍，作业效率提高近10倍，标志着陀螺经纬仪向自动化方向迈进。

三、数字化测图的作业模式，作业过程和优点

（1）数字化测图的作业模式

①电子平板作业模式：该模式是将笔记本电脑通过电缆与全站仪连接，观测数据直接进人电子平板在成图软件的支持下，现场连线成图。②绘制草图作业模式：该模式是在全站仪采集数据的同时，绘制观测草图，记录所测地物的形状并注记测点编号，内业将观测数据输入电脑，在测图软件的支持下对照草图连线及图形编辑。③碎部点编码作业模式：该模式是按照一定的规则给每个所测碎部点—个编号，即一个编号对应一组坐标(x、Y、z)，内业将数据输人电脑，在成图软件的支持下，由计算机自动完成测点连线形成图形。

（2）数字化测图的作业过程

①数字化测图的外作业应当尽量利用当地环境中的自然分界作为划分界限，例如可利用道路，水流等进行地形图的测绘，这样做的好处既划分了测图的单元也减少了接边的问题。

②避免过多使用钢尺量测，因为人工用皮尺等量取的速度远比不上用全站仪所测量的速度，而且使用全站仪精度也会比人工量取高很多。

③外业作业时，重点在配合上，如果测绘人员不在测站可视范围，则应该使用对讲机来传递信息，跑棱镜的人要将自己所要采集的地形地物数据点信息及时报告给测站人员，以确保数据记录的真实性。

④数字化测图时，应当加强检验校核。特别是在测区远离内业地点时，必须制定相关措施来检验校核数据。

⑤外业作业对数据进行采集时，要时刻注意地形地貌的变化，对其应进行详细地记录，避免在内业数据处理时产生问题。

（3）数字化测图的优点

不同的内外业一体化测图系统，其硬件设备的配置和软件的功能可能有较大差别。但任何一个成图系统，与以往的白纸测图相比，都具有下述明显的优点：

（1） 劳动强度小，自动化程度高。

（2） 精度高。

（3） 信息量大。

（4） 信息存储，传递方便。

（5） 便于成果更新。

（6） 能够满足各种不同的用图需要。

四、数字化测图技术在工程测量中的应用

（1）碎部测量

在测量的过程中，碎部点的取舍和测量至关重要，不必要测过多的点位，测点太多，造成成图密集，且有可能把一些不必要的点位包含在其中；当然也不能测点太少，测点太少则有可能没有把握到该地形的基本要素，因此要进行碎部测量，应该注意：

①较为规则的建筑物（正方形形状）的只对其测三点，第四点的点位测设可由电脑来完成，如果采取这种办法就要求草图绘制人员必须进行事先的观察，在观察时应注意：有些建筑物可能初看比较的方正，但实际是不规则的多边形形式，这种情况就必须对全部点位进行实测。

②对于不规则的地貌在测设工程中应尽量能多测一些点，因为传统测图时可由手工来更改或表述细节的变化，而计算机的模拟则无法做到真实并且全面的反映这些实际的地形的。

③在碎部测量中，存在的某些重要的无法通视的观测点，应当利用一定的位移来替代观测或者需要通过举高支杆来观测，这样的点非常重要，需要测绘人员在草图上详细注记。

(2)数字化测图的内业数据处理

内业数据处理的过程，主要是通过计算机及相应的软件系统对全站仪采集来的原始数据进行数据的预处理，并自动快速生成图形，经修改编辑后通过绘图仪输出打印成图。主要用的成图软件有南方CASS和清华三维等。

大比例尺地形图和工程图的测绘，是城市与工程测量的重要内容和任务。常规的成图方法是一项脑力劳动和体力劳动结合的艰苦的野外工作，同时还有大量的室内数据处理和绘图工作，成图周期长，产品单一，难以适应飞速发展的城市建设和现代化工程建设的需要。

随着电子经纬仪、全站仪的应用和GEOMAP系统的出现，把野外数据采集的先进设备与微机及数控绘图仪三者结合起来，形成一个从野外或室内数据采集、数据处理、图形编辑和绘图的自动测图系统。系统的开发研究主要是面向城市大比例尺基本图、工程地形图、带状地形图、纵横断面图、地籍图、地下管线图等各类图件的自动绘制。系统可直接提供纸图，也可提供软盘，为专业设计自动化，建立专业数据库和基础地理信息系统打下基础。

五、GPS定位技术在工程测量中的应用

80年代以来，随着GPS定位技术的出现和不断发展完善，使测绘定位技术发生了革命性的变革，为工程测量提供了崭新的技术手段和方法。长期以来用测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术，正在逐步被以一次性确定3维坐标的、高速度、高效率、高精度的GPS技术所代替，同时定位范围已从陆地和近海扩展到海洋和宇宙空间；定位方法已从静态扩展到动态；定位服务领域已从导航和测绘领域扩展到国民经济建设的广阔领域。在我国GPS定位技术的应用已深入各个领域，国家大地网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地应用GPS技术，在石油勘探、高速公路、通信线路、地下铁路、隧道贯通、建筑变形、大坝监测、山体滑坡、地震的形变监测、海岛或海域测量等也已广泛的使用GPS技术。随着DGPS差分定位技术和RTK实时差分定位系统的发展和美国AS技术的解除，单点定位精度不断提高，GPS技术在导航、运载工具实时监控、石油物探点定位、地质勘查剖面测量、碎部点的测绘与放样等领域将有广泛的应用前景。

六、数字化测图展望

综上所述，随着传统测绘技术向数字化测绘技术转化，工程测量科技进步很大，发展很快，取得了显著成绩，21世纪是科学技术的世纪，是信息社会的世纪。随着计算机技术的飞速发展，信息数字化时代以出乎人们预料的速度向我们走来，由此也产生了大量的新技术新方法。地形测量计算机成图技术进步很大、发展很快，取得了显著成绩，摆在我们面前的任务是大力促进工程测量技术方法与手段的更新换代，积极推广和应用，充分利用GPS技术、数字化技术、摄影测量技术，把传统的手工测量向电子化、数字化、自动化方向发展。不久的将来将会有越来越多的新科技、新理论应用于测绘工程。

参考文献：

[1]郑汉球，洪立波，陶福海．工程测量技术的发展和我们的对策．北京测绘，1996（l）.

