码头变形监测实施方案

1、2009年江西测绘一等±1.5±0.5二等±3.0±1.0三等±6.0±2.0四等±12.0±4.0等级点位中误差(mm高程中误差(mm适用范围对变形特别敏感的水工建筑物对变形比较敏感的水工建筑物一般性水工建筑物和岸坡对观测精度要求比较低的水工建筑物和岸坡码头变形监测实施方案万先斌(江西省水利规划设计院江西南昌330029摘要本文介绍码头变形观测及各种技术方案比较,通过近年工程实践,对不同的变形观测方法的适应性作了一定的分析,并对作业中遇到的问题进行了讨论,提出了一些有用建议,供码头变形观测和其它工程变形观测参考。

2、关键词码头变形技术方案分析比较1概述为适应国内外运输的形势,提高港口码头吞吐能力,许多港口在原有码头的基础上采取加固水工构件、减小岸坡比例、码头泊位浚深、航道改造等措施,增加原有泊位的吞吐能力。在码头泊位浚深过程中,由于原有的受力平衡被打破,水工构件(沉箱、挡土墙、高桩所受到的侧向压力增大,造成码头整体或局部变形。码头水工建筑物,尤其是重力式码头结构(或含重力式接岸结构的码头在建设及运营过程中通常会发生位移和沉降,对码头工程的安全及正常使用造成不利的影响。因此,十分必要进行监测,通过监测工作及时发现问题,提供码头变形数据,是保证水运工程规划、设计、施工、运行和船舶安全航行的必要措施。本文通过码

3、头监测的实践,根据各工程要求以及码头结构、周边环境等特点,制定监测技术方案进行施测,提供准确可靠的码头变形数据。2码头监测等级及精度依据水运工程测量规范(JTJ203-2001及设计要求确定监测等级。各监测等级要求见表1、表2。监测网的精度要求表1 注:表中n 为测段或闭合环的测站数。变形观测点的观测精度表2在确定监测等级后,码头变形测量应根据各工程需要和特点,进行现场踏勘,充分了解工程情况,收集和利用已有的测绘成果,制定测量技术方案。方案应充分考虑现有的设备精度、监测效率,制定详细的实施细则。3沉降变形监测3.1基准网布置水准基准点是整个监测工程的最基本的控制点。水准基准点布设可结合水平监测

4、网点布设与选埋,埋设位置须考虑稳定可靠、作业方便,并以23个一组为构点方式。应在变形影响范围以外且便于长期保存的位置,无机动车辆往来,较隐蔽的地方,点的埋设深度应在1mm 左右。水准基准点、工作基点测量,沉降观测点测量,按相应等级水准要求观测。高程监测网观测的主要技术要求表3注:表中n 为各测段或闭合环的测站数··46总第77期第1期码头变形监测实施方案3.2码头沉降点布设码头沉降点应选择在能反映变形体变形特征又便于监测的位置,并尽量结合水平位移监测点布设。如:码头承台各部分的转折角、码头接岸处、吊装机台等,码头沉降点布设间距一般控制在2030米以内。3.3基准网及沉降点测

5、量沉降观测的遵循“五定”原则。所谓“五定”,即通常所说的沉降观测依据的基准点、工作基点和沉降观测点,点位要稳定;所用仪器、设备要固定;观测人员要固定;观测时的环境条件基本一致;观测路线、程序和方法要固定。3.4基准网及沉降点测量应当注意的几个问题a 、测量仪器必须经过计量检测机构检定,并在有效期内使用;水准尺必须进行尺长测定,求出尺长改正数。b 、测量必须严格按规范要求进行,二等以上水准测量尤其重要。如:仪器避免阳光直射、风力、温度、作业时间段等等。c 、每次测量前必须进行测量仪器i 角检定、校准,i 角控制在相应等级水准测量要求之内。由于码头工作环境较为复杂,测量观测路线、视距难以固定不变。

6、下表是i 角、视距差对高差影响,因此,有必要进行改正计算,保证测量数据的准确。4水平位移变形监测4.1监测方法的选择水平位移监测相对于沉降监测复杂的多,监测方法:视准线法、支距法、引张线法,前方交会法、极坐标法、小角法、GPS 测量等等。一、二等监测必须设置强制对中装置,对拟采用的监测方法及情况作精度估算,选择哪种或几种监测方法应根据要求及具体情况确定。当然,在满足精度的情况下,尽可能采用简单方法以提高作业效率。4.2监测方法的比较a 、视准线法在码头的变形影响范围以外码头两侧,设置两个强制对中观测基点,构成一条视准线。码头水平位移监测点布设在视准线上,定期观测这些点偏离方向线的距离,算出各点

