基于碼頭工程的變形監測數據分析

干婷

摘? 要：變形監測作為研究變形體變形現象的主要研究手段，已在眾多構筑物的變形研究中得到廣泛的運用。碼頭運營階段的變形監測主要是為了及時掌握結構物的形態變化情況，對其使用狀況和壽命進行評估和預測，以確保碼頭安全運營。該文以某碼頭變形監測工程實例出發，闡述了變形監測方案的設計流程實、實施步驟、監測方法和點位布設，重點結合碼頭實際荷載情況對監測數據進行處理和分析，根據監測數據的變化分析碼頭的變形規律，進而判斷其穩定性。

關鍵詞：碼頭變形? 方案設計? 數據分析? 回歸分析

中圖分類號：U655.1 文獻標識碼：A

Abstract： Deformation monitoring， as the main research method of deformation phenomenon， has been widely used in the deformation research of many structures. The deformation monitoring in the operation stage of the wharf is mainly to timely grasp the morphological changes of the structure， evaluate and predict its service condition and service life， so as to ensure the safe operation of the wharf. Based on the example of a wharf deformation monitoring project， this paper expounds the design process， implementation steps， monitoring methods and point layout of the deformation monitoring scheme. It focuses on the processing and analysis of the monitoring data combined with the actual load of the wharf， analyzes the deformation law of the code head according to the change of the monitoring data， and then judges its stability.

Key Words： Wharf deformation; Conceptual design; Data analysis; Regression analysis

伴隨著“一帶一路”倡議在實體層面的推動，中國在沿線港口的建設蔚為大觀。碼頭運營階段的變形監測主要是為了及時掌握結構物的形態變化情況，對其使用狀況和壽命進行評估和預測，以確保碼頭安全運營。綜合考慮到碼頭變形可能會導致工程事故，從而影響國民的生命財產安全，因此加強在碼頭運營期的變形監測工作也是很有必要的。該文以某碼頭變形監測工程實例出發，闡述了變形監測方案的設計流程、實施步驟、監測方法和點位布設，重點結合碼頭實際荷載情況對監測數據進行處理和分析，根據監測數據的變化分析碼頭的變形規律，進而判斷其穩定性。

1 變形監測技術研究

變形監測技術從測量儀器使用角度分類可分為常規大地測量和現代新技術監測[1]。常規大地測量即用常規大地測量儀器如精密水準儀、GPS、全站儀等測量方向、角度、邊長、高差等量，通過周期觀測確定點位變動情況并預測發展趨勢[2]。現代新技術監測將三維激光掃描技術、合成孔徑雷達干涉測量技術運用到變形監測領域縮短了觀測時間、提高了觀測精度，使作業過程變得更高效和人性化。該文案例選用了電子水準儀和GPS接收機進行碼頭垂直位移和水平位移的觀測。

2 變形監測方案設計

作為變形監測中一項重要工作變形監測方案的制訂，它包括了監測方法選擇、變形監測網和變形監測點布設、觀測精度、觀測周期等內容[3]。該文選取了太倉港務碼頭變形監測進行方案設計和數據分析。高樁碼頭即太倉港務碼頭，位于長江太倉段水域，碼頭上游距離太倉武港碼頭下游角點約502 m，下游距離華能太倉電廠煤碼頭約792 m。根據現場踏勘結合監測碼頭變形規范的要求[4]，該工程主要對運行階段碼頭的水平位移和垂直沉降兩方面進行監測，監測頻率前期為三個月一次;后期工作視變形速率的大小調整監測，但不可低于一年兩次觀測頻率。如果變形速率高于標準值，需及時適當地增加觀測頻率，直至建筑物穩定為止。共設置32個檢測點，監測碼頭水平位移和沉降情況。該工程案例由甲方提供了二等水準點BM383及生產區四周堤壩6個控制基準點，共計7個基準點組成監測基準網。由于監測區域范圍比較大，在監測區域內引測工作基點。工作基點可以采用現有標志或者埋設標石。將基準點與工作基點連成閉合水準路線或附合水準路線，采用二等水準觀測的方法將基準點的高程引至工作基點[5]。碼頭水平位移及垂直位移共用同一監測點，位移監測點設在樁式結構的四個拐角，共計32個測點。依次編號為CTi（i=1-32）。碼頭沉降觀測采用水準測量法，按國家二等水準技術規范要求進行。

3 變形監測數據分析

3.1 碼頭沉降監測數據分析

碼頭沉降觀測自2018年3月10日開始，到2020年12月15日共完成八期觀測，碼頭共布設了32個測點。下面是對自2018年3月份起到2020年12月份為止碼頭點位累計沉降情況的分析。首先根據測量數據，繪制出了碼頭南、北兩側點位累計沉降過程曲線（見圖1）。

