《海洋测绘技术》课件 第七章-海洋工程测量

第七章海洋工程测量7.1港口工程7.2港口工程勘测设计的测量工作7.3港口工程施工控制的建立7.4高桩板梁式码头工程施工测量7.5重力式码头施工测量7.6其他典型港口工程施工测量7.7港口工程建筑物的变形监测7.1港口工程海洋工程测量与陆地工程测量类似，在工程建设前、施工过程中和建成后都要进行测量工作。所谓港口工程是指港口设施的新建、改建、维护、修复等工程。港口工程的测量工作：（1）码头选址不仅需要陆地地形图，还需要许多海洋测量资料。

（2）进出港航道的选址需要大比例尺的水深测量资料。

（3）新港建成后，需要有新的港湾图，以备船舶进出港时使用。

（4）对码头等建筑物进行变形观测。与路上工程相比，港口工程的特点：（1）海上作业。

（2）使用工程船舶。

（3）预制装配化。

（4）有潜水作业。

（5）受波浪影响。

（6）受潮汐、潮流影响。7.2港口工程勘测设计的测量工作港口工程设计一般分为3个阶段：（1）在规划选址阶段需要1：5000~1：10000的海湾地形图。

（2）在初步设计阶段，需要1：1000~1：2000的地形图。

（3）在施工设计阶段，需要1：500~1：1000的地形图。港口建设区域内或相关航道的水深图波浪波高的测量、潮流观测、海洋潮汐观测7.2.1港口工程地形测量港口工程占地面积一般不是太大，所以陆地和水下地形图都是实测的。陆地地形图需测绘港口及其周围的局部地形图。水下地形测量通常采用断面法测量。常用的测深平面定位方法有交会法、极坐标法、断面索法、无线电定位、GPS定位等，其平面定位精度一般规定为图上±1.5mm。水深测量主要是应用测深杆、测深锤、回声测深仪等方法。测深精度与水深有关，一般情况下水深＜10m测深精度为0.15m，10m～20m之间为0.20m，＞20m时为水深的1%。7.2.2海洋水文观测由于港口位置的特殊性，需要对海洋水文进行观测。海洋水位观测包括波浪观测、潮流观测、潮位观测等。受波浪影响较剧烈的堤防工程，应选择适当地点进行波浪观测。波浪观测项目包括波向、波速、波高、波长、波浪周期及沿堤坡或建筑物的风波爬高等。1.波浪波高和周期观测波高和周期的观测方法有两种：直接测定表面波形和间接测定表面波形。（1）直接测定法：把敏感元件设置在海底附近或海中，直接测定海面水位变动。

（2）间接测定法：把敏感元件设置在海底或海中，利用测定的水压力变化间接推算波高。2.波向观测（1）经纬仪测量法：在海岸上最容易观测海上来波的置高点处安置经纬仪，直接利用经纬仪测定波向。

（2）电阻应变线型波向仪法：利用固定式电阻应变线型波向仪的自动记录装置测定波向。

（3）雷达显示测量法：利用雷达显示器可以观测波峰线的平面分布。

（4）航空摄影测量法：利用航空摄影和实物照相的方法测定波向。3.潮流观测潮流观测成果对于设计港口设施，研究港口、航道和海岸泥沙运动以及制定航道疏浚设计等工作是必需的资料。一般利用海流计测定潮流的流速和流向。4.潮位观测堤防工程沿线，应选择适当地点和工程部位进行水位或潮位观测。当进行短时间的临时性的岸边潮位观测时，可利用验潮杆，尺上标有刻度，观测时读取海面在尺上的读数，并且记录相应的时间。对于港口工程来说，需要长期在岸边进行潮位观测，应采用验潮站观测潮位。7.2.3海岸泥沙运动和海底地质调查1.海岸泥沙运动海底物质受到波浪和潮流的作用之后，会产生移动。海岸泥沙运动会造成港口、航道回淤，河口淤积，海岸侵蚀，港口建筑物基础被冲刷等。若海底为沙土，或附近有携带泥沙下泻的河流时，必须考虑海岸泥沙运动。当在这种地点进行开挖和疏浚作业时，必须考虑防淤措施，同时也要考虑冲刷、淤积对水上工程桩位施工的影响。2.海底地质调查当港口位置选在河口或海湾内时因为这种地方冲积层发达、地基软弱，给港口设施的设计施工带来许多困难。为了了解底质的情况，多在海上进行地质勘察。常用的方法有：（1）钻孔探测法。

