干婷

摘? 要：變形監(jiān)測(cè)作為研究變形體變形現(xiàn)象的主要研究手段，已在眾多構(gòu)筑物的變形研究中得到廣泛的運(yùn)用。碼頭運(yùn)營(yíng)階段的變形監(jiān)測(cè)主要是為了及時(shí)掌握結(jié)構(gòu)物的形態(tài)變化情況，對(duì)其使用狀況和壽命進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)，以確保碼頭安全運(yùn)營(yíng)。該文以某碼頭變形監(jiān)測(cè)工程實(shí)例出發(fā)，闡述了變形監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)流程實(shí)、實(shí)施步驟、監(jiān)測(cè)方法和點(diǎn)位布設(shè)，重點(diǎn)結(jié)合碼頭實(shí)際荷載情況對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化分析碼頭的變形規(guī)律，進(jìn)而判斷其穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：碼頭變形? 方案設(shè)計(jì)? 數(shù)據(jù)分析? 回歸分析

中圖分類號(hào)：U655.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shí)體層面的推動(dòng)，中國在沿線港口的建設(shè)蔚為大觀。碼頭運(yùn)營(yíng)階段的變形監(jiān)測(cè)主要是為了及時(shí)掌握結(jié)構(gòu)物的形態(tài)變化情況，對(duì)其使用狀況和壽命進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)，以確保碼頭安全運(yùn)營(yíng)。綜合考慮到碼頭變形可能會(huì)導(dǎo)致工程事故，從而影響國民的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此加強(qiáng)在碼頭運(yùn)營(yíng)期的變形監(jiān)測(cè)工作也是很有必要的。該文以某碼頭變形監(jiān)測(cè)工程實(shí)例出發(fā)，闡述了變形監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)流程、實(shí)施步驟、監(jiān)測(cè)方法和點(diǎn)位布設(shè)，重點(diǎn)結(jié)合碼頭實(shí)際荷載情況對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化分析碼頭的變形規(guī)律，進(jìn)而判斷其穩(wěn)定性。

1 變形監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

變形監(jiān)測(cè)技術(shù)從測(cè)量?jī)x器使用角度分類可分為常規(guī)大地測(cè)量和現(xiàn)代新技術(shù)監(jiān)測(cè)[1]。常規(guī)大地測(cè)量即用常規(guī)大地測(cè)量?jī)x器如精密水準(zhǔn)儀、GPS、全站儀等測(cè)量方向、角度、邊長(zhǎng)、高差等量，通過周期觀測(cè)確定點(diǎn)位變動(dòng)情況并預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)[2]?，F(xiàn)代新技術(shù)監(jiān)測(cè)將三維激光掃描技術(shù)、合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)運(yùn)用到變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域縮短了觀測(cè)時(shí)間、提高了觀測(cè)精度，使作業(yè)過程變得更高效和人性化。該文案例選用了電子水準(zhǔn)儀和GPS接收機(jī)進(jìn)行碼頭垂直位移和水平位移的觀測(cè)。

