围堤沉降监测精确度的方法浅谈

2015-12-02童兆祥中交天津港航勘察设计研究院有限公司天津市300450

江西建材 2015年14期

■童兆祥 ■中交天津港航勘察设计研究院有限公司，天津市 300450

曹妃甸位于唐山南部沿海、渤海湾中心地带，原本是一个东北、西南走向的带状沙岛，为古滦河入海冲击而成，至今已有5500 多年的历史，因岛上曾建有曹妃庙而得名。曹妃甸港口及工业区发展用地主要依靠围海回填造陆，而后进行地基加固处理形成，而围堤是围海造陆工程中重要的组成部分。曹妃甸工业区东南区建设基地围海造地工程地基土为沙土，为防止施工速度过快造成围堤地基出现剪切破坏，通过对围堤进行沉降监测来掌握施工期围堤地基稳定性、沉降速率等资料，控制加荷速率，对施工安全进行预控则显得尤为重要。

1 围堤沉降监测的特点

围堤沉降监测属于变形监测的一种，所以其具有变形监测精度要求较高、重复观测、数据处理严密等特点。除此之外曹妃甸工业区东南区建设基地围海造地工程围堤沉降监测还有如下的特殊性:(1)围堤处于施工期，潮位过大时部分施工区段被海水淹没无法测量，需利用低潮时间完成沉降监测;(2)围堤整体形状为一字型，施工从围堤两侧向中心进行，围堤中心有一近300 米的龙口，因此对围堤的高程控制尤为困难;(3)单一的水准测量设备无法满足围堤监测需求，因此需联合使用水准仪、高精度全站仪完成围堤的沉降监测工作。

2 测量方案

2.1 监测精度要求

在进行围堤沉降监测之前应搜集与测量有关的相关资料，对沉降监测的精度进行分析，根据其特殊性制定严密合理的监测方案。本工程沉降观测报警值为日沉降量达到18mm，因此水准测量的中误差不易大于10mm。

2.2 控制方案

鉴于围堤沉降监测的特殊性，该高程控制网应布设为附合水准网进行高程控制。首先选择甲方提供的高等水准点CFD -7 为基准点，CFD-9 点作为起始校核基点;在堤体外的码头上相距100 米布设两个水准点D1、D2 做为本工程监测的工作基点。因围堤中部有龙口故用跨河水准进行高程控制，为了满足跨河三等水准的要求，在堤体龙口两侧采取打桩埋设的方式分别布设B1、B2、B3、B4 四个工作基点，其中B1与B2、B3 与B4 点相距分别为15m。使用徕卡高精度电子水准仪通过普通水准测量和跨河水准测量的方法将高程从GPS07 点引测至各工作基点，从而形成沉降观测的高程控制网。CFD -7、D1、D2、B1、B2、B3、B4 七个点构成起始控制网。在测量过程中，龙口B3、B4 侧以B4 点为工作点对沉降盘进行观测，且每周需采用跨河三角高程测量方法对B4点进行复核观测，以保证其高程安全可靠。变形观测点以沉降盘的形式在堤体中线上每200 米埋设一点。布设点位图如图1 所示。

2.3 测量设备的选取

本工程的围堤沉降监测选用的测量设备是Leica DNA03 型电子水准仪和索佳NET05X 型全站仪。Leica DNA03 型电子水准仪，在使用铟钢尺时，此仪器测量精度可达到每公里往返标准偏差0.3mm，测量范围为1.8m～60m，最小读数为0.1mm。索佳NET05X 型全站仪一台，NET05X 达到了业界最高的0.5 〞测角精度;其标准单棱镜的测距精度为0.8mm+1ppm，测程可达3500m。在1000m 以上的边长测量中提供业界最高的测量精度。

2.4 测量方法的精度分析

因本工程沉降观测报警值为日沉降量达到20mm，故需对所选用仪器设备及观测方法进行精度评定，具体精度分析如下:

2.4.1 水准测量精度分析

水准测量每公里单程观测高差中数(高差平均值)的偶然中误差的计算公式:

每公里往返测高差中数的偶然中误差的计算公式为:

根据以上，可计算三、四等水准测量时最远沉降盘处最大高差中误差。

取M2 值为三等及四等水准测量每千米高差中误差的限差±3mm、±5mm，对不同长度水准路线的高差中误差进行计算，本次围堤沉降监测最长水准路线长度为3km，由计算结果可知当水准路线长度超过2km 时四等水准测量中误差大于10mm，故不满足要求。而当选用三等水准测量时，水准路线为3km 长的最大高差中误差为7.35mm，因此选用三等水准测量可满足该工程要求。

2.4.2 跨河三角高程测量精度分析

使用索佳NET05X 型全站仪在对向观测法中，一般将大气折光作为常数考虑，或者虽然把大气折光系数作为变量，却没有考虑不同方向折光系数差异性。为了测定A、B 两点之间的高差hAB，在A 点架设全站仪，在B 点架设棱镜。设SAB是A、B 两点之间的倾斜距离，αA为全站仪照准棱镜中心的竖直角，iA为仪器高，vA为棱镜高，κ 为大气折光系数，R 为地球曲率半径，则A、B 两点之间单向观测高差为:

同理，由B 点向A 点进行对向观测，假设两次观测是在相同的气象条件下进行的，则取双向观测的平均值可以抵消地球曲率和大气折光的影响，并得到A、B 两点对向观测平均高差为:

根据误差传播定律，得到(2)式计算高差中误差为:

该仪器的测角标准差为=0.5 〞，测距标准差=0.8mm +1ppm，仪器高和棱镜高量取中误差=1mm，则对应不同的竖直角和倾斜距离S。为了保证跨河三角高程测量的精度，到监测现场对观测方案进行模拟实验，并与电子水准仪的测量结果进行比对。

对两种方法求得高差进行对比，求取差值进行分析。观测结果为:三等水准测量高差:0.044m，全站仪三角高程法测量高差:0.038m

高差差值为0.006m，即6mm，经此实验可得出结论，在此项目使用全站仪三角高程代替三等水准进行跨河水准测量的精度可以满足精度要求。

2.5 测量数据分析、图标等

围堤沉降监测的实施必须严格按照既定的方案执行，执行过程中必须严格按照水准测量及三角高程测量的规范执行。监测周期视具体情况可进行相应调整，当变形监测过程中发现变形量或变形速率出现异常变化，变形量达到或超过业主规定的预警值，需立即向相关单位报告，并增加监测周期或调整变形测量方案。在完成外业变形监测任务后，对测量结果进行检查、数据检查合格后进行按距离进行平差计算并处理分析得出相应的变形量，与上次测量结果进行比对分析，绘制出变形曲线图如图1 所示