（2）弹性波探测法。

（3）声波探测法。7.3港口工程施工控制的建立7.3.1施工控制网港口工程施工控制网的建网方法可采用施工基线、光电测距导线和GPS定位技术的形式。这是由于港口工程通常都是沿岸附近布置成狭长的形状，利用施工基线和光电测距导线的方法作为控制，既能满足港口工程建设的需求，又具有布设方便、灵活、工作量小等优越性。进行控制网的设计时，测量人员应充分了解港口工程的特点，熟悉施工计划和施工程序，结合施工总布置图选定控制点点位，使所选的控制点尽量避开施工干扰，在施工放样时能发挥较大的作用，并利于其长期保存。港口工程施工控制中，除必须建立控制网外，还需结合港口工程的特点布设构筑物修建中专用的基线和局部的矩形网。7.3.2施工基线的布设由于港区布设的控制网不可能完全满足每个构筑物施工放样的需要，因此必须根据工程的特点建立新的施工控制。港口工程中，有些建筑物位于水域内，项目的施工控制就不可能像陆地上那样进行，考虑到它们的特殊性，以施工基线的形式作为放样中施测的依据，是一种常见的方法。根据现场地形情况以及港口延伸至水域的情况，港口工程的施工基线一般布设成两种形式：两条相互垂直的基线和两条任意夹角的基线。1.两条相互垂直的基线在有利的地形条件下，应尽量布设两条相互垂直的基线。平行于码头前沿线的基线称正面基线；垂直于码头前沿的基线称侧面基线或平台基线。2.两条任意夹角的基线7.3.3矩形控制网港口公众的船坞、船闸等设施修建时，通常宜布设矩形控制网进行放样。矩形控制网的边长应视建筑物尺寸而定，为便于使用的测设，边长尽可能为50m或100m的整数倍。矩形网的方向由工程建筑物的主轴线决定，且通常采用独立坐标系统。这种独立坐标系统是以网的轴线方向为坐标轴，并使建筑范围内的坐标均为正号。但网的原点应与测量系统的坐标相联系，以便在必要时方便地进行两种坐标的换算。此外，在多数情况下，矩形网点也同时作为高程控制点。考虑到它们有可能被破坏，应在可靠的地方布设一定数量的校核控制点。港口工程的矩形控制网布设时，首先应根据总平面进行设计，设计时先选定轴线点的位置，然后再布置各个网点。对设计后的方案还需经过实地勘查，确保能符合具体情况，且在施测中没有困难。这种矩形网施测方法随工程建筑物的大小和重要性而异，可分为两种：①对于较大的建筑物，可按导线法、轴线法、归化法等方法进行施测；②对于较小的建筑物，矩形控制网的施测则更为简单。6.4高桩板梁式码头工程施工测量港口由水域和陆域两部分组成，其陆域部分包括码头、货场、仓库、铁路、公路及其他辅助设施。码头是停靠船舶、上下旅客及装卸货物的场所，码头的前沿线是指港口水域和陆域的交接线。高桩板梁式码头是一种重要的码头结构形式。7.4.1直桩定位测量高桩板梁式码头测量主要是桩位的施工定位，根据不同用途和它承受荷载的情况，一般布设成直桩和斜桩，桩形有方形断面桩和圆形断面桩。目前，在码头等港口工程中用得最广的是方形钢筋混凝土桩和圆形钢桩。1.方形直桩的定位测量通常采用直角坐标交会法和在正面基线上的前方交会法。1）直角坐标交会法利用两条相互垂直的正、侧面基线，构成直角坐标系，用这样的基线对桩进行交会定位的方法，称为直角坐标交会法。2）在正面基线上的前方交会法当没有条件设立侧面基线时，可采用在正面基线上的角度前方交会法进行定位。角度交会法最好用3台经纬仪进行交会。2.圆形直桩的定位测量港口工程中有时使用圆柱桩，主要有钢管桩、钢筋混凝土桩等。由于圆形桩吊入龙口时会发生旋转，定位时就不能用桩的中心线作为定位标志，一般采用辅助测杆法和切线法等。1）辅助测杆法在打桩船桩架的龙口两侧前方安置测杆，测杆与圆柱之间保持一定的几何关系，即两前测杆间距为2b，其中线通过圆桩的圆心。定位时交会点在测杆上，两根测杆可看作方形桩的棱角点，其坐标计算方法与方形桩基本相同。2）切线法切线法定位就是利用两台经纬仪交会的视线与桩在控制标高上的侧面相切，从而进行定位的方法。（1）用正、侧面基线切线法交会；