7、在不同时期测得的偏离值之差,即得其水平位移值。视准线法具有对现场场地要求不高,作业方便、灵活的优点,但其受外界气象条件影响大,大气折光的影响使其观测条件受很大限制,观测精度降低。精度计算:m d =±m 20+m 20+m 2s +m 2f +m 2x姨式中:m e 为仪器对中误差;m e 为目标偏心的影响;m s 为瞄准误差;m f 为望远镜重新对光误差;m z 为大气折光影响。此方法适合对码头的长期变形进行监测。b 、支距法、引张线法在码头的后方设一条基线,基线的端点设置基点,视情况可将基线的两端延伸并距码头一定距离的地方另设两点,作为以后检查基点。由位移观测点向基线引垂线,在垂

8、足设观测点,定期测量位移测点与对应观测点之间的距离支距,采用钢尺测定码头位移值。当采用测距仪测定位移值时,观测点均宜采用强制对中,其误差分别来自观测仪器对中误差m e 和测距仪本身的精度m c 。观测精度:m d =±姨m e 2+m c 2此方法具有对现场场地要求不高,作业方便、灵活的优点。观测精度主要取决于测距精度,需配备高精度的测距仪,仪器与监测点需要强制对中。引张线法实质是支距法的一种形式,即后方基点连接成一条线,即为引张线(细钢丝。量取位移观测点与基线之间的距离即为支距。在码头后方两侧各设一个拉力墩,在拉力墩上对引张线施加水平拉力,使引张线处于自由悬挂状态,以使其在水平面上

9、的投影为一条直线,以此直线作为准直测量的基准线。点偏离理论直线的值小于弦线长度的10-7,即500m 弦线上观测点最大中误差<±0.3mm 。引张线法设备简单,投资少、观测程序简单、有效观测时间长、精度高,复测周期短以便于适时监测,但其对场地条件要求较高,在条件允许的情况下不失为一种简单有效的观测方法。支距法、引张线法是针对码头相对岸线位移采用的有效办法,对于需了解码头全方位位移经20.050.100.1540.010.200.3060.150.300.4580.200.400.60100.250.500.75i 角、视距差对高差影响(mm视距差(mi=5i=10i=15表4i

10、 角、视距差对高差的影响47··2009年江西测绘常采取以下观测方法(当然也适用对码头相对岸线位移观测。c、前方交会法对于仅有较高测角精度经纬仪测绘单位,采用传统的前方交会进行位移观测是常用方法,该方法具有对现场场地要求不高,作业方便、灵活的优点,但对于位移观测点应与基点构成较好的图形十分重要,观测精度主要取决于测角精度,需配备高精度经纬仪,仪器与监测点需要强制对中。前方交会不适合时时作业,外界对其观测条件影响较大。d、极坐标法、小角法测站点即工作基点,在每次观测中均要通过后方控制点来测定其点位,忽略已知点和已知方向误差,测站点的点位测定误差为:m2p=m2s+S2 m2B

11、2式中:m S2=(a+b×S2为测距误差;a、b分别为仪器的固定误差和比例误差;S为控制点至工作基点的距离;m为测角中误差。此方法是较为常用的观测方法。具有对场地要求不高,作业方便、灵活的优点;观测精度主要取决于测角、测距精度,需配备高精度的仪器;仪器与监测点需要强制对中。e、GPS测量随着GPS系统的不断完善,软件性能不断改进,目前GPS越来越多用于精密工程测量和工程变形监测。(1数据采集GPS数据采集分基准点和监测点两部分,为提高监测的精度与可靠性,监测基准点宜选23个,点位稳定且满足GPS观测条件,尽量使基准点距监测点300m以上且分布在码头两侧。监测点要能反映码头的形变,并

12、能满足GPS观测条件。(2GPS数据处理与分析利用GPS进行监测,GPS数量不宜少于4台,每次观测23个监测点,对观测数据进行平差处理,求得各监测点三维坐标,通过多次观测对码头的变形进行监测。(3精度及特点监测点相对于基准点水平精度优于1.0mm;垂直精度优于1.5mm。GPS测量精度高,受天气影响小,可全天候作业,不受码头离岸距离的远近影响,可对码头进行三维监测;但码头监测点观测条件不易满足。5温度对平面位移观测的影响及解决方法在监测工作中发现,码头钢筋混凝土构件存在着明显的由于温度变化产生的热胀冷缩现象,且变化较不均匀,这种自然变形有时掩盖了真实的变形情况,因此,在变形数据计算分析过程中,需根据具体情况进行膨胀误差改正,使变形数据真实体现由于施工原因造成的平面位移情况,从而保证施工的顺利进行。误差改正方法步骤是:(1测定测距时的空气温度(t及气压(p。(2测定承台钢筋混凝土构件上部、下部温度,并取其平均值(T。(3对仪器所测距离进行气象、加常数、乘常数,周期误差改正计算,求得工作基点到监测基点的实际距离S。(4计算温度为T、长度为L的钢筋混凝土构件与标准气温(20状态下的构件长度之差(L,计算公式如下:L:L×(T-20×1.5×10-5(钢筋混凝土构件膨胀系数取1.