斜坡碼頭施工監(jiān)測與預(yù)警控制研究

張小軍

摘 要：長江流域碼頭數(shù)量眾多，其中有大量的斜坡式碼頭，斜坡碼頭是河流上游大水位差河港的主要結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)簡單，建筑速度快，適應(yīng)性好。斜坡式碼頭的施工存在一定的難度，影響因素多、水位變幅大。碼頭施工監(jiān)控技術(shù)配合預(yù)警監(jiān)控指導(dǎo)碼頭施工十分必要。本文主要分析斜坡碼頭施工監(jiān)測與預(yù)警的相關(guān)技術(shù)，總結(jié)研究對(duì)于監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的幾種方法，以及包括數(shù)據(jù)處理后對(duì)施工安全和質(zhì)量問題的預(yù)測預(yù)警作用。

關(guān)鍵詞：斜坡碼頭；施工監(jiān)測；安全；預(yù)警

一、前言

山區(qū)河流隨著季節(jié)的變化，沿岸碼頭水位落差很大。長江是我國的母親河，沿線水位差一般為16-30m，當(dāng)設(shè)計(jì)高低水位差在10-20m時(shí)，主要以直立式碼頭為主。但在20m以上的水位高差下，則以斜坡式碼頭為主。斜坡碼頭是河流上游大水位差的主要結(jié)構(gòu)形式，其適應(yīng)性強(qiáng)，施工速度快，造價(jià)低廉。斜坡碼頭的施工控制過程受到很多的因素影響，碼頭施工監(jiān)控技術(shù)配合預(yù)警監(jiān)控指導(dǎo)碼頭施工十分必要。

二、監(jiān)測方法

1.應(yīng)力監(jiān)測，斜坡碼頭在天然岸坡基礎(chǔ)上施工，土方開挖引起天然土體的應(yīng)力場變化，在坡面附近產(chǎn)生應(yīng)力集中帶，在坡腳附近，平行坡面的切向應(yīng)力提升，成了最大剪應(yīng)力增高帶。邊坡愈陡，則此帶范圍愈大，也越容易發(fā)生拉裂破壞。內(nèi)部應(yīng)力監(jiān)測通過壓力盒量測，以電測式壓力測力計(jì)為主，樁基應(yīng)力監(jiān)測主要采用傳感器應(yīng)力測試，鋼弦式傳感器具有良好的穩(wěn)定性具有良好的實(shí)用性。

2.變形監(jiān)測，水平表面式傾斜儀用來量測斜坡碼頭工程待測部位如工程邊墻，底面和邊坡工程。近景地面數(shù)字化攝影測量能適應(yīng)各種精度要求及各種應(yīng)用場合的需要，省人力、投入快、安全。變形監(jiān)測就是掌握斜坡變形破壞規(guī)律，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)隱患，尤其是較大的變形趨勢，通過數(shù)值模擬預(yù)測沉降變形的趨勢，及時(shí)采取措施規(guī)避。

3.地下水監(jiān)測，施工中的地下水是造成邊坡失穩(wěn)的主因，斜坡式碼頭的施工中也要密切關(guān)注地下水位。由于其本身位于江邊，長期受到地下水和地表水的侵蝕，因此需要根據(jù)工程要求，可進(jìn)行孔隙水壓力、動(dòng)水壓力等數(shù)據(jù)內(nèi)容監(jiān)測。目前主利用自動(dòng)水位記錄儀測量水位，具有多點(diǎn)測量及小口徑鉆孔測量等優(yōu)勢。

4.位移監(jiān)測。除了坡體表面的位移，坡體內(nèi)部的位移隨邊坡內(nèi)土層結(jié)構(gòu)的不同而不同，因此還需要進(jìn)行邊坡內(nèi)部位移觀測，目前主要采用鉆孔測斜儀實(shí)施監(jiān)測。鉆孔測斜儀是觀測巖體深部位移、確定潛在滑動(dòng)面的主要方法，用于確定滑動(dòng)面的位移、滑動(dòng)方向及變化速率。坡體內(nèi)部也有垂直位移，即位移變化是空間性質(zhì)的，因此常用拉線式地下位移監(jiān)測。

5.遠(yuǎn)程監(jiān)測。修建一座斜坡碼頭周期較長，而且部分位于交通干線上，每一座碼頭附近都建設(shè)監(jiān)測中心不現(xiàn)實(shí)，因此測試現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)無人化操作的遠(yuǎn)程監(jiān)測尤為必要，借助與調(diào)制解調(diào)器自動(dòng)傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，施工監(jiān)測信息的獲取、傳輸和處理完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，一個(gè)斜坡碼頭監(jiān)測研究中心對(duì)多個(gè)斜坡碼頭監(jiān)測。

三、施工監(jiān)控內(nèi)容及要求

個(gè)施工過程結(jié)構(gòu)變化多樣，因此要?dú)w結(jié)主要監(jiān)控內(nèi)容和監(jiān)控重點(diǎn)，目前工程監(jiān)測上主要針對(duì)岸坡、樁基和擋墻的監(jiān)測。