（2）任意基线切点交会法。7.4.2斜桩定位测量1.方形斜桩基线法定位测量方形斜桩定位时，正、侧面基线上定位控制点的计算应考虑斜桩的倾斜度及平面扭角两个因素。所谓斜桩的倾斜度是指倾斜桩在垂直方向上的投影与在水平方向上的投影的比值，一般用n:1表示，也可用

表示。打桩时，可以通过打桩船上打桩架的俯与仰，使桩处于设计的倾斜位置。斜桩的平面扭角是指斜桩中心轴线的水平投影与桩排方向间的夹角，常用表示。也可用m:1表示，m为斜桩在桩排方向上的水平投影，而在正面基线方向上的投影为1，即。在桩位计算时，以桩排中心线方向为零，顺时针方向旋转的角度为右旋转角，逆时针方向旋转的角度为左扭转角。右扭转时取正值，左扭转时取负值。1）正面基线上定位控制点的计算正面基线上斜桩的桩位定位控制点主要由斜桩的平面扭角决定，桩轴线水平投影的延长线与正面基线的交点即为定位控制点。2）斜桩定位作业步骤：（1）由正侧面基线的仪器和定位标杆3，引导打桩船大致就位，使船上标杆1、2与岸上的标杆3在一条直线上，用以控制打桩船停泊的方向。

（2）由水准仪观测员指挥船上桩旁的持尺员，将水准尺在桩面上作上、下移动，定出控制标高的位置，并作出记号。

（3）正面基线上的经纬仪照准桩的中心线；侧面基线上的经纬仪照准控制标高截面上的棱角点，指挥打桩船精确定位，然后进行打桩。整个打桩过程中，定位棱角的棱线都应通过十字丝的交点，并随时观测其偏位及标高，及时纠正，使桩打在应有的位置上。