[2]洪立波．我国城市测量技术发展与成就．测绘工程，1998（3）.

[3]杨光，于野．城市基础电子地图库的建立．中国测绘，1998（2）．.

篇(2)

关键词：RTK；坡顶线；坡底线；平面线

Abstract: The article discusses application of RTK technology in open pit mining and field measurement of acceptance,and analyzed the precision on application,The results show that RTK technology has the advantages of intuitive and fast, real-time strong point error not accumulated, greatly reduce labor intensity of surveyors and improve the efficiency results of mapping quality.

Key words: RTK; Poding line; slope of the bottom line; plane line

中图分类号：TD176文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）03-0020-02

0前言

露天矿采剥场验收测量的主要任务是：1）及时、全面地测量采剥进度并绘制成图。2）按区域、阶段平盘、工程项目、电铲号等计算实际采剥工程量。3）在验收测量图纸上量取实际工程技术指标，如工作线长度，阶段平盘宽度、采剥进度、采宽、采高、工作帮坡度、设计高程等。

这三项任务的重点是“绘图”，即绘制采剥工程平（断）面图。有了这些图，就能完成第（2）、第（3）项任务。同时图的精度好坏直接影响第（2）、第（3）项任务的完成的好坏。因此，搞好采剥场验收测量是露天矿开采的重中之重。

当前，露天矿的验收测量主要采用以下几种方法：阜新露天矿采用经纬仪和光电测距仪的联合进行验收测量；神华准格尔能源黑代沟露天矿采用全站仪进行验收测量；山西平朔煤矿采用三维激光扫描技术进行验收测量；霍林河煤矿采用RTK进行验收测量。

现在,GPS测量技术己被绝大多数测量单位所采用。在矿区地质测绘中，采用GPS静态测量技术施测首级控制，采用实时动态测量技术(Real Time Kinematic，简称RTK)施测图根点和地形点，无线电干扰源少，精度高，速度快，不受通视条件限制，作业人员劳动强度降低，效率大大提高.可取得事半功倍的效果。

1露天矿采剥场验收测量概述

露天矿在剥离、采矿工作中，必须及时地测量采、剥工作面的位置，验收采剥工作面规格质量，计算岩土的剥离量和矿物的采出量。这些测量工作，统称采剥场验收测量。

图1-1采剥场平面图

Fig5-1A stripping Plans

图1-1B采剥场剖面图

Fig1-1B stripping market profiles

1.1采剥场验收测量主要对象

采剥阶段的段肩、段脚、平盘(或称工作面)是采剥场验收测量主要对象(如图1所示)。

图1-2工作面剖面图

Fig1-2 Face profile

这些对象都是空间直线和平面，要将它们反映到图纸上，需要按一定密度采集碎部点，特征位置必须采集。

1碎部点分类

(1)坡顶点反映采场阶段段肩的点位称坡顶点。

(2)坡底点反映采场阶段段脚的点位称坡底点。

(3)平面点:反映采场平盘表面现状的点位称平面点。

(4)地质点:反映地质构造及煤岩交界线的点位称地质点。

(5)机械位置点:反映验收时主要机械所处位置的点称机械位置点。

2反映主要对象的点和线

(1)坡顶线:同阶段的坡顶点顺次连成的线称坡顶线。

(2)坡底线:同阶段的坡底点顺次连成的线称坡底线。

(3)平面线:同平盘的平面点按一走的走向连成的线称平面线。

(4)尖点同阶段中坡顶线与坡底线交点称尖点。

(5)并掌点:不同阶段的坡顶线与坡底线交点称并掌点。

上面的点和线的作用与地形图中碎步点和等高线作用一样，将采剥场现状按一定精度用图的形式反映出来。它们是采剥场验收测量平面图主要要素。

2采剥场验收测量平面图

外业采集的碎步点展绘到图上后，按其性质连线，采场各阶段坡顶点、坡底点、平面点、地质点、坡顶线、坡底线、平面线、等高线机械位置点等要素的集合，经编辑分幅整饰形成采剥场验收测量平面图(如图3所示)。

图1-3霍林河金山矿某采场验收测量平面图

Figure 1-3 Chinshan Huolinhe stope ore acceptance of a measurement plan

3碎部点的测量

用RTK进行地形测图碎部测量可以不进行图根控制而直接根据分布在测区的一些基点进行各碎部点的测量。安置好基准站并输入必要已知数据(基点坐标、参考点坐标等)后即可进行碎部测量。

3.1作业依据和设备

1作业依据

作业依据主要:(1)有国家测绘局1992年6月8日《全球定位系统(CPS)测量规范》,(2)中华人民共和国能源部1989年1月制定《煤矿测量规程》, (3)项目合同书中有关的特殊要求。

2采用的仪器设备

采用的仪器设备有:美国天宝仪器公司生产的Trimb1e5700RTK基准站双频接收机1台，Trimb1e5700RTK流动双频接收机2台，绘图软件(辽宁工程技术大学与霍林河露天煤业股份公司联合开发)一套，台式电脑1台及相关通讯设备GPS接收机在作业前均通过检测，性能和精度均达到技术要求。

