斜坡碼頭施工監測與預警控制研究

張小軍

摘 要：長江流域碼頭數量眾多，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構形式，結構簡單，建筑速度快，適應性好。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。碼頭施工監控技術配合預警監控指導碼頭施工十分必要。本文主要分析斜坡碼頭施工監測與預警的相關技術，總結研究對于監測數據處理的幾種方法，以及包括數據處理后對施工安全和質量問題的預測預警作用。

關鍵詞：斜坡碼頭；施工監測；安全；預警

一、前言

山區河流隨著季節的變化，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，當設計高低水位差在10-20m時，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構形式，其適應性強，施工速度快，造價低廉。斜坡碼頭的施工控制過程受到很多的因素影響，碼頭施工監控技術配合預警監控指導碼頭施工十分必要。

二、監測方法

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

2.變形監測，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。近景地面數字化攝影測量能適應各種精度要求及各種應用場合的需要，省人力、投入快、安全。變形監測就是掌握斜坡變形破壞規律，及時的發現隱患，尤其是較大的變形趨勢，通過數值模擬預測沉降變形的趨勢，及時采取措施規避。

3.地下水監測，施工中的地下水是造成邊坡失穩的主因，斜坡式碼頭的施工中也要密切關注地下水位。由于其本身位于江邊，長期受到地下水和地表水的侵蝕，因此需要根據工程要求，可進行孔隙水壓力、動水壓力等數據內容監測。目前主利用自動水位記錄儀測量水位，具有多點測量及小口徑鉆孔測量等優勢。

4.位移監測。除了坡體表面的位移，坡體內部的位移隨邊坡內土層結構的不同而不同，因此還需要進行邊坡內部位移觀測，目前主要采用鉆孔測斜儀實施監測。鉆孔測斜儀是觀測巖體深部位移、確定潛在滑動面的主要方法，用于確定滑動面的位移、滑動方向及變化速率。坡體內部也有垂直位移，即位移變化是空間性質的，因此常用拉線式地下位移監測。

5.遠程監測。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監測中心不現實，因此測試現場實現無人化操作的遠程監測尤為必要，借助與調制解調器自動傳輸監測數據，施工監測信息的獲取、傳輸和處理完全實現自動化，一個斜坡碼頭監測研究中心對多個斜坡碼頭監測。

三、施工監控內容及要求

個施工過程結構變化多樣，因此要歸結主要監控內容和監控重點，目前工程監測上主要針對岸坡、樁基和擋墻的監測。

1.岸坡監控。岸坡本身以及周邊環境的地基穩定是主要監測重點，必測項目包括表層沉降，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測，裂縫監測。各監控項目間距應根據工程實際情況，同時至少要監測3個以上的斷面。岸坡觀測可以采用簡易監測設備，水平位移采用雙向監測，裂縫監測最可能發生破裂的部位。

2.樁基監控。樁基施工前的監控則是通過收集資料來分析計算、施工監控方案的制定，擬定監測的點。岸坡穩定每天一次巡視檢查，深層水平位移測點間距20-50m，振動速度、振動頻率布置個測點并雙向監測。樁基監測對外觀檢查和樁基位置和軸線進行全數監測。同時要密切觀察周圍建筑的沉降，主要在角點和中點布置監測點，全數監測傾斜、裂縫。

3.擋墻監控。混凝土擋墻斷面尺寸、伸縮縫位置和構造應滿足設計要求。墻面應平整，棱角線應平直，分層施工接茬應平順，無明顯錯臺和流墜。

4.施工監測數據誤差分析。在實際施工中，斜坡碼頭施工監測受到很多因素的影響，尤其是江邊環境復雜，監測工作實施困難，斜坡碼頭結構的實際狀態與理想狀態有一定的偏誤，所以施工監測的誤差檢查和精度分析尤為必要，整編后進行統計檢驗并評估其可靠度。

測量數據誤差一般可分為三類：粗差、偶然誤差和系統誤差。斜坡碼頭工程監測中的粗差檢查方法有測值范圍檢查法，數學模型檢驗法和統計檢驗法三種；對于測量數據中的偶然誤差和系統誤差，一般采用濾波的辦法進行剔除。

四、施工監測信息的預報預警

監測信息分析預報的方法有很多，但主要可分為經驗統計分析預測法和力學模型分析與預報法等兩大類。首先是基于監測物理量隨施工過程變化的監測曲線形態判斷法，將被監測部位的某種物理量值的變化做出曲線圖，通過數值模擬出其變化的趨勢。

基于灰色系統理論法的狀態預測在監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，分析預測下一施工過程的數據，對比實測數據，不斷修正模型，使的分析預測的數據接近實測值，用以指導設計和施工。

回歸分析則是將監測指標作為變量，繪制出所測物理量隨時間變化的回歸曲線，如沉降和時間的關系，以回歸擬合來預測最終的沉降值。

通過以上這些措施來監測沉降數據，作出預警，當擬合的結果超過了規范要求的限值時，需要及時的規避。

總之斜坡式碼頭作為高水位差的主要結構形式，其施工監控重點內容應聚焦于自然條件、施工臨時措施、通航安全及主體結構安全、地下水、沉降監控、岸坡滑移穩定性、頂擋墻位移、腳手架和模板、吊裝上部結構等。通過監測來預測最終的變化趨勢，及時的作出預警提示，提供施工指導。

參考文獻

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（作者單位：長江安慶航道處）