2 變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

作為變形監(jiān)測(cè)中一項(xiàng)重要工作變形監(jiān)測(cè)方案的制訂，它包括了監(jiān)測(cè)方法選擇、變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)和變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)、觀測(cè)精度、觀測(cè)周期等內(nèi)容[3]。該文選取了太倉港務(wù)碼頭變形監(jiān)測(cè)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析。高樁碼頭即太倉港務(wù)碼頭，位于長(zhǎng)江太倉段水域，碼頭上游距離太倉武港碼頭下游角點(diǎn)約502 m，下游距離華能太倉電廠煤碼頭約792 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)合監(jiān)測(cè)碼頭變形規(guī)范的要求[4]，該工程主要對(duì)運(yùn)行階段碼頭的水平位移和垂直沉降兩方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率前期為三個(gè)月一次;后期工作視變形速率的大小調(diào)整監(jiān)測(cè)，但不可低于一年兩次觀測(cè)頻率。如果變形速率高于標(biāo)準(zhǔn)值，需及時(shí)適當(dāng)?shù)卦黾佑^測(cè)頻率，直至建筑物穩(wěn)定為止。共設(shè)置32個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)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(zhǔn)點(diǎn)BM383及生產(chǎn)區(qū)四周堤壩6個(gè)控制基準(zhǔn)點(diǎn)，共計(jì)7個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)組成監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)。由于監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍比較大，在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)引測(cè)工作基點(diǎn)。工作基點(diǎn)可以采用現(xiàn)有標(biāo)志或者埋設(shè)標(biāo)石。將基準(zhǔn)點(diǎn)與工作基點(diǎn)連成閉合水準(zhǔn)路線或附合水準(zhǔn)路線，采用二等水準(zhǔn)觀測(cè)的方法將基準(zhǔn)點(diǎn)的高程引至工作基點(diǎn)[5]。碼頭水平位移及垂直位移共用同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)，位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在樁式結(jié)構(gòu)的四個(gè)拐角，共計(jì)32個(gè)測(cè)點(diǎn)。依次編號(hào)為CTi（i=1-32）。碼頭沉降觀測(cè)采用水準(zhǔn)測(cè)量法，按國家二等水準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行。

3 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 碼頭沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

碼頭沉降觀測(cè)自2018年3月10日開始，到2020年12月15日共完成八期觀測(cè)，碼頭共布設(shè)了32個(gè)測(cè)點(diǎn)。下面是對(duì)自2018年3月份起到2020年12月份為止碼頭點(diǎn)位累計(jì)沉降情況的分析。首先根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，繪制出了碼頭南、北兩側(cè)點(diǎn)位累計(jì)沉降過程曲線（見圖1）。

從總體走勢(shì)來看，在碼頭兩端（東西側(cè)）南側(cè)累計(jì)沉降量比北側(cè)累計(jì)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(cè)碼頭累計(jì)沉降量全部高于南側(cè)碼頭累計(jì)沉降量，表明碼頭北側(cè)變形情況更為突出。由于累計(jì)沉降曲線圖總體處在波動(dòng)狀態(tài)從碼頭南側(cè)的累計(jì)沉降過程曲線圖（圖1）很難直觀的找到規(guī)律，因此下面重點(diǎn)分析碼頭南北兩側(cè)兩個(gè)峰值點(diǎn)位——CT12和CT21。圖2為自2018年至2020年8期數(shù)據(jù)點(diǎn)位CT12和CT21的累計(jì)沉降過程曲線圖。圖中橫軸表示數(shù)據(jù)期次;縱軸表示自首次測(cè)量的累計(jì)沉降量，單位為：毫米（mm）。由圖2可知沉降累積量隨時(shí)間變化的過程曲線，其中這每段折線的斜率就代表點(diǎn)位在這一測(cè)量周期里的沉降變化速率。通過沉降過程曲線看出，兩個(gè)點(diǎn)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(gè)點(diǎn)位的沉降速率基本一致，此時(shí)碼頭剛投入運(yùn)營(yíng)，主要還是碼頭及其配備的卸載設(shè)備所產(chǎn)生的自身負(fù)載的影響。從第二期到第五期，通過平均沉降速率計(jì)算來看，碼頭基本趨于穩(wěn)定狀態(tài);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(cè)中，點(diǎn)CT12沉降突然變陡出現(xiàn)拐點(diǎn)說明短期內(nèi)這一點(diǎn)位的沉降速率在增大;點(diǎn)CT21亦同。從實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況分析，在第六期和第八期碼頭兩側(cè)都有大型船只在進(jìn)行裝卸貨作業(yè)，那么第六期出現(xiàn)拐點(diǎn)與船舶裝卸貨帶來的外部荷載有關(guān)。

