■童兆祥 ■中交天津港航勘察設(shè)計研究院有限公司，天津市 300450

曹妃甸位于唐山南部沿海、渤海灣中心地帶，原本是一個東北、西南走向的帶狀沙島，為古灤河入海沖擊而成，至今已有5500 多年的歷史，因島上曾建有曹妃廟而得名。曹妃甸港口及工業(yè)區(qū)發(fā)展用地主要依靠圍?；靥钤礻?，而后進行地基加固處理形成，而圍堤是圍海造陸工程中重要的組成部分。曹妃甸工業(yè)區(qū)東南區(qū)建設(shè)基地圍海造地工程地基土為沙土，為防止施工速度過快造成圍堤地基出現(xiàn)剪切破壞，通過對圍堤進行沉降監(jiān)測來掌握施工期圍堤地基穩(wěn)定性、沉降速率等資料，控制加荷速率，對施工安全進行預(yù)控則顯得尤為重要。

1 圍堤沉降監(jiān)測的特點

圍堤沉降監(jiān)測屬于變形監(jiān)測的一種，所以其具有變形監(jiān)測精度要求較高、重復(fù)觀測、數(shù)據(jù)處理嚴密等特點。除此之外曹妃甸工業(yè)區(qū)東南區(qū)建設(shè)基地圍海造地工程圍堤沉降監(jiān)測還有如下的特殊性:(1)圍堤處于施工期，潮位過大時部分施工區(qū)段被海水淹沒無法測量，需利用低潮時間完成沉降監(jiān)測;(2)圍堤整體形狀為一字型，施工從圍堤兩側(cè)向中心進行，圍堤中心有一近300 米的龍口，因此對圍堤的高程控制尤為困難;(3)單一的水準測量設(shè)備無法滿足圍堤監(jiān)測需求，因此需聯(lián)合使用水準儀、高精度全站儀完成圍堤的沉降監(jiān)測工作。

2 測量方案

2.1 監(jiān)測精度要求

在進行圍堤沉降監(jiān)測之前應(yīng)搜集與測量有關(guān)的相關(guān)資料，對沉降監(jiān)測的精度進行分析，根據(jù)其特殊性制定嚴密合理的監(jiān)測方案。本工程沉降觀測報警值為日沉降量達到18mm，因此水準測量的中誤差不易大于10mm。

2.2 控制方案

鑒于圍堤沉降監(jiān)測的特殊性，該高程控制網(wǎng)應(yīng)布設(shè)為附合水準網(wǎng)進行高程控制。首先選擇甲方提供的高等水準點CFD -7 為基準點，CFD-9 點作為起始校核基點;在堤體外的碼頭上相距100 米布設(shè)兩個水準點D1、D2 做為本工程監(jiān)測的工作基點。因圍堤中部有龍口故用跨河水準進行高程控制，為了滿足跨河三等水準的要求，在堤體龍口兩側(cè)采取打樁埋設(shè)的方式分別布設(shè)B1、B2、B3、B4 四個工作基點，其中B1與B2、B3 與B4 點相距分別為15m。使用徠卡高精度電子水準儀通過普通水準測量和跨河水準測量的方法將高程從GPS07 點引測至各工作基點，從而形成沉降觀測的高程控制網(wǎng)。CFD -7、D1、D2、B1、B2、B3、B4 七個點構(gòu)成起始控制網(wǎng)。在測量過程中，龍口B3、B4 側(cè)以B4 點為工作點對沉降盤進行觀測，且每周需采用跨河三角高程測量方法對B4點進行復(fù)核觀測，以保證其高程安全可靠。變形觀測點以沉降盤的形式在堤體中線上每200 米埋設(shè)一點。布設(shè)點位圖如圖1 所示。

2.3 測量設(shè)備的選取

本工程的圍堤沉降監(jiān)測選用的測量設(shè)備是Leica DNA03 型電子水準儀和索佳NET05X 型全站儀。Leica DNA03 型電子水準儀，在使用銦鋼尺時，此儀器測量精度可達到每公里往返標準偏差0.3mm，測量范圍為1.8m～60m，最小讀數(shù)為0.1mm。索佳NET05X 型全站儀一臺，NET05X 達到了業(yè)界最高的0.5 〞測角精度;其標準單棱鏡的測距精度為0.8mm+1ppm，測程可達3500m。在1000m 以上的邊長測量中提供業(yè)界最高的測量精度。