（4）打桩结束后应测出每根桩的偏量。7.4.3桩顶标高定位测量打桩前，先要在桩面上弹墨线，除在桩的正面画出中心线，供正面基线上经纬仪对桩进行平面定位外，还应从桩尖起每隔1m或0.5m画一横线，并注以米数，供水准测量读数使用。当桩平面定位后，在进行稳桩和压桩过程中，要用水准仪观测桩上的分划，并计算出桩沉入土中的深度，填入沉桩表中，作为施工资料。根据施工区域的地质情况和桩作用，对桩顶标高的控制法主要有按贯入度控制和按高程控制两种。每击一锤桩的入土深度，称为贯入度。对于以贯入度控制的桩，只要了解沉桩过程中桩尖处的标高是否符合要求，对桩顶最后标高可不必进行控制。对于摩擦桩或对桩顶标高必须满足设计要求的桩，要进行桩顶标高的测量。1.直桩标高定位测量沉桩过程中要根据水位计算桩尖标高。打桩开始时，水准仪在桩上的读数不断增加，当读数超过桩上最大分划值后，水准仪只能通过替打上的分划来读数。接着通过替打上面的水准标尺来读数。2.斜桩桩顶标高定位测量斜桩的桩顶的倾斜的，它的设计标高是指桩顶最低处的标高，因此在斜桩标高定位时，必须考虑桩身的倾斜度的影响。7.4.4GPS定位测量随着GPS定位技术的广泛应用，基于GPSRTK技术开发了GPS打桩船系统，可以很好地解决海上桩位定位测量工作。系统主要包括GPS实时定位、倾斜仪姿态监控、测距仪抱桩改正、声控传感器桩锤与贯入监控、无线传输设备和打桩定位系统软件等。GPS接收机是不能对桩身进行直接定位的.目前，常用的方法是首先由岸上GPS基准站和安装在船体上的GPS仪器对船体进行RTK实时定位.然后，再以船体作为已知参照物再依据桩架与GPS天线位兰的固定儿何关系，从而达到由GPS对桩身的控制目的·因此，GPS打桩船系统在船体中后部两侧适当位置安装3台GPS接收天线,GPS接收系统以RTK方式工作，实时侧扭三个接收天线的大地坐标，目的是在控制船体的同时检侧船体横摇、纵倾角、桩架倾角及桩体、替打与桩架的相对位置.根据坐标转换数学模型以及接收天线、桩架、替打之间的几何关系。通过软件系统进行处理，计算出桩体坐标、方位角、桩顶标高、贯入度参数。7.5重力式码头施工测量重力式码头也是港口工程常见的码头结构形式，主要由墙身、基床、墙后抛石棱体、上部结构等组成，按形式可分为方块码头、沉箱码头、扶壁码头等。下图为混凝土方块墙身结构形式的重力式码头，它是依靠码头结构本身和其上填料的重量来维持稳定，因此要有良好的地基。重力式码头的优点是不需要钢材，耐久性好，施工简单；缺点：水下作业量大，施工进度慢，测量工作必须有潜水员配合。重力式码头施工测量的主要内容有：施工控制网和施工基线的测设、基槽开挖、基床抛填、基床整平和预制物件安装的测量。其高程控制除建立一定数量的水准点外，还需在附近设立水尺，观测水位，用以计算测量点的高程。7.5.1基槽开挖测量工作开挖基槽一般有挖泥船进行。测量工作的主要任务是：设置挖泥导标以控制开挖的宽度和方向，进行挖泥前后的横断面测量以检查开挖是否合乎设计要求。7.5.2基床抛填测量工作根据设计要求，基床施工的顺序是先铺砂后抛石，然后对基床表面进行粗平、细平和极细平。测量放样的任务必须为基床抛填设置方向标，同时为基床平整进行放样工作。1.设置方向标施测时，首先在基线上测设各边线的控制桩，然后在各桩垂直于基线的方向上设置一对方向标。一般基线上的控制桩可兼作一个方向标。抛设导标(浮标):浮标抛设好后,施工部门即可按照设计要求,安装海底的预制件.2.基床整平的测量工作基床的整平包括粗平、细平、极细平3项工作。1）粗平2）细平和极细平细平和极细平是基床施工的最后一道工序，两者采用的方法相同，但精度要求不同。根据规范规定，细平精度为±5cm，极细平精度为±3cm。7.5.3方块吊装的放样工作方块安装的测量主要是确保码头前沿线的码头横断线安装在设计位置上。一般在水下底层方块外缘约5cm～10cm处测设一条安装基准线，作为潜水员进行水下安装的依据。1.吊垂法安装基准线的测设2.方块的安装7.5.4墙后抛填的放样工作重力式码头的上部结构一般为现浇，测量人员只要按设计尺寸和标高，测设出必要的点和线，为立模板提供依据。在吊装方块2层～3层后，就可以开始墙后抛填，测量放样工作和基床抛填一样，在岸上或水区布置抛填标志，控制各层标高。必要时进行断面测量并绘制断面图，检查坡度和分层标高是否满足要求。7.7港口工程建筑物的变形观测港口工程在施工期间或工程竣工后，由于水文地质条件，荷载、水流或波浪冲刷影响、地下水的作用、边坡开挖、地震或打桩以及爆破震动等原因，会引起岸坡和建筑物发生变形，如滑移、沉降、倾斜、裂缝等。为了保证建筑物的安全，必须重视变形观测工作，通过观测，可以监视变形的程度和发展趋势，掌握变形的规律，以便提出防治措施，并为今后的设计积累资料。由于变形的原因比较复杂，因此，变形观测项目和方法以及观测方案的布置，应根据具体情况，由设计、科研、施工和地质等方面的技术人员与测量工作者共同商定。建筑物变形观测主要有水平位移监测和垂直位移监测。6.7.1码头水平位移观测1.方向线法根据码头所在地区的地形条件布置方向线，方向线的两端基点布设在码头的左右两侧岸坡上，有时受地形限制可以将两个基准点设于码头的同一侧或者将另一基准点设在垂线上，但尽可能使两基准点间的距离更远些。位移观测点应沿着方向线埋设，点位的数量应符合监测要求。定期观测这些点偏离方向线的距离，计算出各点在不同时期测得的偏离值之差，求得其水平位移值。基准点应设在稳定的基础上，同时应能够与其他控制点联测。为了减少一起与觇牌的对中误差，基准点上宜设置带有强制对中装置的观测墩。方向线法所使用的觇牌有固定觇牌和活动觇牌，为了便于精确瞄准，通常觇牌的图案涂成黑白或红白两组颜色。这种团的觇牌照准精度高，观测距离远，且适合各种望远镜内十字丝的形状和宽度。此外，还需要一个安置活动觇牌的活动对中圆盘。利用活动觇牌测定位移的步骤：（1）在一个基准点安置经纬仪，在另一基准点安置固定觇牌，以经纬仪严格照准觇