從總體走勢來看，在碼頭兩端（東西側）南側累計沉降量比北側累計沉降量大，具體集中在截面1到截面3以及截面15到截面16;碼頭中部的沉降情況為：北側碼頭累計沉降量全部高于南側碼頭累計沉降量，表明碼頭北側變形情況更為突出。由于累計沉降曲線圖總體處在波動狀態從碼頭南側的累計沉降過程曲線圖（圖1）很難直觀的找到規律，因此下面重點分析碼頭南北兩側兩個峰值點位——CT12和CT21。圖2為自2018年至2020年8期數據點位CT12和CT21的累計沉降過程曲線圖。圖中橫軸表示數據期次;縱軸表示自首次測量的累計沉降量，單位為：毫米（mm）。由圖2可知沉降累積量隨時間變化的過程曲線，其中這每段折線的斜率就代表點位在這一測量周期里的沉降變化速率。通過沉降過程曲線看出，兩個點的沉降量都呈逐步增大，但沉降速率在交替變化。前兩期兩個點位的沉降速率基本一致，此時碼頭剛投入運營，主要還是碼頭及其配備的卸載設備所產生的自身負載的影響。從第二期到第五期，通過平均沉降速率計算來看，碼頭基本趨于穩定狀態;從第六期到第八期的曲線變化情況可以看出，在第六期觀測中，點CT12沉降突然變陡出現拐點說明短期內這一點位的沉降速率在增大;點CT21亦同。從實際運營情況分析，在第六期和第八期碼頭兩側都有大型船只在進行裝卸貨作業，那么第六期出現拐點與船舶裝卸貨帶來的外部荷載有關。

3.2? 碼頭位移監測數據分析

碼頭沉降觀測自2018年3月10日開始，到2020年12月15日共完成8期觀測，觀測點位共計32個。通過每期數據在X、Y兩個方向的坐標增量，可以繪制出碼頭南北兩側每個點位在各期內觀測分別在這兩個方向上的坐標累計增量（見圖3、圖4）。

通過圖3可以看出，外線碼頭南北兩側點位在X軸方向（伸縮縫方向）的位移規律有明顯差異：外碼伸縮縫北側位移點（CT1‐CT16 號點）較南側位移點（CT17‐CT32 號點）位移量要大。北側位移點整體向北一側位移，其中在北側碼頭的中段的點位沿伸縮縫方向累計位移較為明顯。反觀南側位移點位移方向規律并不明顯，基本上在初始位置兩側小幅度的波動，總體偏向碼頭南側，累計位移較小，表明南側碼頭基本上沒有水平位移波動引起的風險。圖4是各監測點在各觀測周期Y方向上的坐標累計增量。通過位移曲線可以看出，外碼伸縮縫東西向中間部位起伏較大，其中，第八期數據——黃線在測點CT4、5、7、8、11、13，20，21，25等點位波動較大，其中點位 CT7 和CT12在東西方向的累計位移分別達到了9.6 mm、31.1 mm，平均位移速率分別為0.046 mm/d、0.147 mm/d，均超出建筑物穩定評判指標，需進一步跟蹤監測。

3.3? 回歸分析

回歸分析是確定兩種或兩種以上變量間相互依賴的定量關系的一種統計分析方法[6]。根據上面分析，在2019年12月份觀測數據中北側碼頭點位CT12的沉降存在異常，同時北側碼頭在X軸方向上存在整體規律，選取CT12作為北側碼頭的代表，對其沉降和其水平位移數據進行回歸分析，研究碼頭點位水平位移和沉降之間的相互關系，以此來判斷碼頭沉降和水平位移二者之間是否相關。下表1和表2分別為CT12的沉降量和其在垂直于伸縮縫方向的水平位移監測數據。

分別畫出點

首先，根據回歸方程的模型：

其中，自變量x為CT12的水平位移量，因變量y為CT12的沉降量。

利用Matlab，運行程序，得到模型的參數：

確定回歸模型為：y=0.5989+1.0954x

同時得到回歸系數為：R=0.8472。

由于回歸系數越接近于1，說明回歸方程越顯著，回歸效果也越明顯。

4 結 論

變形監測作為研究變形體變形現象的主要研究手段，已在眾多構筑物的變形研究中得到廣泛運用，該文以華能太倉港務變形監測頂目為例，對碼頭變形監測中所得到的數據進行了詳細的處理和分析，主要研究工作包括兩點：第一，針對工程實際工況進行變形監測方案設計工作; 第二，對測量數據進行整理，分析了碼頭的沉降和位移規律。

參考文獻

[1]王磊，張建民.淺談建筑工程測量[J].公路交通科技：應用技術版，2020（5）：16.

[2]肖英，田鴻，侯平，等.沉降觀測在高層建筑物變形監測中的應用[J].有色金屬設計，2019（1）：46.

[3]陳志江，楊久東，張凌云.穩健估計在地鐵沉降監測數據處理中的應用[J].華北理工大學學報：自然科學版，2021（1）：26-31.

[4]陳燦明，蘇曉棟，何建新，等.高樁碼頭安全評估中樁身完整性檢測比例的探討[J].水道港口，2017（3）：38.

[5]張宇.高層建筑物沉降監測與預測方法[J].北京測繪，2019（11）：33.

[6]王琰，呂航，谷復光.多元線性回歸方法在地面沉降量預測中的解析及應用[J].安全與環境工程，2021，28（3）：156-161.