3.2外业数据采集

1基准站架设

基准站架设在便于安置接受设备，视野开阔，远离大功率无线电发射源和高

压输电线路，附近不得有强烈十扰接受卫星信号的物体等部位。还要考虑基准站电台的功率和覆盖能力，尽量布设在相对较高的位置，以获得最大的数据通讯有效半径。

2基准站设置

在己知点上架设好GPS接收机和天线，连好连接线，打开接收机，输入基准站的WGS- 84系坐标或北京54系坐标及天线高。待电台指示灯显示发射通讯信号，流动站即可工作。基准站接收机接收到卫星信号后，有卫星星历和测站己知坐标计算出测站至卫星的距离p真距，用观测量p伪距与计算值比较，得到伪距差分改正数 伪距差分改正数和载波相位测量数据，经数据传输发射电台发送给流动站，一个基准站提供的差分改正数可供数个流动站使用。

3流动站工作

通过手簿建立项目，对流动站参数进行设置，该参数必须与基准站及电台相匹配，然后用至少4个己知点坐标进行点校正。流动站在接收到GPS卫星信号同时，也接收到基准站数据通讯电台发来伪距差分改正，数和载波相位测量数据，这个过程所需时间一分钟左右，流动站只要接收到5颗卫星和基准站信息，即可在短时间内获取所测点位三维坐标。

4经点校正工作

流动站接收机可以实时得到所测点在当地坐标系下三维坐标。测量人员在能反映采剥场验收测量主要对象的点(点间隔25m )上立测杆，输入点编码，保存数据，一个点位数据就采集完毕。

4验收量计算

验收量(采剥工程量)计算，可采用垂直断面法或水平断面法。下面具体介绍水平断面法算量。

图5-1为水平断面法计算验收量的示意图，A1B1C1D1和A2B2C2D2分别为上期末和本期末的采剥终止线。设上平盘A1A2B1B2和下平盘C1C2D2D1的面积分别为和，上下平盘之间的平均高差为。则该采剥体的体积为：

式中，、可用求积仪根据平面图求得，应根据平盘上各测点的平均高程求得。验收量即可求得。

图5-1为水平断面法

Fig5-1 for the level of cross-section

method

5 RTK内业处理

5.1RTK数据下载

将外业采集数据通过Trimb1e Gecmatics Office软件导入计算机。为了实现RTK坐标数据与绘图软件展点数据格式统一，进行如下处理:

1)应用Trimb1e Gecmatics Office软件进行输出数据格式自定义，具体格式是“点号，代码，东坐标，北坐标，高程”。

2)用Trimb1e Gecmatics Office软件实现与RTK测量手薄连接，把数据下载到计算机。

3)进行数据输出，通过编辑将数据存为*. dat格式(绘图软件要求格式)，实现RTK数据和绘图软件数据格式统一，为内业成图做好准备。

5.2绘制算量平面图

用绘图软件打开上月算量平面图，启用展点命令，将上述数据文件的点位展到图上，连线、编辑成图，完成平面图绘制。

图5-2霍林河金山矿5月算量平面图

Fig5-2ChinshanHuolinhe Quantity mine plan in May

启用“选择采区边界多边形”命令，从算量平面图上选择一个范围线，作为剖面的范围，即实际算量范围。

启用“作剖面线”命令，在算量平面图上，建立相应间隔剖面线，并形成本月与上月在该剖面线上的叠加剖面，经编辑后，自动计算出该剖面两月间的面积。

启用“计算采区煤岩量”命令，自动计算剥离量。

6精度分析

《煤矿测量规程》规定在相邻两测站上进行经纬仪视距测量时，必须有1―2个测量校核点。两测站上测得同一校核点的点位偏差，在图上不得大于士1.5mm,按1: 500比例尺算量平面图换算成实地点位误差为75cm;高程之差不得大于士0.3m。RTK测点的点位中误差为士1.5cm―士2 cm,高程中误差士3cm,大大满足露天矿采剥场验收测量要求。RTK测点的点位中误差是相对露天矿首级控制点误差传递较小。RTK技术不需通视条件，可以由首级控制点直接到碎部点测量，摈弃传统的逐级控制原则，降低误差累积传递。

7结论

通过利用RTK技术对露天矿采剥场验收测量实践，得出如下结论:

1作业效率高

流动站在每个碎部上的观测时间仅5s左右，一般条件下，一台流动站一个工作日可以采集250―300个数据。用传统的测图方法击要20―30天的工作，用RTK技术仅用5天时间就可完成。

2人员少

RTK流动站仅需一人操作，基准站在设置好后自动运行，无需人员中间操作，缓解当前测量技术人员短缺局面。

3测量精度高

测量精度达到厘米级，完全满足露天矿采剥场验收测量要求，传统方法无法与之匹配。

4点位精度分布较均匀

每个点的误差均为随机产生，不会像传统测量一样产生误差积累，成果可靠。

5节省费用

用RTK技术进行测量，不需要布设工作控制点甚至首级控制点也不需太多，原先矿坑外沿至少有5―8个首级控制点(点位上需架设钢标)，现有2--3个首级控制点足够，还不需要架设钢标，节省大量人力物力。

参考文献

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[2] 丁文利，王怀念，黄良动态GPS(RTK)测量的精度分析地矿测绘[C].2004，20(2)

[3] 林和忠RTK技术的误差分析和处理北京测绘[M].2005.4

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[10]Spatial analysis for underground pipeline network information system，国际矿山测量大会第12次会议论文，中国阜新，2004.9，SCI收录

[11]LemmonT.R.TheinfluenceofthenumberofsatellitesontheRTKGPSpositionsAustalianSurveyor.1999，6

篇(3)

[关键词]回归分析 变形监测 模型

[中图分类号] X830.3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-9-137-2

变形的物理解释主要目的是确定变形体空间状态及其变化与变形因素（或称之为作用于变形体的力）之间的关系，变形物理解释方法可以分为统计分析法、确定函数法以及混合模型法3类。本论文通过多元统计分析方法，建立沉降量与建筑物荷载和时间之间的关系。

1工程概况

某住宅楼位于朝阳区建国门外大街国贸桥东南角，总建筑面积约50000平方米，地下三层，地上二十二层，剪力墙结构，天然地基。从2002年4月9日开始观测，至2002年9月30日，建筑物结构施工期间，共进行了13次观测。