2.4 測量方法的精度分析

因本工程沉降觀測報警值為日沉降量達到20mm，故需對所選用儀器設(shè)備及觀測方法進行精度評定，具體精度分析如下:

2.4.1 水準測量精度分析

水準測量每公里單程觀測高差中數(shù)(高差平均值)的偶然中誤差的計算公式:

每公里往返測高差中數(shù)的偶然中誤差的計算公式為:

根據(jù)以上，可計算三、四等水準測量時最遠沉降盤處最大高差中誤差。

取M2 值為三等及四等水準測量每千米高差中誤差的限差±3mm、±5mm，對不同長度水準路線的高差中誤差進行計算，本次圍堤沉降監(jiān)測最長水準路線長度為3km，由計算結(jié)果可知當(dāng)水準路線長度超過2km 時四等水準測量中誤差大于10mm，故不滿足要求。而當(dāng)選用三等水準測量時，水準路線為3km 長的最大高差中誤差為7.35mm，因此選用三等水準測量可滿足該工程要求。

2.4.2 跨河三角高程測量精度分析

使用索佳NET05X 型全站儀在對向觀測法中，一般將大氣折光作為常數(shù)考慮，或者雖然把大氣折光系數(shù)作為變量，卻沒有考慮不同方向折光系數(shù)差異性。為了測定A、B 兩點之間的高差hAB，在A 點架設(shè)全站儀，在B 點架設(shè)棱鏡。設(shè)SAB是A、B 兩點之間的傾斜距離，αA為全站儀照準棱鏡中心的豎直角，iA為儀器高，vA為棱鏡高，κ 為大氣折光系數(shù)，R 為地球曲率半徑，則A、B 兩點之間單向觀測高差為:

同理，由B 點向A 點進行對向觀測，假設(shè)兩次觀測是在相同的氣象條件下進行的，則取雙向觀測的平均值可以抵消地球曲率和大氣折光的影響，并得到A、B 兩點對向觀測平均高差為:

根據(jù)誤差傳播定律，得到(2)式計算高差中誤差為:

該儀器的測角標準差為=0.5 〞，測距標準差=0.8mm +1ppm，儀器高和棱鏡高量取中誤差=1mm，則對應(yīng)不同的豎直角和傾斜距離S。為了保證跨河三角高程測量的精度，到監(jiān)測現(xiàn)場對觀測方案進行模擬實驗，并與電子水準儀的測量結(jié)果進行比對。

對兩種方法求得高差進行對比，求取差值進行分析。觀測結(jié)果為:三等水準測量高差:0.044m，全站儀三角高程法測量高差:0.038m

高差差值為0.006m，即6mm，經(jīng)此實驗可得出結(jié)論，在此項目使用全站儀三角高程代替三等水準進行跨河水準測量的精度可以滿足精度要求。

2.5 測量數(shù)據(jù)分析、圖標等

圍堤沉降監(jiān)測的實施必須嚴格按照既定的方案執(zhí)行，執(zhí)行過程中必須嚴格按照水準測量及三角高程測量的規(guī)范執(zhí)行。監(jiān)測周期視具體情況可進行相應(yīng)調(diào)整，當(dāng)變形監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)變形量或變形速率出現(xiàn)異常變化，變形量達到或超過業(yè)主規(guī)定的預(yù)警值，需立即向相關(guān)單位報告，并增加監(jiān)測周期或調(diào)整變形測量方案。在完成外業(yè)變形監(jiān)測任務(wù)后，對測量結(jié)果進行檢查、數(shù)據(jù)檢查合格后進行按距離進行平差計算并處理分析得出相應(yīng)的變形量，與上次測量結(jié)果進行比對分析，繪制出變形曲線圖如圖1 所示

圖1

3 結(jié)論

在港口航道等水運工程建設(shè)中圍堤是重要且常見的組成部分，因而圍堤沉降監(jiān)測也是一種普遍的測繪活動。通過本文的論述為以后類似這種條帶狀圍堤沉降監(jiān)測高程控制網(wǎng)的布設(shè)以及精度分析提供了一種方案。特別是對有龍口的圍堤沉降監(jiān)測選用的設(shè)備以及能達到的精度等級提供了選擇。

［1］JTS 131 -2012 水運工程測量規(guī)范.

［2］GB/T 12898 -2009 國家三四等水準測量規(guī)范.

［3］JGJ8 -2007 建筑變形測量規(guī)范.