3.2? 碼頭位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

碼頭沉降觀測(cè)自2018年3月10日開始，到2020年12月15日共完成8期觀測(cè)，觀測(cè)點(diǎn)位共計(jì)32個(gè)。通過每期數(shù)據(jù)在X、Y兩個(gè)方向的坐標(biāo)增量，可以繪制出碼頭南北兩側(cè)每個(gè)點(diǎn)位在各期內(nèi)觀測(cè)分別在這兩個(gè)方向上的坐標(biāo)累計(jì)增量（見圖3、圖4）。

通過圖3可以看出，外線碼頭南北兩側(cè)點(diǎn)位在X軸方向（伸縮縫方向）的位移規(guī)律有明顯差異：外碼伸縮縫北側(cè)位移點(diǎn)（CT1‐CT16 號(hào)點(diǎn)）較南側(cè)位移點(diǎn)（CT17‐CT32 號(hào)點(diǎn)）位移量要大。北側(cè)位移點(diǎn)整體向北一側(cè)位移，其中在北側(cè)碼頭的中段的點(diǎn)位沿伸縮縫方向累計(jì)位移較為明顯。反觀南側(cè)位移點(diǎn)位移方向規(guī)律并不明顯，基本上在初始位置兩側(cè)小幅度的波動(dòng)，總體偏向碼頭南側(cè)，累計(jì)位移較小，表明南側(cè)碼頭基本上沒有水平位移波動(dòng)引起的風(fēng)險(xiǎn)。圖4是各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在各觀測(cè)周期Y方向上的坐標(biāo)累計(jì)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(shù)據(jù)——黃線在測(cè)點(diǎn)CT4、5、7、8、11、13，20，21，25等點(diǎn)位波動(dòng)較大，其中點(diǎn)位 CT7 和CT12在東西方向的累計(jì)位移分別達(dá)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(wěn)定評(píng)判指標(biāo)，需進(jìn)一步跟蹤監(jiān)測(cè)。

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(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)分析方法[6]。根據(jù)上面分析，在2019年12月份觀測(cè)數(shù)據(jù)中北側(cè)碼頭點(diǎn)位CT12的沉降存在異常，同時(shí)北側(cè)碼頭在X軸方向上存在整體規(guī)律，選取CT12作為北側(cè)碼頭的代表，對(duì)其沉降和其水平位移數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，研究碼頭點(diǎn)位水平位移和沉降之間的相互關(guān)系，以此來判斷碼頭沉降和水平位移二者之間是否相關(guān)。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(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

分別畫出點(diǎn)

首先，根據(jù)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(yùn)行程序，得到模型的參數(shù)：

確定回歸模型為：y=0.5989+1.0954x

同時(shí)得到回歸系數(shù)為：R=0.8472。

由于回歸系數(shù)越接近于1，說明回歸方程越顯著，回歸效果也越明顯。

4 結(jié) 論

變形監(jiān)測(cè)作為研究變形體變形現(xiàn)象的主要研究手段，已在眾多構(gòu)筑物的變形研究中得到廣泛運(yùn)用，該文以華能太倉港務(wù)變形監(jiān)測(cè)頂目為例，對(duì)碼頭變形監(jiān)測(cè)中所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的處理和分析，主要研究工作包括兩點(diǎn)：第一，針對(duì)工程實(shí)際工況進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)工作; 第二，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分析了碼頭的沉降和位移規(guī)律。

參考文獻(xiàn)

[1]王磊，張建民.淺談建筑工程測(cè)量[J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2020（5）：16.

[2]肖英，田鴻，侯平，等.沉降觀測(cè)在高層建筑物變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].有色金屬設(shè)計(jì)，2019（1）：46.

[3]陳志江，楊久東，張凌云.穩(wěn)健估計(jì)在地鐵沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].華北理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2021（1）：26-31.

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

[5]張宇.高層建筑物沉降監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)方法[J].北京測(cè)繪，2019（11）：33.

[6]王琰，呂航，谷復(fù)光.多元線性回歸方法在地面沉降量預(yù)測(cè)中的解析及應(yīng)用[J].安全與環(huán)境工程，2021，28（3）：156-161.