2多元线性回归分析模型

多元线性回归法是指研究一个因变量与多个自变量之间的不确定关系方法，此方法通过分析观测的变形值和外界因素之间的相关性来建立因变量与变形因子之间关系的数学模型，其数学模型为：yt=β0+β1xt1+∧+βpxtp+εt （3-0），（t=1，2，∧，n），εt～N（0，σ2）。式中，yt表示观测值变形量，共有n组观测数据；p表示因子个数。由以下几步构成：

建立多元线性回归方程

多元线性回归数学模型如式（3-0）所示，用矩阵表示为：y=xβ+ε（3-1）式中，y为n维变形量的观测向量，y=（y1，y2，∧，yn）T；x是一个n×（p+1）矩阵，它的元素是可以精确测量或可控制的一般变量的观测值或它们的函数，其形式为：

β是待估计参数向量（回归系数向量），β=（β0，β1，∧，βp）T，ε是服从同一正态分布N（0，σ2）的n维随机向量，ε=（ε1，，ε2，…，εn）T。

回归方程显著性检验

实际问题中，其实我们并不能断定因变量y与自变量x1，x2，∧，xp之间是否确定有线性关系，在求线性回归方程之前，线性回归模型（3-0）只是一种假设，尽管这种假设常常不是没有根据的，但在求得线性回归方程后，还是需要对回归方程进行统计检验，以给出肯定或者否定的结论。如果因变量y与自变量x1，x2，∧，xp之间不存在线性关系，则模型（3-0）中的β为零向量，即有原假设：H0：β1=0，β2，∧，βp=0，将此原假设作为模型（3-0）的约束条件，求得统计量F=（S回/p）/（S剩/（n-p-1）） （3-3）

回归系数显著性检验

回归方程显著，并不意味着每个自变量x1，x2，∧，xp对因变量y的影响都显著，我们总想从回归方程中剔除那些可有可无的变量，重新建立更为简单的线性方程。如果某个变量xi对y的作用不明显，则模型（3-0）中它前面的系数βi就应该取为零，因此，检验因子xi是否显著地原假设应为：H0：βi=0，在进行回归因子显著性检验时，由于各因子之间的相关性，当从原回归方程中剔除一个变量时，其它变量的回归系数将会发生变化，有时甚至会引起符号的变化，因此，对回归系数进行一次检验后，只能剔除其中的一个因子，然后重新建立新的回归方程，再对新的回归系数逐个进行检验，重复以上过程，直到余下的回归系数都显著为止。

3变形数据分析

在考虑到施工进度和沉降量统计分析的基础上，由于建筑物的沉降和时间间隔以及上部荷载有直接关系，所以可以把时间作为一种影响因子，把荷载作为另一种影响因子，然后建立线性回归模型。

取前11期数据作为线性模型的起算数据，令时间为自变量X1，1荷载量为自变量X2，将沉降量作为因变量Y，由原数据可知，n为11，p为2，y=（y1，y2，∧，y11）T，x为11×3的矩阵， ；

由此可以得到模型的线性方程为：Y=0.3839X1-1.4432X2+0.8574。

4实际回归方程显著性检验

如果因变量Y与自变量X1和X2之间不存在线性关系，那么模型（3-5）中的β为零向量，即有原假设：H0：β1=0，，β2=0，β3=0，将此原假设作为模型（3-5）的约束条件，求得统计量F=（S回/p）/（S剩/（n-p-1））（3-6），其中，n=11，p=2， ， ， 。将观测数据以及计算出的模型数据代入上面的计算公式中，可以得出 ，S回=203.98，S剩=0.22，并将此代入式（3-6）中可以得到统计量F=（203.98/2）/（0.22/（11-2-1））=3708.73。

假设原假设成立，则统计量F应服从F（2，8）分布，选择显著水平α为0.05，用下式检验原假设：p{|F|≥F0.9（2，8）|H0}=0.05（3-7），求得F的临界值为0.22，很明显统计值3708.73远远大于临界值0.22，所以上式（3-7）成立，y对X1和X2有显著线性关系，因此方程是显著的。

5实际回归系数显著性检验

对于回归方程Y=0.3839X1-1.4432X2+0.8574来说，虽然它是显著的但不意味着它的变量也都是显著的，所以需要剔除其中可有可无的变量，重新建立回归线性方程。如果其中一个变量对Y的作用不显著，那么它前面的系数就应该取零，因此，检验变形因子是否显著的原假设应为：H0：βj=0，由公式（3-0）可估算求得：

式中，cjj为矩阵（xTx）-1中的第j个 元素，于是在原假设成立时，统计量 ， ，S剩/σ2～x2（n-p-1），所以可以组成统计原假设的统计量（β2j/cjj）/（S剩/（n-p-1））～F（1，（n-p-1）），如果原假设成立，那么应服从F（1，8）分布。分子 通常又称为因子xj的偏回归平方和，选择相应的显著水平α，本文选α=0.05，查表得分位值F1-0.05，（1，8），若统计量|F|>F1-0.05，（1，8），则认为回归系数 在1-0.05的置信度下是显著的，否则是不显著的。

本文中可以求得矩阵（xTx）-1=

当j=1时，原假设的统计量为（0.38392/8.7323）/（0.22/8）=0.61，查表F1-0.05，（1，8）为0.19，很明显统计量大于分位值F1-0.05，（1，10），所以系数β1是显著的。当j=2时，原假设的统计量为（（-1.4432）2/0.5236）/（0.22/8）=144.65，此时的统计量远远大于分位值F1-0.05，（1，10），所以系数β2也是显著的。

6结论与展望

本文主要是针对多元线性回归分析的研究，以建筑物沉降累计值为因变量，建筑物的荷载与时间间隔为自变量对线性模型进行了研究，通过实例数据的结果验证了变形分析模型在此建筑物中的可行性，为直接将影响变形的因素纳入模型提供了参考。除此之外，由于不同的建筑物荷载存在差异以及不同地区的土质抗压能力不同等原因，文中的模型可能存在一定的局限性，所以应用此模型还需要大量的实例验证，甚至对荷载因子进行变换，才能使模型有较好的拟合度。本文中回归分析法应用于变形监测数据处理只是一个初步的研究，如果要将更多的变形因素纳入模型中并有更广泛的应用，还需要我们进行更深层次的研究。

参考文献

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[13]苗东升.1990.系统科学原理[M].北京：中国人民大学出版社.