1.岸坡監(jiān)控。岸坡本身以及周邊環(huán)境的地基穩(wěn)定是主要監(jiān)測重點(diǎn)，必測項(xiàng)目包括表層沉降，岸坡頂部的分層沉降，表層水平位移，深層水平位移，岸坡和堆填的空隙水壓力和水位監(jiān)測，裂縫監(jiān)測。各監(jiān)控項(xiàng)目間距應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，同時(shí)至少要監(jiān)測3個(gè)以上的斷面。岸坡觀測可以采用簡易監(jiān)測設(shè)備，水平位移采用雙向監(jiān)測，裂縫監(jiān)測最可能發(fā)生破裂的部位。

2.樁基監(jiān)控。樁基施工前的監(jiān)控則是通過收集資料來分析計(jì)算、施工監(jiān)控方案的制定，擬定監(jiān)測的點(diǎn)。岸坡穩(wěn)定每天一次巡視檢查，深層水平位移測點(diǎn)間距20-50m，振動(dòng)速度、振動(dòng)頻率布置個(gè)測點(diǎn)并雙向監(jiān)測。樁基監(jiān)測對(duì)外觀檢查和樁基位置和軸線進(jìn)行全數(shù)監(jiān)測。同時(shí)要密切觀察周圍建筑的沉降，主要在角點(diǎn)和中點(diǎn)布置監(jiān)測點(diǎn)，全數(shù)監(jiān)測傾斜、裂縫。

3.擋墻監(jiān)控?；炷翐鯄嗝娉叽?、伸縮縫位置和構(gòu)造應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。墻面應(yīng)平整，棱角線應(yīng)平直，分層施工接茬應(yīng)平順，無明顯錯(cuò)臺(tái)和流墜。

4.施工監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差分析。在實(shí)際施工中，斜坡碼頭施工監(jiān)測受到很多因素的影響，尤其是江邊環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)測工作實(shí)施困難，斜坡碼頭結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)與理想狀態(tài)有一定的偏誤，所以施工監(jiān)測的誤差檢查和精度分析尤為必要，整編后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)并評(píng)估其可靠度。

測量數(shù)據(jù)誤差一般可分為三類：粗差、偶然誤差和系統(tǒng)誤差。斜坡碼頭工程監(jiān)測中的粗差檢查方法有測值范圍檢查法，數(shù)學(xué)模型檢驗(yàn)法和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法三種；對(duì)于測量數(shù)據(jù)中的偶然誤差和系統(tǒng)誤差，一般采用濾波的辦法進(jìn)行剔除。

四、施工監(jiān)測信息的預(yù)報(bào)預(yù)警

監(jiān)測信息分析預(yù)報(bào)的方法有很多，但主要可分為經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析預(yù)測法和力學(xué)模型分析與預(yù)報(bào)法等兩大類。首先是基于監(jiān)測物理量隨施工過程變化的監(jiān)測曲線形態(tài)判斷法，將被監(jiān)測部位的某種物理量值的變化做出曲線圖，通過數(shù)值模擬出其變化的趨勢。

基于灰色系統(tǒng)理論法的狀態(tài)預(yù)測在監(jiān)測下一施工過程之前，我們可以利用灰色模型理論建模的方法，分析預(yù)測下一施工過程的數(shù)據(jù)，對(duì)比實(shí)測數(shù)據(jù)，不斷修正模型，使的分析預(yù)測的數(shù)據(jù)接近實(shí)測值，用以指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。

回歸分析則是將監(jiān)測指標(biāo)作為變量，繪制出所測物理量隨時(shí)間變化的回歸曲線，如沉降和時(shí)間的關(guān)系，以回歸擬合來預(yù)測最終的沉降值。

通過以上這些措施來監(jiān)測沉降數(shù)據(jù)，作出預(yù)警，當(dāng)擬合的結(jié)果超過了規(guī)范要求的限值時(shí)，需要及時(shí)的規(guī)避。

總之斜坡式碼頭作為高水位差的主要結(jié)構(gòu)形式，其施工監(jiān)控重點(diǎn)內(nèi)容應(yīng)聚焦于自然條件、施工臨時(shí)措施、通航安全及主體結(jié)構(gòu)安全、地下水、沉降監(jiān)控、岸坡滑移穩(wěn)定性、頂擋墻位移、腳手架和模板、吊裝上部結(jié)構(gòu)等。通過監(jiān)測來預(yù)測最終的變化趨勢，及時(shí)的作出預(yù)警提示，提供施工指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1]邊峰.斜坡碼頭在工程實(shí)例中的應(yīng)用分析[J].中國水運(yùn)（下半月），2014（04）：285-287.

[2]趙峰.港口碼頭建設(shè)中幾個(gè)細(xì)節(jié)問題的探析[J].中國水運(yùn)（下半月），2014，14（10）：271-272.

[3]吳黎紅，莫建新.實(shí)體斜坡碼頭岸坡塌方處理方案研究[J].中國水運(yùn)（下半月），2013，13（04）：156-157+175.

[4]趙峰.港口碼頭建設(shè)中幾個(gè)細(xì)節(jié)問題的探析[J].中國水運(yùn)（下半月），2014，14（10）：271-272.

（作者單位：長江安慶航道處）