篇(4)

关键词：高液限土；直接填筑；控制指标

Pick to: in ningde NingWu highway A2, the A3 on contract section project, from mining itself "potential" of high liquid limit soil, through indoor experiment, find the "best" of high liquid limit soil condition, construction site control index is put forward, then test road filling test, looking for the best, the most reasonable way of RCC, makes the high liquid limit soil testing indexes such as dry density and saturation can satisfy the requirement of indoor test results of the proposed control targets, ensure it meet the "best" state. Make the high liquid limit soil can directly fill in the roadbed, saving a large amount of construction funds, reduces the land use and protect the environment, is of great significance.

Key words: high liquid limit soil; Direct filling; Control indicators

中图分类号：U412.36+6文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

1 工程概况

国家高速公路北京至台北射线福建境内建瓯至闽侯高速公路项目，主线起于建瓯市弓鱼，终于闽侯白头枢纽，主线总长约151.981公里，其中宁德境内39.06公里，路线途经凤都镇碗厂村、溪坪村、溪头村、城西街道吉兆村、晗头、喉咙际、溪里厂、巾中尾、绊洋乡排头村、淮溪村、上墩村。路线平纵面缩图详见图1。项目按四车道高速公路标准建设，设计速度为100公里/小时，路基宽度采用26米，采用双向四车道标准。

图 1 京台线建瓯至闽侯高速公路宁德市境路线平纵面缩图

京台高速宁德段由A1～A5、B1五个施工合同段组成，A1合同段起止桩号为K58+901～K65+380，路线长6.479公里；A2合同段起止桩号为K65+380～K78+180，路线长12.800公里；A3起止桩号为K78+180～K85+100，路线长6.920公里；A4起止桩号为K85+100～K91+100，路线长6.000公里；A5起止桩号为K91+100～K98+793.731，路线长7.694公里；B1路面合同段起止桩号为K58+901～YK98+793.731，路线长39.90公里。主要工程规模为：路基土石方290.460万m3，特大桥、大桥3660.235m/8座，隧道13209.66m/（0.5+3+0.5）座，互通式立交2处，涵洞12道，通道5道，沥青混凝土路面144178m2。

京台高速宁德段地处沿海内陆山区，属亚热带季风气候区，年平均气温16℃～21℃之间，年平均降雨量1650毫米，无霜期平均为295天；区内水系发育，大体呈树枝状，均为雨源型，属闽江支流古田溪水系；区内河谷形态变化大，多呈“V”型，古田互通处河床呈“U”型，且河曲较发育；路线区地层较为简单，坡地上部为残坡积土，沟谷部位下为冲洪积层，下伏基岩为侏罗系南园组凝灰熔岩，沿线大部分土料为高液限土。该种土具有以下几点工程特性：①颗粒细小，细粒含量大，具有不同程度的胶体特性。②渗透系数低，土中矿物成分带有较多的负电荷，亲水性强，土粒结合水膜厚度大。③天然含水率大，一般大于塑限；最优含水率较低，远远小于塑限含水率。④水稳定性差，最大干密度对应的含水率低，饱和度小，吸水势能较大，存在较强的膨胀趋势，一旦吸水，其CBR强度急剧下降。

2 项目研究意义

《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）中第4.1.2条第3点明确规定：“液限大于50%、塑性指数大于26、含水量不适宜直接压实的细粒土，不得直接作为路堤填料；需要使用时，必须采取技术措施进行处理，经检验满足设计要求后方可使用。”

探讨研究新的填筑技术与控制指标以使高液限土能直接填筑在路基中，意义重大。

（1）节约大量的建设资金

采用传统的改良的方法利用高液限土，比如掺石灰、水泥或土壤外加剂等进行改良，让土体达到较好的水稳定性，但花费巨大，以改良100万方高液限土计算，改良费用详见表1。

表1 高液限良材料费用表

由表1-1可见，仅改良材料费用就十分的巨大。

此外，改良高液限土工艺复杂，如需焖料、搅拌均匀等，需添加路拌机等设备，耗时耗力。

（2）减少土地使用

弃方换填是通常处理高液限土的另一种办法，但带来两个问题：a需寻找新的填土场来堆填废弃的高液限土体；b寻找新的可用的土来换填。这势必造成土地资源的极大浪费。换填的施工费用也是巨大的。按挖、填方单价各35元/立方米计算，换填100万立方米高液限土的施工费用将为7000万元。

（3）保护环境

采用换填将会大面积破坏自然本来的生态面貌，若挖、填处理不善，另将带来滑坡危险，危及环境。

采用改良的方法，增加水泥、石灰或土壤外加剂，在不同程度上改变了自然界的原本面貌，在施工过程中带来的灰尘、化学物质或多或少地恶化了当地环境。

因此，若能挖掘高液限土的本身“潜能”，摸透其路用性能及保持其高性能的机理，通过改进施工工艺，直接填筑，就能节省大量的建设资金，并且保护环境，树立节约型交通之典范。

受京台高速公路宁德段A2、A3合同段委托，对该合同段高液限土填筑路基进行专题试验研究。通过室内试验和试验路铺筑，获取该高液限土的合理含水率、击实功和施工工艺，使其满足规范强度要求，直接用于93区路基填筑，从而降低工程造价，并达到节约土地、环保的目的。

3高液限土基本工程特性

高液限土最明显特征是：颗粒较细小、细颗粒含量较大，具有不同程度胶体特性；土中含有的矿物带有较多负电荷，亲水性较强，造成土粒结合水膜厚度较大，因而渗透系数较低。由于颗粒粒径较小，毛细水上升高度较大，但速度较慢。[22]

高液限土的天然含水率一般大于其塑限，而通过室内击实试验得到的最佳含水率却较低，远远小于其塑限。按最佳含水率来指导填筑压实施工，一是填料难于晾晒；二此时碾压后土体的空气体积率仍较大，饱和度较小，遇水易膨胀。由于高液限土保水能力较强，塑限高，容易造成表层土因失水而干裂，且碾压后会出现起皮、干裂等表观质量问题。常规重型击实条件下得到的最大干密度对应的饱和度小，吸水势能大，因此存在较强膨胀趋势，一旦吸水其强度会急剧下降，出现水稳定性差现象，因而影响了高液限土的正常使用。如果在较高含水率的情况下进行碾压，由于高液限土粘粒含量大，透水性差，在松铺层内易出现表层虽已压实，但内部土体仍存在着大量的孔隙，即出现所谓的“弹簧土”，传统压实度指标及强度指标CBR值都不容易达到《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）的要求。

4 研究方法和技术路线

通过室内试验，找到高液限土的“最佳”状态，提出施工现场控制指标，再进行试验路填筑试验，寻找出最佳、最合理的碾压方式，使得现场高液限土检测指标如干密度、饱和度能满足室内试验结果提出的控制指标要求，确保其达到“最佳”状态。

（1）室内试验

①原状土分析

通过检测高液限土的基本性质指标（液塑限、土粒比重、天然含水率、颗粒分析、分类、定名、最大干密度、最佳含水率、CBR承载比、相应密实度、膨胀率、吸水量等），分析寻找其“最佳”的状态。

②最佳状态寻找

根据土的天然含水率和重型击实（Ⅱ-2法）试验得到的最佳含水率，估计现场所拟用的含水率范围，拟定不同的击实功及其对应的含水率列表，按湿法进行制件，测其干密度、浸水四昼夜后的CBR强度值和膨胀率，绘制相应曲线，找到满足CBR和膨胀率较小（不大于5%）的“合理”含水率范围和对应的击实功。

这里的“合理”含水率，指的是在该含水率下，既能找到对应的击实功使其CBR值能满足不小于3.0％，又便于现场施工。

③制定室内控制标准

根据含水率、干密度、比重Gs，按计算相应的饱和度Sr，初步拟定室内的干密度和饱和度控制指标用于现场试验路施工。

（2）试验路填筑

进行试验路填筑，验证室内控制指标的合理性，根据现场施工条件，划分若干段试验路，通过调整土的含水率、碾压工艺、碾压遍数等指标寻找出最佳施工工艺，比较室内试验结果，确定全面开展填筑施工时的、可行的控制指标。

论文技术路线见图2。

图2 技术路线框图

5土样采集和试验研究

在K67+160、K76+400、K78+700、K79+550、K81+230等处取土进行试验，用于了解该位置处高液限土的性能，并判断该土方利用可套用的施工控制指标。

全套试验内容包括：

（1）基本试验：液塑限、塑性指数，颗粒分析，土粒比重，分类、定名，天然含水率，天然稠度，常规重型击实功下最大干密度、最佳含水率。

（2）泡水96小时后承载比、相应密实度、膨胀率、吸水量。

（3）调整含水率与击实功，找到高液限土满足浸水CBR≥3.0的“最佳状态”。

以K67+160土样为例，K67+160土样的基本物理指标详见表2。

表2K67+160处土的基本物理指标

5.1土的强度、干密度、饱和度、膨胀率与含水率、击实功关系

根据土的天然含水率及标准击实结果，拟定土的可用含水率范围为17%～27%，结合试验晾晒结果，实际拟定17.6%、21.1%、24.5%、27.2%四个控制含水率，分别采用3×21、3×35、3×63和3×98四种击实功，测定其干密度，浸水4昼夜后测定其CBR值、膨胀率、吸水量等指标，结果如表3。

绘制该土强度、干密度、饱和度、膨胀率与含水率、击实功的关系曲线如图3～图6。其中图（a）各曲线代表同一含水率、不同击实功所对应的强度、膨胀率、干密度、饱和度；图（b）各曲线代表同一击实功、不同含水率所对应的强度、膨胀率、干密度、饱和度。

表3K67+160处土样不同含水率、击实功下试验结果

图3强度（CBR）～含水率、击实功关系

（a）

（b）

图4干密度～含水率、击实功关系

（a）

（b）

图5饱和度～含水率、击实功关系

（a）

（b）

图6膨胀率～含水率、击实功关系

5.2室内试验数据分析

①该高液限土最优含水率为16.2%。根据试验结果可知，土体含水率在17.6%～27.2%范围内，3×21、3×35、3×63和3×98四种击实功作用下，土体CBR强度大于3%，膨胀率小于5%，饱和度大于60%，土体强度和水稳定性均处在可接受范围。考虑含水率过低现场晾晒困难，且土体吸水势能大，易导致土体吸水后性质变差；而含水率过高，碾压过程容易出现弹簧现象，综合分析，初步确定该高液限土合理含水率范围为22%～27%。

②对于含水率小于等于21.1%、相同含水率的土体，强度随击实功的减小而减小；含水率为24.5%时，强度随击实功的增大先增大后减小，详见图3（a）。由此说明，在合理含水率范围内，击实功不能太小，击实功不足将不利于高液限土的压实，强度达不到要求。同时当土体含水率较高时，土体强度随击实功的增大先增加后减小，也即当土体含水率较高时，并非碾压遍数越多得到的土体强度越高。对不同含水率的试验土样采用相同的击实功进行击实，见图3（b），强度随含水率的增大先增大后减小。

③在合理含水率范围内，相同含水率的土样，干密度随击实功的减小而减小，见图24（a）。同种击实功作用下，大体上土体干密度随含水率的增加而减小（图4（b））。因此为保证干密度满足要求，土体含水率不能过高。当击实功较小（3×21）时，含水率对干密度影响小。

④在合理含水率范围内，相同含水率的土样，饱和度随击实功的减小而减小，见图5（a），这与干密度变化规律一致。同种击实功作用下，土体饱和度随含水率的降低而降低（图5（b））。随着含水率的降低，土体饱和度快速降低，由于土体饱和度过低，将形成较强的吸水势能，一旦吸水将对土体强度和稳定性产生不利影响，因此在实际填筑过程中，需控制好含水率，确保不超出合理含水率范围。

⑤在合理含水率范围内，相同含水率的土样，膨胀率随击实功的减小而增大（图6（a）），各设计击实功对应的膨胀率均小于5%。同种击实功作用下（图6（b）），土体膨胀率随含水率的减小而增大。因此实际填筑过程中，含水率不能过低，碾压遍数不能过少，否则因为膨胀率过大，水稳定性不能满足要求。

⑥室内试验结果表明，在合理含水率范围内，只有采用合理的击实功，才能获取较大的干密度、饱和度，以及较佳的水稳定性，从而保证高液限土有较高的强度。

图7强度与干密度的关系

图8强度与饱和度的关系

根据强度与干密度之间的关系（图7），强度与饱和度之间的关系（图8），土样CBR强度与干密度、CBR强度与饱和度之间均存在对应关系，因而采用干密度、饱和度联合对高液限土填筑质量进行控制，可以确保强度满足要求。

⑦从标准击实的压实度与含水率、击实功关系来看（图9），在17.6%～27.2%含水率范围内，压实度随击实功的减小而减小；同一击实功作用下，压实度随含水率的增大而减小。说明要达到一定的压实度，击实功不能过小，含水率不能过高。

（a）

（b）

图9压实度与含水率、击实功的关系

⑧综合而言，在初步拟定的合理含水率即22%～27%范围内，在3×21击实功作用下的该种高液限土饱和度大于80%，压实度大于85%，CBR大于3%，膨胀率小于5%。将CBR大于3%各含水率对应干密度、压实度、饱和度列于表4，绘制干密度、压实度、饱和度和含水率关系曲线，并拟合如图10～图11。

表4CBR大于3.0%干密度（压实度）和饱和度要求值

根据拟合曲线确立各含水率对应的干密度、压实度和饱和度要求值，同时，为了保证高液限土的水稳定性，取饱和度大于80%，制定室内试验标准如表5。待试验路填筑，现场试验后，根据实际情况与检测结果调整含水率及其对应的控制指标。

图10干密度与含水率关系及拟合曲线

图11 压实度与含水率关系及拟合曲线

图12饱和度与含水率关系及拟合曲线

表5 干密度（压实度）和饱和度室内试验控制标准

⑨关于压实度，常规土是在最优含水率时用重型击实试验得出最大干密度，从而达到最大CBR强度，《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）要求压实度就是指在最优含水率情况下土被压实的程度。实际上，土是三相体，土体被压实的过程就是土中空气排出、孔隙减小的过程，在这个过程中，孔隙中空气所占的体积越来越小，水所占的体积的比例则越来越大，即饱和度逐渐增大，一直到完全饱和，从而达到最理想压实状态，该状态对应的密度我们称之为“理论干密度”，用此“理论干密度”计算控制密度的压实度如表5，从中可以看出，尽管相对最大干密度，控制密度的相对压实度不大，但当含水率超过23%，相对“理论干密度”的压实度则超过93%。这时的高液限土具有较好的水稳性能。当然，含水率较大，尽管相对“理论干密度”的压实度较大，但由于土体具有较高的饱和度，孔隙中空气所占的比例较小，再难压缩，反而因为体积含水率过大而使土体的整体强度下降。

5.3试验路铺筑及结果分析

2011年11月29日～11月30日在YK67+180～+260处第1层进行高液限土填筑试验，填料来源为K67+000～K67+460。根据室内试验结果，将土晾晒至含水率为25%左右进行碾压。

（1）试验路填筑

对试验土样进行堆晒时，松铺厚度控制在20～25cm，待表层土晾晒较干（发白）后用推土机大致推平，并用旋耕机进行翻晒，测定含水率在设计范围内时，再用20t压路机碾压。所采用的碾压工艺为静压1遍+小振6遍+静压1遍。碾压完毕进行灌砂试验，测取干密度与含水率，并计算饱和度和压实度。

（2）试验结果分析

从现场碾压和检测资料（详见表6），得到如下结论：

①根据已有的研究成果及工程经验，含水率是控制高液限土是否能碾压成功的最关键因素。含水率过高时进行碾压，由于土体透水性差，容易出现表面压实，而内部土体存在大量空隙的现象，即出现所谓的弹簧土。考虑到含水率过低现场晾晒困难，晾晒时间长影响工期；且土体吸水势能大，易导致土体吸水后性质变差，试验路含水率控制在22%以上

。

表6试验路填筑检测结果

②碾压功是高液限土能否压实的重要因素。目前压路机常见的碾压方式包括静压、小振和大振等三种方式。以往的实践经验表明，大振的效果差，故本次试验段不再进行大振碾压。带振动的碾压可使一部分的下层水分泌出到表面，一定程度上让上下土层均匀。采用静压1遍+小振6遍+静压1遍对路基进行碾压，得到的干密度能满足室内试验控制指标（表2-16）。为使土层表面更光滑、密实，充分利用泌出的水分浸润比较干燥的表层，并将总静压2遍分解为初压平面静压1遍与终压光面静压1遍。

③从试验资料来看，各含水率段与最终成活路基的干密度和饱和度可以满足室内试验提出的标准。

5.4施工控制标准及说明

综合考虑K67+160土样室内试验及在YK67+180～YK67+260处第1层进行的现场填筑试验结果，确定其施工控制标准如下：

（1）松铺厚度：≤25cm；

（2）含水率：22%～27%；

（3）碾压工艺：静压1遍+小振6遍+静压1遍；

（3）干密度和饱和度控制标准如表7。

表7 干密度和饱和度控制标准

对上述施工控制标准说明如下：

（1）该控制指标适用于K67+000～K67+460代表山头范围内土体。代表性土样附近山头高液限土，在颜色等外观变化不大情况下，应进行必要的液限、塑限、颗粒分析、土粒比重、分类、定名、天然含水率、天然稠度等基本性质指标试验。在液塑限、颗粒组成基本一致情况下，标准重型击实下最大干密度与代表性土样相差在±0.05g/cm3内时可套用代表性土样控制指标，饱和度控制指标需根据土粒比重进行相应调整。若在实际碾压中发现控制指标不易达到或过于宽松，以及土样性质发生变化时，需重新进行验证。

（2）含水率处于非整数时，可用内插方法计算控制干密度与饱和度。

6施工质量保证措施及注意事项

应如下规程进行高液限土填筑：

（1）开辟4～5个工作面用于高液限土填筑，安排1块上土，2块翻晒，1块碾压，1块检测。做到程序、规模化生产。

（2）上土松铺厚度不超过25cm，先进行堆晒，表层干燥后用推土机推平，然后根据实际晾晒情况勤快翻晒，降低含水率至合理含水率范围。

（3）严格按规定方式进行碾压，保证碾压遍数，同时，碾压速度宜设置低速。

（4）按现行规范要求的频率，采用灌砂法测定现场干密度ρd，烘干法测定含水率ω，根据土粒比重Gs和公式计算饱和度Sr，将该干密度、饱和度与要求值相比较，两者都达到要求值为合格。

（5）对碾压不够或局部含水率过大地方，必须进行补压，必要时翻晒后补压，直至含水率、干密度与饱和度都达到要求。

施工注意事项：

（1）由于高液限土颗粒小，水分蒸发不易，且不均匀，因此，很难降低含水率，同一碾压层含水率往往相差较大，因此需勤翻晒。宜配备高效的翻晒机械（如四轮农用旋耕机）来加速降低含水率，保持土壤含水率的均匀，缩短施工周期，保证碾压效果。

（2）尽量连续施工，压完一层并经检验合格后，应马上进行下一层土的摊铺，以防止本层土晒干后开裂，路基施工完毕应采取必要措施防止路基被晒裂。

（3）施工期间应设置边沟，准备必要防水物质以防雨水浸泡路基，路基边坡也应采取必要的防护措施。多雨的季节应添加必要的防水材料遮盖现场。

（4）雨后路基若有泥浆，应铲除干净方可进行下层土填筑。

（5）填筑过程中每层必须使用平地机整平，保证压实后的路基顶面平整，现场做好路拱，路拱不得小于4%。半填半挖段朝外倾斜填筑，不能积水。

（6）高液限土不宜用于高填方地段，不得用于94、96区及挖方路段0～80cm的路床应用符合规范要求的填筑材料进行填筑和换填。对于地下水位较高、潮湿地段，应设置排水层和隔水层后才能填筑高液限土，以防止地下毛细水上升。

（7）施工中若出现软弹现象，应适当减少运土车重量，或使用推土机送土。第五章结论与展望

7 结语

本文对京台高速公路宁德段A2、A3合同段高液限土填筑路基进行专题试验研究。通过室内试验和试验路铺筑，获取该高液限土的合理含水率、击实功和施工工艺，使其满足规范强度要求，直接用于93区路基填筑，从而降低工程造价，并达到节约土地、环保的目的。同时得出了高液限土以下几点特性：

1、高液限土存在一定合理含水率范围内，CBR强度较大且膨胀较小。

2、高液限土在合理含水率范围内，击实功越大，干密度越大，同时CBR强度也越大。

3、一定的饱和度是保证高液限土有较大强度的必要条件，但饱和度超过一定时，CBR强度锐减。保证高液限土峰值CBR的饱和度对应的含水率与合理含水率范围基本相同。在合理含水率范围内饱和度能反映土的压度程度，饱和度可与干密度一同作为高液限土填筑控制指标。

本项目所在地区地处我国东南沿海，属亚热带湿润季风气候，西北有山脉阻挡寒风，东南又有海风调节，气候温暖湿润，年平均降水量超过1500毫米。全年适合路堤填筑的时间仅冬季（10月-次年1月），即便在冬季，也时常阴雨绵绵。在此自然环境下，土的含水率极高，其天然含水率一般大于30%，甚至超过45%，必须大幅减低含水率，然而，超过3天的晴朗天气实在不多，且冬天的太阳时间短，强度弱，要晾晒至合理含水率也极其困难。

本项目实施中还发现大量的“过湿土”（不属于已有特殊土范畴），但也异于一般的常规土，其主要由细粒土组成，天然含水率大且粘性大，一般还含有一定的膨胀性的矿物，具有较强的亲水性和持水性，透水性差等特性。这种土晾干需要较长的时间和较大的场地，一旦晾干以后，它又成为硬块，难以粉碎。而刚从取土坑挖出来的原状土又由于天然含水率较大，远远超过重型或轻型压实标准的最佳范围，想让此类填料在密实度上达到重型压实标准，不采取特殊的措施是不可能达到的，因为在压路机的激振力作用下，土体中多余的水是不可能立即被排出，因此碾压的结果，只会是出现“弹簧”。如何应用“过湿土”填筑路堤，如何保证其施工质量等成为目前厄待解决的技术难题。若能立项研究，其研究成果对节约投资、加快施工进度、保护生态环境都具有重大意义。

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